冷浸田亚铁和还原态硫障碍因子致毒机理及治理初探

摘要

本文以冷浸田土壤亚铁和还原态硫障碍因子致毒机理及治理探究为研究目的，通过盆栽和土培实验相结合的研究方法，探索我国冷浸田土壤在土壤-水稻-亚铁/还原态硫-微生物相互作用的体系中水稻生理指标、土壤微生物特征及钢渣、发酵稻壳的改良效用。主要研究结果如下: 1.通过盆栽试验，模拟冷浸田土壤亚铁毒害，研究了土壤-水稻-亚铁-微生物相互作用的体系中，外加Fe2+不同处理水平(0、100、200、400、800和1600mg/kg)对水稻苗期和分蘖期相关生理指标、土壤微生物活性及其生态特征的影响。结果表明:在含一定亚铁本底(207.77mg/kg)的正常稻田土壤中，外源性Fe2+的加入将逐步抑制水稻生长、降低土壤微生物活性。外源Fe2+浓度达100mg/kg后，水稻的株高、干物质积累量显著降低;水稻叶片生理指标叶绿素含量（SPAD值）、脯氨酸含量、抗氧化酶系统活性则显著增加，表明外源Fe2+浓度100mg/kg是本研究条件下外源Fe2+对水稻生长产生显著毒害影响的临界点;同时随外源Fe2+浓度的增加土壤微生物活性指标:土壤微生物量碳、微生物三大基础菌系总量（细菌、真菌、放线菌）、功能菌系总量（氢化细菌、固氮菌、纤维分解菌）、铁还原菌总量总体是先快速下降，后逐渐平稳降低，半效应浓度EC50分析表明，外源Fe2+浓度100mg/kg为多数土壤微生物活性指标（微生物基础菌系总量、功能菌系总量、铁还原菌）EC50变化的临界值;体系中土壤微生物活性指标和水稻生长指标的变化存在显著的相关性，表明供试土壤亚铁对水稻生长的影响是亚铁对土壤-植物-土壤微生物系统同步影响的结果。综上结果可知，外源Fe2+浓度100mg/kg为导致供试土壤中水稻生长及土壤微生物活性受到显著负效应的临界值，进而推知，本研究所用土壤对水稻生长和微生物活性的亚铁毒胁迫临界浓度约为300mg/kg（含本底）， Fe2+含量超出该浓度时，需采取合理的农艺措施控制其负效应。 2.通过盆栽试验，模拟冷浸田土壤还原态硫毒害，研究了土壤-水稻-还原态硫-微生物相互作用的体系中，外加还原态硫不同处理水平(0、10、50、100、300、600和1200mg/kg)对水稻苗期和分蘖期相关生理指标、土壤微生物活性及其生态特征的影响。结果表明:在含一定还原态硫本底(12.08mg/kg)的正常稻田土壤中，外源性S2-的加入将逐步抑制水稻生长、降低土壤微生物活性。外源S2-浓度达50mg/kg后，水稻的株高、干物质积累量显著降低;水稻叶片生理指标叶绿素含量（SPAD值）、脯氨酸含量、抗氧化酶系统活性则显著增加，表明外源S2-浓度50mg/kg是本研究条件下外源S2-对水稻生长产生显著毒害影响的临界点;同时随外源S2-浓度的增加土壤微生物活性指标:土壤微生物量碳、微生物三大基础菌系总量、功能菌系总量和微生物总量都随外源还原态硫处理水平的增大而降低，硫化细菌总量随之增加，半效应浓度EC50分析表明，土壤S2-浓度40mg/kg为多数土壤微生物活性指标（微生物基础菌系总量、功能菌系总量、微生物总量）EC50变化的临界值;体系中土壤微生物活性指标和水稻生长指标的变化存在显著的相关性，表明供试土壤还原态硫对水稻生长的影响是还原态硫对土壤-植物-土壤微生物系统同步影响的结果。综上结果可知，土壤S2-浓度40mg/kg为导致供试土壤中水稻生长及土壤微生物活性受到显著负效应的临界值，进而推知，本研究所用土壤对水稻生长和微生物活性的S2-毒胁迫临界浓度约为40mg/kg（含本底），S2-含量超出该浓度时，需采取合理的农艺措施控制其负效应。 3.采用静态批式法研究了钢渣和发酵稻壳对Fe+和S2-的吸附行为，探讨了溶液浓度、pH、温度及离子强度对吸附的影响，通过解吸附实验，进一步验证它们的吸附稳定性。实验结果表明，钢渣和发酵稻壳吸附除Fe2+和S2-的动力学过程均符合Elovich动力学模型;高温有利于它们的吸附作用，其吸附过程为吸热过程;具有较大的pH适应性;Fe2+的吸附以内层配位为主，S2-的吸附以外层络合为主。不同试验条件下吸附率都较高，解吸率很低，吸附稳定性较好。总的来说，钢渣、发酵稻壳为Fe2+和S2-良好的吸附材料。 4.通过土培试验，模拟冷浸田土壤亚铁/还原态硫毒害，研究了土壤-亚铁/还原态硫-微生物相互作用的体系中，外源钢渣不同处理水平(0、10、20、40、80和100g/kg)对不同时期土壤微生物活性及其生态特征、土壤亚铁/还原态硫含量、土壤养分特征的影响。结果表明:外源钢渣的加入可显著降低供试土壤中亚铁和还原态硫的含量，增强土壤微生物活性，提高土壤pH值和土壤速效养分含量，外源钢渣40g/kg为供试土壤改良的适宜用量，需采取合理的农艺措施增强其改良效果。 5.通过土培试验，模拟冷浸田土壤亚铁/还原态硫毒害，研究了土壤-亚铁/还原态硫-微生物相互作用的体系中，外源发酵稻壳不同处理水平(0、10、20、40和80g/kg)对不同时期土壤微生物活性及其生态特征、土壤亚铁/还原态硫含量、土壤养分特征的影响。结果表明:外源发酵稻壳的加入可显著降低供试土壤中亚铁和还原态硫的含量，增强土壤微生物活性，提高土壤pH值和土壤速效养分含量，外源发酵稻壳20g/kg为供试土壤改良的适宜用量，需采取合理的农艺措施增强其改良效果。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 冷浸田研究现状概述

