粘土材料对Cd污染土壤团聚体结构特征及其理化性质影响

摘要

随着我国经济的快速发展，农田土壤重金属污染状况已经十分严重，形势不容乐观，天然粘土矿物、生物炭等材料被广泛用于大面积中轻度重金属污染农田的土壤原位钝化修复实践中，而这些材料的施加势必会改变土壤团聚体的组成、结构以及其中碳、氮等物质的含量，从而改变土壤的稳定性。因此，本文研究施用海泡石、膨润土和凹土三种钝化修复材料对镉污染土壤团聚体组成、结构及其理化性质的影响，旨在为黏土矿物修复大面积重金属污染土地提供理论支持和技术支撑，研究结果如下: (1)添加海泡石，提升0.5-5 mm粒径团聚体的数量，减少5-8 mm，0.25-0.5 mm和＜0.25mm粒径的团聚体数量。通过医学CT扫描发现，原状土柱中总孔隙度随海泡石施用量增加而增加，土壤孔隙度随着土壤深度加深而减小。提高海泡石量，土壤中有机碳含量先降低后升高，H3土壤中有机碳含量最高为23.46 g·kg-1，相比CK提高70.12％(P＜0.05)。施加海泡石不会改变土壤团聚体中有机碳的组成，只影响其官能团百分含量。H1和H2降低全氮和碱解氮含量，H3提升全氮和碱解氮含量。土壤全氮和碱解氮含量即随着团聚体粒径减小先升高后降低，H3全氮和碱解氮含量在各粒径团聚体颗粒中都得到提升。施加海泡石可以降低镉有效态含量。在全土中，H3处理最大降低镉有效态含量53.43％。海泡石降低＜0.25 mm粒径团聚体对土壤碳养分贡献率，提高＞0.5 mm的部分粒径团聚体对碳养分的贡献率。 (2)施加膨润土提升了2-5 mm和5-8 mm粒径团聚体数量，但1-2 mm、0.5-1 mm、0.25-0.5mm和＜0.25 mm粒径的团聚体数量降低。膨润土可以增加土壤团聚体几何平均直径(GMD)和平均质量直径，较对照相比分别增加9.57％～33.48％4.74％～31.39％膨润土处理均会提升土壤团聚体R0.25的值。其中P3处理较CK相比，提升了10.23％土壤团粒结构体数量。膨润土会改变土壤中有机碳含量，且随膨润土的施加量增加而增加，P3处理中土壤有机碳达到最大含量为23.72 g·kg-1，相比CK提高65.41％(P＜0.05)。施加膨润土后土壤中颗粒态有机碳含量下降。膨润土可以有效降低镉有效态含量，与CK处理相比，P3处理最大降低Cd有效态含量23.87％，施加膨润土后不同团聚体粒径Cd有效态含量降低。施加膨润土可以提高2-5 mm粒级团聚体对土壤碳养分贡献率，并降低＜0.5 mm粒级团聚体对土壤土壤碳养分的贡献率。 (3)施加凹土提升了1-5 mm粒径团聚体的数量，并减小了0.25-0.5 mm和＜0.25 mm粒径的团聚体数量。施加凹土后，土壤的GMD和MWD值降低，土壤稳定性降低。土壤GMD值和MWD值最大降低5.03％和9.22％。凹土处理会提升土壤团聚体R0.25的值。施加凹土后，土壤有机碳含量先降低后增加(P＜0.05)。其中A3处理组土壤有机碳含量提高最大为15.92g·kg-1，高出CK对照13.15％。施加凹土后，A2和A3处理组提升颗粒态有机碳含量，而A1处理组会使颗粒态有机碳含量降低。施加凹土降低镉有效态含量，A2处理镉有效态含量最大降低77.68％(P＜0.05)。在不同粒径团聚体中，施加凹土均会降低镉有效态含量。凹土的施用会降低＜0.25 mm粒径团聚体对颗粒态有机碳的贡献率，提高0.5-5 mm的部分粒径团聚体对土壤碳养分的贡献率。

目录

声明

摘要

1 前言

1．1 重金属污染来源

1．2 重金属污染危害

1．2．4 对土壤酶的危害

1．3 重金属污染修复方法

1．3．1 物理修复方法

1．3．2 生物修复方法

1．3．3 化学修复方法

1．3．4 联合修复方法

1．4 钝化修复方法

1．5 钝化机理

1．6 钝化修复影响因素

1．6．1 土壤pH

1．6．2 土壤有机质

1．6．3 重金属离子间的相互竞争作用

1．6．4 植物生长

1．7．1 土壤孔隙结构

1．7．2 土壤有机质

1．7．3 土壤团聚体中重金属含量

1．8 研究内容、技术路线及创新点

1．8．1 研究内容

1．8．2 技术路线

1．8．3 创新点

2 材料与方法

2．1 研究区域概况

2．1．1 实验小区概况

2．1．2 田间试验设计

2．2 样品采集和测定方法

2．2．1 样品的采集

2．2．2 测定方法

2．2．3 图像处理与数据分析

3 结果与分析

3．1 海泡石对Cd污染土壤团聚体和理化性质影响

3．1．1 海泡石对土壤团聚体分布和稳定性影响

3．1．2 海泡石对土壤孔隙特征影响

3．1．3 海泡石对土壤团聚体中碳、氮含量影响

3．1．4 海泡石对土壤团聚体中重金属有效态含量影响

3．1．5 海泡石处理下土壤团聚体对碳养分贡献率

3．2 膨润土对Cd污染土壤团聚体和理化性质影响

3．2．1 膨润土对土壤团聚体分布和稳定性影响

3．2．2 膨润土对土壤团聚体中有机碳含量影响

3．2．3 膨润土对土壤团聚体中重金属有效态含量影响

3．2．4 膨润土处理下土壤团聚体对碳养分贡献率

3．3 凹土对Cd污染土壤团聚体和理化性质影响

3．3．1 凹土对土壤团聚体分布和稳定性影响

3．3．2 凹土对土壤团聚体有机碳含量影响

3．3．3 凹土对土壤团聚体中重金属有效态含量影响

3．3．4 凹土处理下土壤团聚体对碳养分贡献率

4 讨论

4．1 粘土材料对土壤团聚体分布和稳定性影响

4．2 粘土材料对土壤孔隙特征影响

4．3 粘土材料对土壤团聚体中碳、氮含量影响

4．4 粘土材料对土壤团聚体中重金属有效态含量影响

4．5 粘土材料处理下土壤团聚体对碳养分的贡献率影响

5 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文