黄土高原农田土壤Cd和P形态分级及生物有效性研究

论文摘要

以黄土高原自北向南12个0～20cm耕层土壤为供试土样,以小麦为供试作物,通过室内分析和盆栽试验,在测定Cd、P在不同土壤中的形态分布特征及其影响因素的基础上,系统研究了Cd、P在植株体分布、以及添加Cd对植物生长、光合荧光参数等的影响,初步揭示黄土高原农田土壤Cd、P的生物有效性。通过研究,获得以下主要结论:1.黄土高原主要农田土壤中P、Cd形态分布特征黄土高原供试土壤各形态P含量总体分布特征为: HCl-P>Residual-P >NaHCO3-Po>NaHCO3-Pi>NaOH-Po>NaOH-Pi>H2O-P,以HCl-P和Residual-P为主,二者共占全P含量的89.33%。土壤P含量总体分布为:南高北低。黄土高原土壤各形态Cd含量自北向南均呈不同程度的增加趋势。种植小麦后,尽管土壤中全Cd含量明显下降,但Cd形态由以铁锰氧化态和有机结合态为主,转化为以交换态、铁锰氧化态及碳酸盐结合态为主,说明栽培小麦后会导致黄土高原土壤Cd活性增加,潜在危害更大。2.添加外源Cd后土壤-小麦体系中P、Cd的形态分布在小麦拔节期,与对照相比,添加外源Cd后小麦茎叶及根系中P含量及累积量均显著下降,Cd对小麦茎叶及根系P含量及累积量均表现出显著的抑制作用。对照处理中,小麦根系中Cd含量大于茎叶;而添加外源Cd后,小麦茎叶中Cd含量却大于根系,其机理还有待进一步研究。当结合生物量,用累积量评价时,无论添加Cd处理与否,Cd累积量均表现为茎叶>根系。添加外源Cd使盆栽试验土壤中Cd形态发生显著变化,主要表现为土壤中活性最大的交换态Cd含量及占全Cd百分含量显著增加。3.添加外源Cd对小麦生物学特征及光合荧光参数的影响添加外源Cd后,各供试土样小麦生长均受到极显著抑制（P<0.01）,表现为叶片失绿,植株矮化,地上部及根系生物量降低,分蘖数减少。添加外源Cd处理,导致小麦拔节期叶片叶绿素含量指标值（SPAD值）极显著降低（P<0.01）;Cd对小麦SPAD值的影响随着生育期推进抑制作用逐渐加强。添加外源Cd对不同供试土壤小麦分蘖期光合速率（Pn）、胞间CO2浓度（Ci）、气孔导度（Gs）和蒸腾速率（Tr）的影响缺乏规律性,但到拔节期,Cd对Pn、Ci、Gs、Tr均产生明显的抑制作用。说明Cd对小麦叶片光合参数的影响因生育期和供试土壤不同而异,但总体上随生育期推进对其抑制增强。添加外源Cd后叶片最大荧光产量（Fm）值明显降低,说明Cd对叶片Fm表现出明显抑制作用,小麦分蘖期及拔节前期叶片初始荧光（F0）值明显降低,Cd对叶片F0表现出明显的抑制作用。到拔节后期,抑制作用逐渐减弱,表现出完全相反的两种情况。说明Cd对小麦的Fm和F0的抑制作用随生育期推进,呈逐渐减弱趋势。Cd对小麦叶片Fv/Fm及Fv/F0值的影响与对F0影响不同,在拔节后期表现出明显抑制作用。4黄土高原主要农田土壤中P、Cd形态与土壤理化性质及生物有效性供试土壤全P及各形态P含量与全氮相关性均达到显著水平（P<0.05）,其中NaOH-Pi、NaOH-Po、HCL-P及全P含量与全氮达极显著相关性（P<0.01）。全P及各形态P含量与C/N、pH及砂粒呈负相关关系。除NaOH-Pi和NaOH-Po外,其它各形态P及全P与粘粒也具有一定程度的负相关性。土壤有效P除与NaOH-Po和Residual-P相关性不显著外,与其它各形态P及全P含量相关性均达到极显著水平（P<0.01）。多元和逐步回归分析得出各形态P对有效P贡献顺序为: H2O-P>NaOH-Pi>NaHCO3-Po>NaOH-Po>Residual-P>HCl-P> NaHCO3-Pi。H2O-P对有效P的作用远远大于其它各形态P,其生物有效性最高,是最有效的P源。供试土壤碳酸盐结合态Cd含量与全氮、有效P含量呈显著相关关系（P<0.05）,铁锰氧化物结合态Cd及全Cd含量与全氮、有效P含量呈极显著相关关系（P<0.01）。铁锰氧化态Cd含量与粉砂粒含量呈显著正相关,而碳酸盐结合态Cd、铁锰氧化物结合态Cd及全Cd含量与砂粒、粘粒含量均呈负相关关系。小麦茎叶Cd累积量与土壤中各形态Cd含量及全Cd含量无显著相关性,根系Cd累积量和整株Cd累积总量与土壤铁锰氧化物结合态Cd及全Cd含量呈显著正相关（P<0.05）。逐步回归分析表明,对小麦根系全Cd含量及整株Cd累积总量贡献最大的皆为土壤中铁锰氧化物结合态Cd,说明黄土高原主要农田土壤中铁锰氧化态Cd具有较高的生物有效性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 研究背景与依据
