钛石膏对水稻土中镉、铅、砷稳定化效果的研究

摘要

当前中国农田土壤的重金属污染问题不容乐观，而水稻作为中国的主要粮食作物之一，在南方多个省份均受到不同程度的污染，其中镉、铅、砷等重金属对人体健康的威胁较大，因此如何减少水稻对土壤中镉、铅、砷的吸收是当前研究的热点。钛石膏是一种主要含有硫酸钙和铁氧化物的工业副产物，其综合利用率较低且主要用作天然石膏的替代品，国内外将其用于壤中多种重金属稳定化调控的研究尚少。为探讨钛石膏对重金属污染农田是否具有改良作用，本文首先研究添加模拟钛石膏(STG)与实际钛石膏(TG)对淹水纯培养方式下土水体系中镉、铅、砷含量与有效性变化的影响;进一步，将模拟钛石膏一次性施入土壤后连续种植两季水稻，研究其对土壤中镉、铅、砷有效性和水稻重金属积累的影响，及其在重金属稳定化方面是否具有长效性;最后通过添加实际钛石膏的水稻盆栽试验，验证钛石膏对土壤中多种重金属稳定化的可行性并初步探讨其机理。主要结论如下: (1)通过土壤淹水纯培养试验，分析了两个添加量（0.15％和0.3％）下STG和TG对淹水土壤中镉、铅、砷的稳定化效果。淹水培养28天之前，STG和TG的添加显著促进了土壤pH的降低及土壤中可溶性有机碳(DOC)含量的减少，但对可溶性有机氮(DON)含量的影响较小;淹水培养28天后，STG和TG对土壤pH、DOC、DON的影响均逐渐变小;添加0.3％的STG和TG使土壤溶液中镉、铅、砷的含量显著降低，镉含量分别下降75.5％和70.2％，铅含量分别下降86.7％和79.0％，砷含量分别下降69.3％和72.5％。添加STG和TG对土壤中重金属元素提取形态分配系数的影响不大，而淹水条件可能是STG和TG影响土壤中重金属有效性的关键因素之一。 (2)一次性施用模拟钛石膏(STG)后，通过连续两季盆栽水稻的种植，研究STG在减少水稻重金属积累方面的长效性。结果表明，添加STG明显增加了第一季水稻的地上部干重，改善其长势，但也会引起土壤pH的降低，而由于大量肥料的施入，第二季各处理水稻长势均较好;同时，添加STG显著减少了根际土壤中DOC的含量，但对DON含量的影响较小。一次性施入STG后，减少了两季水稻根部和地上部（包括糙米）对镉、铅、砷的吸收或积累，且添加0.3％STG效果更佳。本试验中STG促进根表胶膜的形成可能是减少水稻镉、铅、砷积累的作用机制之一。 (3)施用实际钛石膏(TG)到土壤中后，分析其对于水稻中多种重金属稳定化的效果。通过盆栽水稻试验结果表明，添加TG显著改善了作物长势并一定程度上减少了水稻各部位中镉、铅、砷的积累，且使土壤pH略有降低，同时也使根际土壤的DON含量和非根际土壤的DOC含量显著降低，但对非根际土壤的DON含量及根际土壤的DOC含量无明显影响。TG对土壤中镉、砷的钝化效果不如STG，主要由于TG中镉、砷含量相对较高，因此过量添加TG到土壤中存在一定的环境风险。添加0.15％和0.3％TG的对水稻根表胶膜中铁含量没有显著影响，但锰含量有一定的增加，而镉、铅、砷的含量有所下降，这可能与根表胶膜的形成有一定关系。

目录

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论文说明

致谢

摘要

文中缩略

1绪论

1．1钛石膏概述及资源化利用现状

1．1．1钛石膏概述

1．1．2钛石膏资源化利用现状

1．1．3钛石膏用于土壤改良的研究现状

1．2农田土裹重金属污染治理技术

1．2．1稳定化技术

1．2．2植物修复技术

1．2．3农艺调控技术

1．3土壤重金属污染稳定化修复机理

1．3．1吸附／沉淀作用

1．3．2络合作用

1．3．3氧化还原

1．4论文的研究内容和技术路线

1．4．1论文研究内容

1．4．2论文技术路线

2钛石膏钝化土壤中重金属的可行性研究

2．1引言

2．2材料与方法

2．2．1供试土壤和供试材料

2．2．2土壤纯培养试验

2．2．3理化性质分析

2．2．4土壤／材料及土壤溶液中的重金属分析

2．2．5数据分析

2．3结果与讨论

2．3．1模拟钛石膏／实际钛石膏对土壤理化性质的影响

2．3．2模拟钛石膏／实际钛石膏对土壤溶液中镉、铅、砷含量的影响

2．3．3模拟钛石膏／实际钛石膏对土壤中镉、铅、砷形态的影响

2．4小结

3模拟钛石膏对水稻镛、铅、砷积累的影响及效果稳定性

3．1引言

3．2材料与方法

3．2．1供试土壤和供试材料

3．2．2连续两季的水稻盆栽试验

3．2．3理化性质分析

3．2．4土壤／植物中的重金属分析

3．2．5数据分析

3．3结果与讨论

3．3．1模拟钛石膏对两季水稻生长的影响

3．3．2模拟钛石膏对种植两季水稻后土壤理化性质的影响

3．3．3模拟钛石膏对第一季水稻根系与秸秆中镉、铅、砷含量的影响

3．3．4模拟钛石膏对第二季水稻不同组织中镉、铅、砷含量的影响

3．4小结

4实际钛石膏对水稻镉、铅、砷积累的影响

4．1引言

4．2材料与方法

4．2．1供试土壤和供试材料

4．2．2水稻盆栽试验

4．2．3理化性质分析

4．2．4土壤／植物中的重金属分析

4．2．5数据分析

4．3结果与讨论

4．3．1钛石膏对水稻生长及土壤理化性质的影响

4．3．2钛石膏对水稻不同组织中镉、铅、砷含量的影响

4．3．3钛石膏改良镉、铅、砷复合污染土壤的机理探讨

4．4小结

5研究结论、创新点及展望

5．1研究结论

5．2创新点

5．3展望

参考文献

作者个人简历