生物质炭对重金属污染土壤水稻镉吸收的影响

摘要

随着工业的发展和农用化学品的大量施用，土壤重金属污染特别是镉(Cd)的污染日趋严重，已成为突出的环境问题而引起人们广泛地关注。镉是生物毒性最强的重金属元素之一，在上壤中的化学活性强、毒性持久，容易通过食物链的富集作用危害人类健康。水稻是世界第二大、我国第一大粮食作物，也是最容易吸收和积累Cd的大宗粮食作物之一。我国南方是稻米的主要产区，该地区土壤重金属污染日益扩张，大多土壤偏酸，稻米重金属吸收和积累存在着重要的食品安全风险。生物质炭，是指生物质在缺氧或无氧条件下热裂解得到的一类含炭的、稳定的、高度芳香化的固态物质。它具有较大的比表面积和发达的孔隙结构，较强的离子交换能为和丰富的表面含氧官能团，同时，其pH值高，吸附和固定重金属能力强，从而具有修复土壤重金属的潜力。在控制和治理上壤镉污染方而具有广阔的应用前景。
　　本论文以我国南方Cd污染稻田为研究对象，探讨研究了生物质炭与石灰施用抑制土壤Cd生物有效性和降低水稻籽粒Cd吸收的效果;分析生物质炭对不同水稻品种籽粒Cd吸收的影响及对土壤理化性质的影响;模拟不同镉锌污染与生物质炭施用水平，进行水稻盆栽试验，分析了Cd、Zn之间的相互作用及生物质炭添加对水稻镉锌吸收的影响。
　　主要研究结果如下:
　　(1)稻壳炭与石灰施用都显著提高了土壤pH值和CEC含量，其中第一年pH分别提高了0.16、0.33，CEC分别提高了3.09、3.72cmol kg-1;第二年pH分别提高了0.17、0.10，CEC分别提高了5.05、2.2cmol kg-1。生物质炭施用还提高了两年中土壤的有机碳含量，而石灰对土壤有机碳含量无显著影响。
　　(2)稻壳炭与石灰施用都显著降低了稻田土壤CaCl2浸提态Cd含量。与对照相比，第一年年分别降低了54.2％，62.5％;第二年年分别降低了48.1％,22.2％。施用生物质炭处理均在两年内提高了污染稻田水稻的产量，而石灰处理对水稻产量无影响。施用稻壳炭与石灰均在第一年降低了水稻籽粒中Cd含量，分别降低至0.22、0.28mgkg-1，已达到国际食品添加剂和污染物典委员会(CCFAC)的安全标准(0.4 mg kg-1);第二年水稻籽粒中Cd含量分别为0.17、0.43 mg kg-1（CK处理为0.45 mg kg-1），这说明石灰已经在第二年已经失去了降低水稻对Cd吸收的效果。
　　(3)不同施用量的生物质炭均显著提高了土壤的pH值和有机碳含量（增幅分别为9.5-15.5％和35.5-46.6％），且增加幅度随生物质炭施用量的增大而增大。生物质炭施用显著提高了常规水稻的产量，而对杂交水稻产量的提高没有达到显著性水平。
　　(4)不同施用量生物质炭处理中土壤CaCl2浸提态Cd含量均显著降低。与对照相比，20t ha-1生物质炭施用后土壤CaCl2浸提态Cd浓度降低了60.6％，40t ha-1生物质炭施用后土壤CaCl2浸提态Cd浓度降低了84.9％。统计分析表明，生物质炭施用后土壤CaCl2浸提态Cd含量降低与土壤pH值和SOC升高有密切的关系。不同施用量生物质炭均能显著降低两种水稻籽粒中Cd含量，最大降幅分别为60％和54％，但生物质炭对不同品种镉吸收的治理效果不同，这跟水稻自身的机理有很大关系。
　　(5)盆栽土壤中添加生物质炭均提高了水稻的株高、籽粒重与总生物量，同时也提高了盆栽土壤的pH值。土壤中有效态Cd、Zn含量随着外源添加Cd、Zn量的增大而增加。不同用量生物质炭添加到镉锌复合污染的土壤中，均能显著降低土壤中有效态Cd、Zn含量和水稻籽粒中Cd含量，但对水稻籽粒Zn吸收无显著影响。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 文献综述

1．1 镉污染研究现状

1．1．1 农田镉污染现状

1．1．2 土壤镉污染来源

1．1．3 土壤镉污染危害

1．1．4 农田镉污染修复技术

1．2．1 生物质炭简介

1．2．2 生物质炭对土壤理化性质的影响

1．2．3 生物质炭对作物生长及其产量的影响

1．2．4 生物质炭对重金属污染土壤的治理研究进展

1．3 研究目的意义、内容及技术路线

1．3．1 研究目的意义

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

第二章 生物质炭与石灰对稻田土壤镉有效性及水稻镉吸收的影响

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．2．1 研究区概况

2．2．2 供试材料

2．2．3 试验设计

2．2．4 样品的采集及测定

2．2．5 数据处理与统计分析

2．3 结果与分析

2．3．1 施用生物质炭与石灰对土壤基本性质的影响

2．3．2 施用生物质炭与石灰对土壤有效态Cd含量的影响

2．3．3 施用生物质炭与石灰对水稻产量的影响

2．3．4 施用生物质炭与石灰对水稻籽粒Cd含量的影响

2．4 讨论

2．4．1 施用生物质炭对水稻产量的影响

2．4．1 施用生物质炭对水稻Cd吸收的影响及持续性

2．5 小结

第三章 生物质炭对常规籼稻和杂交籼稻镉吸收的影响

3．1 引言

3．2．1 研究区概况

3．2．2 供试材料

3．2．4 样品采集及测定方法

3．2．5 数据处理与统计分析

3．3．2 土壤pH值和有机碳(SOC)含量的变化

3．3．3 土壤有效态Cd浓度的变化

3．3．4 水稻籽粒Cd浓度的变化

3．4 讨论

3．4．1 生物质炭对不同类型水稻产量的影响

3．4．2 生物质炭对土壤Cd生物有效性的影响

3．4．3 生物质炭对不同类型水稻Cd吸收的影响

3．5 小结

第四章 生物质炭对镉锌污染土壤水稻重金属吸收的影响

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 供试材料

4．2．2 试验方案

4．2．3 样品的采集及测定

4．2．4 数据处理与统计分析

4．3．1 生物质炭对水稻产量的影响

4．3．2 生物质炭对土壤pH值的影响

4．3．3 生物质炭对土壤有效态Cd、Zn含量的影响

4．3．4 生物质炭对水稻籽粒中Cd、Zn含量的影响

4．4 讨论

4．4．1 水稻籽粒Cd、Zn含量与土壤中有效态含量的相关分析

4．4．1 水稻籽粒Cd、Zn含量的相关关系

4．4．2 生物质炭对水稻籽粒镉锌吸收的影响

4．5 小结

第五章 全文结论与展望

5．1 全文结论

4．2 全文创新点

4．3 存在的问题

4．4 研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