• 1.2 研究目的与意义
• 1.3 P 素的研究现状
• 1.3.1 土壤无机P 分级研究
• 1.3.2 土壤有机P 分级研究
• 1.3.3 土壤中P 的形态分布及有效性研究
• 1.3.4 影响土壤中P 素生物有效性的因素
• 1.4 重金属Cd 研究现状
• 1.4.1 重金属Cd 形态研究
• 1.4.2 土壤中重金属的化学形态与生物有效性的研究
• 1.4.3 影响土壤中Cd 生物有效性的因素
• 1.5 P 与重金属Cd 的交互作用
• 1.6 存在问题及进一步研究方向
• 第二章 材料与方法
• 2.1 采样区概况
• 2.2 供试土壤
• 2.3 盆栽试验
• 2.4 测定项目及方法
• 2.4.1 供试土壤基本性质
• 2.4.2 土壤P、Cd 形态分级
• 2.4.3 植物样品分析项目测定
• 2.5 数据处理
• 第三章 黄土高原主要农田土壤中P、Cd 形态分布特征
• 3.1 土壤中P 形态分布特征
• 3.2 土壤中Cd 形态分布特征
• 3.3 讨论
• 3.3.1 黄土高原主要农田土壤中P 形态分布
• 3.3.2 种植小麦对黄土高原主要农田土壤中Cd 形态分布影响
• 3.4 小结
• 第四章 添加外源Cd 后土壤-小麦体系中P、Cd 的形态分布
• 4.1 添加外源Cd 对小麦不同部位P 分布的影响
• 4.1.1 添加外源Cd 对小麦茎叶及根系P 含量的影响
• 4.1.2 添加外源Cd 对小麦茎叶及根系P 累积量的影响
• 4.2 添加外源Cd 后土壤-植物体系中Cd 的形态分布
• 4.2.1 添加外源Cd 对小麦茎叶及根系Cd 含量的影响
• 4.2.2 添加外源Cd 对小麦茎叶及根部Cd 累积量分布的影响
• 4.2.3 添加外源Cd 对土壤中Cd 形态分布的影响
• 4.3 讨论
• 4.4 小结
• 第五章 添加外源Cd 对小麦生长过程的影响
• 5.1 添加外源Cd 对小麦生物学特征的影响
• 5.2 添加外源Cd 对小麦光合参数的影响
• 5.2.1 添加外源Cd 对小麦叶绿素相对含量（SPAD 值）的影响
• 5.2.2 添加外源Cd 对小麦净光合速率（Pn）的影响
• 5.2.3 添加外源Cd 对小麦气孔导度（Gs）的影响
• 2 浓度（Ci）的影响'>5.2.4 添加外源Cd 对小麦胞间CO₂浓度（Ci）的影响
• 5.2.5 添加外源Cd 对小麦蒸腾速率（Tr）的影响
• 5.3 添加外源Cd 对小麦荧光参数的影响
• m 的影响'>5.3.1 添加外源Cd 对小麦F_m的影响
• 0 的影响'>5.3.2 添加外源Cd 对小麦F₀的影响
• v/F_m及F_v/F₀ 的影响'>5.3.3 添加外源Cd 对小麦叶片F_v/F_m及F_v/F₀的影响
• 5.4 讨论
• 5.4.1 添加外源Cd 对小麦生长的影响
• 5.4.2 添加外源Cd 对小麦叶绿素相对含量（SPAD 值）的影响
• 5.4.3 添加外源Cd 对小麦光合参数的影响
• 5.5.4 添加外源Cd 对小麦荧光参数的影响
• 5.5 小结
• 第六章 黄土高原主要农田土壤P、Cd 形态与其生物有效性关系
• 6.1 土壤中各形态P 组分与其生物有效性关系
• 6.1.1 土壤中各形态P 组分与土壤理化性质的相关性分析
• 6.1.2 土壤中各形态P 组分及其全P 含量间相关性分析
• 6.1.3 土壤中各形态P 组分与有效P 含量的相关性分析
• 6.1.4 讨论
• 6.2 土壤中各形态Cd 含量与其生物有效性关系
• 6.2.1 土壤中各形态Cd 含量与土壤理化性质的相关性分析
• 6.2.2 土壤中各形态Cd 含量及其全Cd 含量间相关关系
• 6.2.3 小麦体内Cd 累积量与土壤中各形态Cd 含量的相关关系
• 6.2.4 讨论
• 6.3 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介