风化煤矿源腐殖酸对稻田土壤镉赋存形态及生物有效性的影响

摘要

本研究选取风化煤矿源胡敏酸和富里酸两种腐殖酸作为实验材料，进行了腐殖酸的物化分析实验、镉吸附实验、土壤培养实验以及水稻盆栽试验，深入分析腐殖酸对水环境镉（Cadmuim，Cd）、土壤环境镉、以及水稻镉的影响，比较两种腐殖酸对水稻种植土壤镉赋存形态及生物有效性，得出以下结论：　　（1）腐殖酸的物化分析。胡敏酸（Humic acid，HA）一般因其芳构化程度高而能够通过与镉发生螯合或络合作用生成不易溶解产物，即固定镉，起到钝化土壤镉的作用；另一方面，富里酸（Fulvic acid，FA）因其芳构化程度低，而易与镉作用生成溶解度较高、移动性较强的FA-Cd。　　（2）胡敏酸的吸附实验。水环境中，胡敏酸能够较好吸附Cd2+，大幅降低水溶液中Cd2+含量，胡敏酸对Cd2+的吸附作用可以用相关吸附方程拟合，其中Langmuir-Freundlich模型拟合程度最佳。并且，胡敏酸滤渣的吸附Cd2+效果更好。　　（3）胡敏酸不同成分的纯土培实验。胡敏酸能够有效降低土壤的 pH 和有效态Cd含量，胡敏酸溶解液对土壤相关指标所产生的效果低于胡敏酸滤渣。研磨溶解后，①滤渣表面形态更利于其对 Cd2+的的物理吸附；②滤渣化学基团羧基的单位含量增加，提升了胡敏酸难溶部分对Cd的化学吸附；③溶解液酚羟基的单位含量增加，提升了胡敏酸可溶性有机物部分（Dissolved Organic Matter，DOM）对Cd的活化效果。　　（4）胡敏酸和富里酸的纯土培实验。胡敏酸在2.5%及以上添加比例时，培养时长为15天以后，钝化效果较好；富里酸在0.5%，培养时长为1天，活化效果即有较好的体现；后续表现上，胡敏酸的钝化土壤Cd幅度（0.3 mg·kg-1-4.39 mg·kg-1）大于富里酸活化土壤Cd幅度（0.15 mg·kg-1-1.66 mg·kg-1）。　　（5）胡敏酸和富里酸的水稻盆栽实验对土壤Cd赋存形态的影响。胡敏酸盆栽土壤，弱酸浸提态（BCR连续浸提法）Cd向可还原态、可氧化态转化，并继续形成残渣态Cd；富里酸盆栽土壤，残渣态Cd向前三态转化，土壤弱酸浸提态Cd含量上升。其中胡敏酸需要100天增加残渣态Cd，富里酸在5天（水稻苗期）和100（水稻收获期）都表现出对Cd的活化。　　（6）胡敏酸和富里酸的水稻盆栽实验对土壤指标的影响。富里酸促进土壤碱解氮、有效磷、速效钾的能力强于胡敏酸，胡敏酸降低土壤 pH、提高土壤有机质与阳离子交换量的能力强于富里酸。　　（7）胡敏酸和富里酸的水稻盆栽实验对植株的影响。两种腐殖酸的水稻植株表现为根>茎>叶>稻米的趋势。胡敏酸“结合”Cd 镉-Cd 为沉淀，不进入土壤水溶液，从而导致水稻Cd含量降低；低浓度富里酸“结合”镉FA-Cd为可溶性Cd，进入土壤水溶液，导致水稻Cd含量升高，但高浓度富里酸可能改变土壤氧化还原环境而使Cd活性降低。相关关系分析表明，胡敏酸对水稻植株的Cd含量降低效果较富里酸更稳定。　　（8）腐殖酸对土壤有效态Cd含量影响的机理初步探究。腐殖酸施入土壤后引起的有机质含量提高，使得土壤阳离子交换量提升，导致Cd拥有更多与腐殖酸的“结合”的机会，胡敏酸将Cd吸附并作为固体物质存在于土壤中，富里酸则会以可溶态的形式继续留存于水环境中，从而使得胡敏酸表现为钝化、富里酸表现为活化。

目录

声明

摘要

1绪论

1.2国内外研究现状

1.2.1腐殖酸的概念

1.2.2腐殖酸不同组成部分对Cd的影响

1.2.3胡敏酸（Humic acid，HA）对土壤Cd赋存形态的影响

1.2.4富里酸（Fulvic acid，FA）对土壤Cd赋存形态的影响

1.2.5小结

2主要研究内容与技术路线

2.2技术路线

3材料与方法

3.2.1两种腐殖酸添加进土壤后的纯土培实验

3.2.2胡敏酸对Cd2+的吸附实验

3.2.3胡敏酸溶解液、滤渣的土壤培养实验

3.2.4两种腐殖酸添加进土壤后的水稻盆栽培养实验

3.3测定方法

3.3.1物化分析

3.3.2 Cd2+吸附实验中Cd2+的测定

3.3.3土壤培养的有效态镉测定

3.3.4土壤培养与水稻盆栽中土壤镉的BCR连续提取法及测定

3.3.5水稻植株镉含量的测定

4研究结果

4.1.1两种腐殖酸物化性质

4.1.2讨论

4.1.3小结

4.2胡敏酸与富里酸对土壤Cd有效态的影响

4.2.1胡敏酸与富里酸在淹水条件下对土壤Cd的影响

4.2.2相关性分析

4.2.3讨论

4.2.4小结

4.3.1胡敏酸Cd2+平衡吸附实验

4.3.2胡敏酸滤渣、溶解液有效态Cd影响的差异

4.4胡敏酸与富里酸对水稻生长和土壤相关指标的影响

4.4.1水稻有效穗数

4.4.2两种腐殖酸施入土壤后，对碱解氮N、有效P、速效K元素的影响

4.4.3土壤有效态Cd含量

4.4.4 BCR浸提法三态Cd含量

4.4.5两种腐殖酸对水稻各部位Cd含量的影响

4.4.6相关性、回归分析

4.4.7讨论

4.4.8小结

4.5腐殖酸对土壤pH、有机质、阳离子交换量和镉影响关系探讨

4.5.1腐殖酸对土壤pH、有机质和阳离子交换量的影响

4.5.2相关性、回归分析

4.5.3讨论

4.5.4小结

5结论与展望

5.2展望

参考文献

个人简介

致谢