有机肥对土壤—小麦、高粱系统中重金属污染的环境效应研究

论文摘要

本研究以冬小麦、高粱为实验对象,其中小麦采用盆栽和大田实验相结合,高梁采用盆栽实验。在小麦实验中研究了不同有机肥施用量在不同Pb、Hg、Ni、Cd污染程度下对冬小麦根际土壤中Pb、Hg、Ni、Cd的形态转化、迁移及植物有效性的影响。在高粱实验中究了不同有机肥施用量在不同Pb、Hg、Cd污染程度下对高粱根际土壤中Pb、Hg、Cd的形态转化、迁移及植物有效性的影响。最后对贵州北部小麦、高粱种植区土壤—作物系统重金属污染做了环境质量评价。通过分析和研究,得出了主要结论如下:(1)施用有机肥可明显增加土壤中有机质、全氮、全磷和全钾的含量。同时使得试验土壤的pH值呈弱碱性。(2)小麦实验中随着外源汞、铅、镉、镍施入量的增加,土壤全量汞、铅、镉、镍和有效态汞、铅、镉、镍含量也随之增加,导致小麦吸收汞、铅、镉、镍增加;在苗期土壤中有效态汞、铅、镉、镍含量与小麦根部、茎叶汞、铅、镉、镍含量均达到显著正相关关系;在收获期,土壤有效态汞、铅、镉、镍含量与小麦根部、茎叶和籽粒汞、铅、镉、镍含量仍然都呈现显著正相关关系。(3)小麦实验中土壤有效态汞、铅、镉、镍含量的高低明显地受有机肥施用量的影响。从小麦苗期到收获期,施用有机肥均对土样中有效态汞、铅、镉、镍有一定的吸附抑制作用,在同一汞、铅、镉、镍水平,随着有机肥施用量的增加,土壤中有效态含量逐渐减少。经相关分析,四个汞、铅、镉、镍水平下有机肥施用量与土壤有效态汞、铅、镉、镍含量之间的相关系数在苗期收获期均呈显著负相关。土壤有机肥对土壤有效汞、铅、镉、镍的抑制效果以低汞、铅、镉、镍高有机肥处理效果最为显著;而高汞、铅、镉、镍低有机肥处理效果最差。(4)小麦实验中有机肥的施用直接影响土壤重金属有效态的含量,继而影响小麦对土壤汞、铅、镉、镍的吸收。相关分析结果表明,在苗期汞、铅、镉、镍的低水平下,有机肥施用量与茎叶、根部汞、铅、镉、镍含量之间达到显著负相关水平,在汞、铅、镉、镍的高水平下,有机肥施用量与茎叶、根部汞、铅、镉、镍含量之间呈负相关关系;在收获期有机肥施用量与茎叶汞、铅、镉、镍含量均呈显著负相关,与根部汞、铅、镉、镍含量呈显著负相关,而对籽粒吸收汞、铅、镉、镍的影响随外源汞、铅、镉、镍施入量的不同变化较大。(5)高粱实验中随着外源汞、铅、镉施入量的增加,土壤全量汞、铅、镉和有效态汞、铅、镉含量也增加,导致高粱吸收汞、铅、镉的量也增加;在苗期土壤中有效态汞、铅、镉的含量与高粱根部、茎叶汞、铅、镉的含量均达到显著正相关关系:在收获期,土壤有效态汞、铅、镉的含量与高粱根部、茎叶和籽粒汞、铅、镉的含量仍然都呈现显著正相关关系。(6)高粱实验中土壤有效态汞、铅、镉含量的高低明显地受有机肥施用量的影响。从高粱苗期到收获期,施用有机肥均对土样中有效态汞、铅、镉有一定的吸附抑制作用,在同一汞、铅、镉水平,随着有机肥施用量的增加,土壤中有效态含量逐渐减少。经相关分析,三个汞、铅、镉水平下有机肥施用量与土壤有效态汞、铅、镉含量之间的相关系数在苗期收获期均呈显著负相关。土壤有机肥对土壤有效汞、铅、镉的抑制效果以低汞、铅、镉高有机肥处理效果最为显著;而以高汞、铅、镉低有机肥处理效果最差。(7)高粱实验中有机肥的施用直接影响土壤重金属有效态的含量,继而影响高粱对土壤汞、铅、镉的吸收。相关分析结果表明,在苗期汞、铅、镉的低水平下,有机肥施用量与茎叶、根部汞、铅、镉含量之间达到显著负相关水平,在汞、铅、镉的高水平下,有机肥施用量与茎叶、根部汞、铅、镉、镍含量之间呈负相关;在收获期有机肥施用量与茎叶汞、铅、镉含量均呈显著负相关,与根部汞、铅、镉含量呈显著负相关,而对籽粒吸收汞、铅、镉的影响随外源汞、铅、镉施入量的不同有较大的变化。(8)在小麦苗期各部分吸收汞、铅、镉、镍量的规律为根部＞茎叶,在收获期小麦各部分吸收汞、铅、镉、镍量的规律为根部＞茎叶＞籽粒;在高粱苗期各部分吸收汞、铅、镉量的规律为根部＞茎叶,在收获期小麦各部分吸收汞、铅、镉的量规律为根部＞茎叶＞籽粒。(9)在小麦盆栽实验中最好的抑小麦吸收汞、铅、镉、镍的有机肥水平是:F2(0.3kg/盆)、F3(0.5kg/盆),换算成每千克土壤施多少克有机肥为:F2(40g/kg)、F2(67g/kg);在小麦大田实验中最好的抑小麦吸收汞、铅、镉、镍的有机肥水平是:D(300kg/亩),E(350kg/亩),换算成每平方米施多少千克有机肥为:D(0.45kg/m~2),E(0.53kg/m~2)。在高粱盆栽实验中最好的抑高粱吸收汞、铅、镉的有机肥水平是:F2(0.1kg/盆),换算成每千克土壤施多少克有机肥为:F2(13g/kg)。(10)对于黔北小麦、高粱种植区土壤—作物系统重金属污染的评价结果明,黔北小麦、高粱种植区土壤均未受到污染,但是土壤中Pb已经达到警戒水平;农作物小麦、高粱中的Cd、Hg、Pb、和Ni等元素含量处于食品安全水平以下。

