淹水和有机质对土壤镉活性消长行为的影响及其机理研究

摘要

综观淹水及添加有机物料对土壤镉活性有升和降等行为，对淹水稻田硫化镉沉淀机制提出了质疑，为此本文对淹水还原过程中铁氧化物的形态转化带来的镉组分再分配的机制进行了论证，同时提出了此机制能用pe+pH值来表征。本研究采用红壤(pH4.46)和潮黄土(pH7.10)在氮气(N2)覆盖下进行淹水恒温(25±0.5℃)培养，设置了对照(不加有机物料)、苜蓿、稻草三处理，测定土壤Eh、pH及铁、镉的形态分级分析，再依据化学及电化学平衡原理，对Eh、pH、DOM、铁氧化物等因素与镉活性的关系作数据处理，探讨淹水和添加有机物料后，土壤pe+pH升降与铁组分、镉组分转化之间的关系，初步明确了淹水条件下土壤镉活性行为与氧化还原状况的关系。试验得到以下结果： 1.淹水培养60天后，红壤pH上升到5.92，潮黄土在淹水后3天pH降到6.62，然后再上升到6.89。两土壤pe+pH从14.16下降到5.38。pH和pe+pH的升降导致了土壤固相Exc-Fe、Carb-Fe、Oxide-Fe、Org-Fe再分配比例的增长，并使Exc-Cd向Carb-Cd、Oxide-Cd、Org-Cd转化。土壤Exc-Cd与Exc-Fe之间、Exc-Cd与(Carb-Cd+Oxide-Cd+Org-Cd)、(Carb-Fe+Oxide-Fe+Org-Fe)之间都有着显著或极显著的负相关性，由此表明Fe组分的再分配决定着Cd组分的再分配。初步提出了Cd组分再分配的pe+pH、pH范围。 2.pe+pH和pH的升降影响着液相中Fe、Cd的浓度。在红壤淹水的1-7天中，固相以Exc-Cd为主，液相中Cd的浓度随pe+pH的下降而增加。在红壤淹水的中后期及潮黄土的整个淹水期，固相以Carb-Cd和Oxide-Cd为主，液相中Cd的浓度随pe+pH的下降而下降。 3.土壤淹水后溶液的DOM浓度变化对水溶性Cd浓度的影响不显著。 4.苜蓿和稻草处理与对照相比，能使红壤pH平均高出0.39和0.34个单位、pe+pH平均减少2.12和2.52，DOM平均浓度高出19.1倍和3.4倍；能使潮黄土pH平均减少0.27和0.11个单位，pe+pH平均减少0.85和0.65，DOM平均浓度高出3.6倍和1.1倍。pH和pe+pH的升降是不同土壤矿物Fe与有机质之间多个化学和电化学反应作用的结果。Fe组分的再分配决定着Cd组分的再分配。这些反应使红壤有机物料处理比对照的pe+pH下降，pH、Exc-Fe和Oxide-Fe增加，导致苜蓿和稻草两处理的平均Exc-Cd含量比对照分别减少0.101mg·l-1和0.098mg·l-1。潮黄土则相反，有机物料处理比对照的pe+pH、pH、Exc-Fe减少和Carb-Fe增加，导致苜蓿和稻草两处理平均Exc-Cd含量比对照分别增加0.441 mg·l-1和0.10 mg.l-1。 5.有机物料处理的液相Cd2+浓度与对照相比，更明显受DOM的配合作用及Exc-Cd的扩散作用的影响。 6.有机物料成分的差异直接影响固相Exc-Cd含量和溶液Cd2+浓度的降升幅度。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1淹水及有机质对土壤理化性质的影响

1.1 pH值

1.2 Eh值

2淹水及有机质对土壤铁氧化物还原溶解的影响

2.1土壤中的铁氧化物

2.2土壤中的铁氧化物的还原溶解

2.3有机质对土壤铁氧化物的影响

3淹水及有机质土壤镉活性变化的研究

3.1淹水对土壤镉活性转化的影响

3.2有机质加入淹水土壤后对镉活性转化的影响

4研究参数pe+pH的引入

4.1 pe+pH的基本概述

4.2 pe+pH的优势

5研究目的和意义

6研究内容

参考文献

第二章淹水还原作用对镉活性消长行为的影响

1材料和方法

1.1供试土壤

1.2土壤培养

1.3测定方法

2试验结果

2.1土壤淹水过程中Eh、pH、pe+pH和DOM的变化

2.2淹水过程中土壤还原作用对固相Fe组分再分配的影响

2.3淹水土壤还原作用对固相Cd组分再分配的影响

2.4淹水过程中固相Fe组分再分配对Cd组分再分配的影响

2.5淹水土壤还原作用对液相Fe、Cd浓度的影响

3讨论

4结论

参考文献

第三章淹水土壤添加有机物料对镉活性消长行为的影响

1材料和方法

1.1供试土壤

1.2供试有机物料

1.3土壤培养

1.4测定方法

2试验结果

2.1添加有机物料对淹水土壤Eh、pH、pe+pH和DOM的影响

2.2淹水土壤添加有机物料后对固相Fe组分再分配的影响

2.3淹水土壤添加有机物料后对固相Cd组分再分配的影响

2.4淹水土壤添加有机物料后固相Fe组分对Cd组分再分配的影响

2.5淹水土壤添加有机物料对液相中Fe、Cd浓度的影响

3讨论

4结论

参考文献

第四章总结和展望

1总结

2创新点

3展望

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