稻麦轮作下水稻土重金属形态特征及其生物有效性研究

论文摘要

随着工业“三废”的排放、以及化肥和农药不合理使用等,我国农田土壤环境日益恶化,有关土壤中重金属的有效性研究已越来越受到科学工作者的关注。稻—麦轮作制,是我国南方稻田中典型的水旱轮作制度,但有关该种植制度下土壤重金属在土壤—植物体系中的运移和累积特征却很少涉及。为此,本文在分析成都平原核心区土壤重金属(Cd、Cr、Pb、Cu、Zn)全量、各形态含量及相应点位种植的稻麦籽粒重金属含量的基础上,通过统计分析、空间插值及线性回归方程的模拟,研究了土壤Cd、Cr、Pb、Cu、Zn全量的空间分布状况、各形态重金属含量统计特征,以及稻麦籽粒对重金属各形态的累积差异及其影响因素,探讨了不同重金属形态与土壤主要理化性质的关系以及对稻—麦籽粒生物有效性的影响。结果表明:成都平原稻麦轮作下土壤重金属(Cd、Cr、Pb、Cu、Zn)中,Cr含量最高,Cd含量最低,变异系数较大的分别是Cd、Pb和Cr,Cu和Zn的变异系数相对较小。除Cd外,其余4种重金属均以残渣态含量最高(占70%以上),可交换态含量最低(占5%以下);土壤中Cd各形态分布较为均匀,以铁锰氧化物结合态含量(占32.12%)为主。若以活性态(非残渣态含量)而论,Cd的活性最高,Cr的活性最低,各重金属元素的活性大小顺序为:Cd＞Pb＞Zn＞Cu＞Cr。不同重金属在稻—麦籽粒中的累积效应不同,5种重金属中累积效应最为明显的是Pb和Cd,Pb在稻麦籽粒中的超标率分别为17.40%(小麦)和10.90%(水稻),Cd分别为14.71%(小麦)和8.70%(水稻)。综合分析不同重金属在稻—麦籽粒中的累积和土壤中重金属各形态含量分布特征可以看出,旱作(小麦)比水作(水稻)更容易吸收累积重金属,且土壤中活性态含量占全量的比率越小,其水旱轮作的累积效应差异越大。土壤重金属各形态含量受到土壤理化性质的影响,且因元素不同而表现出较大差异。影响可交换态和碳酸盐结合态重金属含量的主要理化性质为土壤pH和有机质,而容重、中细粉粒和CEC对个别的元素有一定的影响;影响铁锰氧化物结合态和有机结合态重金属含量的因素主要是有机质和容重,而pH、CEC、粘粒、砂粒等对部分元素有一定的影响。总体看来,影响土壤活性态重金属含量的主要土壤理化因子是有机质、pH和容重,而与土壤吸附特性密切相关的粘粒含量和CEC等对土壤活性形态含量的影响相对较弱,只在部分元素上表现出显著的线性关系。除Zn外,稻—麦籽粒重金属含量均能与土壤中相应重金属各形态间建立显著或极显著线性回归方程。从偏回归系数的大小可以看出土壤中重金属各活性形态含量对稻—麦籽粒重金属累积的影响效应差异较大。稻—麦籽粒中Cd含量受到土壤中各活性形态Cd含量的影响均较明显;小麦籽粒Cr含量主要受到可交换态Cr含量的影响,而水稻籽粒Cr含量主要受到碳酸盐结合态Cr含量的影响;可交换态Cu含量对稻—麦籽粒Cu累积的效应最大;稻—麦籽粒Pb含量的累积受土壤各活性态Pb的影响较小且差异不明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 立题背景及研究意义
• 2 国内外研究现状
• 2.1 土壤重金属形态及其变化
• 2.1.1 土壤中重金属形态
• 2.1.2 土壤中重金属形态变化
• 2.2 土壤中重金属形态与土壤理化性质的关系
• 2.2.1 土壤中重金属形态与土壤酸碱度的关系
• 2.2.2 土壤中重金属形态与土壤有机质（HA和FA）的关系
• 2.2.3 土壤中重金属形态与土壤颗粒组成的关系
• 2.3 土壤中各形态重金属的生物有效性
• 2.3.1 重金属的生物有效性
• 2.3.2 土壤重金属形态与生物有效性的关系
• 3 材料与方法
• 3.1 研究区域概况
• 3.2 样品的采集
• 3.3 室内分析方法
• 3.4 Kriging插值法
• 3.5 数据处理方法
• 4 结果与分析
• 4.1 土壤重金属形态特征
• 4.1.1 土壤重金属全量统计特征及其污染状况评价
• 4.1.2 土壤重金属各形态含量的统计特征
• 4.2 土壤理化性质对重金属各形态含量的影响
• 4.3 不同重金属形态对稻—麦籽粒生物有效性的影响
• 4.3.1 稻—麦籽粒中重金属的累积特征分析
• 4.3.2 土壤中各形态重金属的生物有效性
• 5 讨论
• 5.1 土壤重金属的活性形态特征
• 5.2 不同重金属对稻麦籽粒的生物有效性
• 5.3 稻麦轮作下不同形态重金属的生物累积效应
• 5.4 土壤理化性质对不同形态重金属生物有效性的影响
• 6 结论
• 7 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 致谢