1．2．1 冷浸田的类型

1．2．2 冷浸田的障碍特性

1．3 冷浸田主要致毒因子及其致毒机理

1．3．1 亚铁致毒机理概述

1．3．2 还原态硫致毒机理概述

1．4 冷浸田的改良利用

第二章 外源Fe2+对水稻生长及土壤微生物活性的影响

2．1 前言

2．2 材料与方法

2．2．1 土壤采集与水稻栽培

2．2．2 样品采集

2．2．3 测定方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同水平外源亚铁处理对分蘖期水稻生理指标的影响

2．3．2 不同水平外源亚铁处理对土壤生态系统的影响

2．3．3 不同水平外源亚铁处理后水稻生长与土壤微生物活性的相关性分析

2．4 结论

第三章 外源还原态硫对水稻生长及土壤微生物活性的影响

3．1 前言

3．2 材料与方法

3．2．1 土壤采集与水稻栽培

3．2．2 样品采集

3．2．3 测定方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同水平外源还原态硫处理对分蘖期水稻生理指标的影响

3．3．2 不同水平外源S2-处理对土壤生态系统的影响

3．3．3 不同水平外源还原态硫处理后水稻生长与土壤微生物活性的相关性分析

3．4 结论

第四章 钢渣和发酵稻壳对亚铁和还原态硫的静态吸附-解吸探究

4．1 前言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料

4．2．2 实验方法

4．2．3 吸附量和吸附率计算

4．3 结果与分析

4．3．1 吸附动力学特征

4．3．2 不同环境因素对Fe2+和S2-吸附效果的影响研究

4．3．3 钢渣、稻壳对Fe2+和S2-的吸附稳定性研究

4．4 结论

第五章 外源钢渣对冷浸田亚铁和还原态硫致毒因子的治理初探

5．1 前言

5．2 材料与方法

5．2．1 供试样品与处理

5．2．2 样品采集

5．2．3 测定方法

5．3 结果与讨论

5．3．1 外源钢渣对土壤微生物活性的影响

5．3．2 外源钢渣对土壤部分理化性质的影响

5．3．3 外源钢渣对土壤亚铁／还原态硫的吸附影响

5．4 结论

第六章 外源发酵稻壳对冷浸田亚铁和还原态硫致毒因子的治理初探

6．1 前言

6．2 材料与方法

6．2．1 供试样品与处理

6．2．2 样品采集

6．2．3 测定方法

6．3 结果与讨论

6．3．1 外源稻壳对土壤微生物活性的影响

6．3．2 外源稻壳对土壤理化性质的影响

6．3．3 外源稻壳对土壤亚铁／还原态硫的吸附影响

6．4 结论

第七章 全文总结

作者简介

参考文献