柠檬酸和草酸对茶园土壤中铅的生物有效形态的影响

摘要

我国是茶叶的原产地,是茶叶生产和贸易大国,茶产业在国民经济和国际贸易中一直占有十分重要的位置。近几年来,我国茶产业发展迅猛的同时,茶叶的安全质量问题也受到了消费者以及国内外学者的广泛关注,其中茶叶铅污染一直是一个很严重的问题。铅是众所周知的生理性和神经性毒物,几乎对人体所有重要的器官和系统均会产生不良影响,而茶叶中的铅又主要来源于根系从土壤中吸收,因此,开展研究茶园土壤中的铅形态转化,铅污染以及防治研究对于我国茶产业可持续发展和消费者身体健康具有十分重要的意义。
　　茶树在生长过程中会向土壤中分泌柠檬酸和草酸,引起土壤酸化,使得土壤的酸碱度降低,造成某些重金属离子的溶解性增大,在一定程度上危害了茶树的生长。因此,本研究设计pH=3.50,4.50和5.50的3个不同pH的土壤,0和180mg/kg2个水平的土壤铅污染,柠檬酸和草酸2种输入酸类型,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5mmol/kg共5个水平的输入酸浓度,培养50d之后系统探讨分析柠檬酸和草酸作用下,茶园土壤pH,有机质,有机酸含量的变化以及对生物有效性形态铅的影响。取得的主要研究结果如下:
　　(1)试验得出从pH3.5到pH4.5再到pH5.5,土壤中的水溶态和交换态铅的含量呈现持续下降的趋势,碳酸盐结合态铅的含量持续升高,铁锰氧化物结合态铅与有机质结合态铅的含量都是先下降再升高,而残渣态铅则是先升高再下降。说明在pH=4.50的时候,土壤中能够直接对茶树造成毒害作用的水溶态铅和可交换态铅含量相对较少,大多数转化为不能被植株吸收利用的残渣态铅。
　　(2)原始土壤中各形态铅含量由大到小的顺序为残渣态>硫化态>铁锰态>碳酸盐态>交换态>水溶态。可见,土壤中的铅还是主要以残渣态的形式存在,这种形态铅在自然界正常条件下能够长期稳定存在于沉积物中,不易释放,不易为植物吸收利用,因此增加水溶态和交换态铅向残渣态铅转化,可以减少重金属铅对于植物的危害。而人为在土壤中施入180mg/kg重金属铅模拟土壤铅污染后,土壤中各种形态铅的含量均有所升高,而且交换态铅的增幅最大,碳酸态铅的增幅最小,说明土壤中的重金属铅含量较多时候,将以交换态铅的形式出现。增加幅度从大到小排列为交换态>水溶态>硫化态>残渣态>铁锰态>碳酸态。
　　(3)最初随着土壤pH的变化,土壤中水溶态铅和交换态铅的含量也随之有着线性的变化关系。但是当土壤pH超过4.50之后,水溶态铅和交换态铅的含量便不遵从这种线性关系,并且变化趋势变缓。综合整个变化趋势,实际上土壤pH与其中的水溶态铅和交换态铅的含量呈现的是一种对数变化的关系,即最初的变化较为强烈,随着pH的升高,水溶态铅和交换态铅的含量降低的很快,当pH升高到4.50左右时候,两者降低幅度基本开始变缓,之后越来越缓,当pH为4.64时候,水溶态铅随着pH的升高基本保持不变,当pH为4.54时候,交换态铅随着pH的升高基本保持不变,说明土壤中水溶态铅和交换态铅的含量与pH有着一个pH4.50的临界值。
　　(4)水溶态和交换态铅的含量与有机质的含量趋势相同,均是负相关20d后转化为正相关。与有机酸的含量呈现负相关30d后转为正相关。可见在培养后期,土壤中的有机质和有机酸的含量在一定程度上反映了水溶态和交换态铅的含量。
　　(5)对于生物有效性形态铅的处理,草酸的降低效果要优于柠檬酸;两者在一定程度上都相应增加了碳酸盐结合态铅、铁锰氧化物结合态铅的含量;柠檬酸增加了有机质结合态铅的含量,而草酸却对其有降低效果;柠檬酸和草酸处理土壤后,残渣态铅均有所降低。
　　从输入酸的浓度来说,无论是否为铅污染土壤,输入低浓度柠檬酸和草酸都将降低土壤中水溶态铅和交换态铅的含量,而且随着铅总量在土壤中的增加,柠檬酸和草酸对水溶态铅和交换态铅的降低作用也随之加大,同等浓度下,草酸的降低作用大于柠檬酸,但未达到显著水平。但是高浓度柠檬酸和草酸的输入则会增加土壤中水溶态铅和交换态铅的含量。对于水溶态铅来说,两种酸的分界线均为0.3mmol/kg;对于交换态铅来说,柠檬酸的分界浓度是0.2mmol/kg,草酸的分界浓度是0.3mmol/kg。

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插图和附表清单

1 文献综述

1.1 茶园土壤中重金属铅的来源

1.2 茶园土壤中的铅形态

1.3 铅形态转化的影响因子

1.4 铅的环境质量标准

1.5 减少土壤重金属铅污染的途径和措施

2 引言

2.1 研究背景

2.2 研究目的和意义

2.3 本研究要解决的问题

2.4 主要研究内容与技术路线

3 材料与方法

3.1 茶园概况

3.2 试验材料

3.3 土壤处理与培养

3.4 土壤相关指标测定

4 结果与分析

4.1 pH对土壤铅形态的影响

4.2 输入酸后土壤中各形态铅含量分析

4.3 有机质对土壤中生物有效性铅含量的影响

4.4 有机酸对土壤中生物有效性铅的影响

5 结论与讨论

5.1 结论

5.2 讨论

研究展望

研究内容的特色和创新之处

参考文献

致谢

作者简介

在读期间发表的学术论文