论文目录

• 目录
• 中文摘要
• Abstract
• 前言
• 1 土壤—植物系统重金属污染研究的现状及发展趋势
• 1.1 土壤重金属污染物来源及形态
• 1.2 土壤重金属的迁移规律
• 1.3 土壤—植物系统中重金属的生物有效性
• 1.4 土壤—植物系统重金属污染评价
• 1.5 土壤—植物系统重金属污染治理研究现状
• 1.6 存在问题与发展趋势
• 2 研究材料与方案
• 2.1 小麦盆栽实验设计
• 2.2 小麦大田实验方案设计
• 2.3 高粱盆栽试验设计
• 2.4 研究流程路线
• 2.5 样品测定指标与分析方法
• 3 小麦试验数据统计及结果分析
• 3.1 实验供试土壤基本性质分析
• 3.2 施用有机肥对土壤理化性质的影响
• 3.3 施用有机肥后土壤—小麦中汞的测定结果
• 3.3.1 施用有机肥后土壤中汞的测定结果
• 3.3.2 施用有机肥后小麦含汞量的测定结果
• 3.4 汞元素实验结果分析
• 3.4.1 不同有机肥水平下有效态汞占土壤全汞百分比的影响
• 3.4.2 不同有机肥水平对土壤中有效汞含量的影响
• 3.4.3 同一施肥水平不同汞污染情况下小麦各部分汞含量分析
• 3.4.4 土壤有效态汞含量与小麦各部分汞含量的相关性分析
• 3.4.5 有机肥施用量与土壤有效态汞含量的相关性分析
• 3.4.6 有机肥施用量与小麦各部分汞的相关性分析
• 3.5 施用有机肥后土壤—小麦系统中铅的测定结果
• 3.5.1 施用有机肥后土壤中铅的测定结果
• 3.5.2 施用有机肥后小麦铅的测定结果
• 3.6 铅元素实验结果分析
• 3.6.1 不同有机肥水平对有效态铅占土壤全铅百分比的影响
• 3.6.2 不同有机肥水平对土壤中有效铅含量的影响
• 3.6.3 同一施肥水平不同铅污染情况下小麦各部分铅含量分析
• 3.6.4 土壤有效态铅含量与小麦各部分铅含量的相关性分析
• 3.6.5 有机肥施用量与土壤有效铅含量的相关性分析
• 3.6.6 有机肥施用量与小麦各部分铅含量的相关性分析
• 3.7 施用有机肥后土壤—小麦中镉的测定结果
• 3.7.1 施用有机肥后土壤中镉的测定结果
• 3.7.2 施用有机肥后小麦含镉量的测定结果
• 3.8 镉元素实验结果分析
• 3.8.1 不同有机肥水平对效态镉占土壤全镉百分比的影响
• 3.8.2 不同有机肥水平对土壤中有效镉含量的影响
• 3.8.3 同一施肥水平不同镉污染水平下小麦各部分镉含量分析
• 3.8.4 土壤有效镉含量与小麦各部分镉含量的相关性分析
• 3.8.5 有机肥用量与土壤有效镉含量的相关性分析
• 3.8.6 有机肥用量与小麦各部分镉含量的相关性分析
• 3.9 施用有机肥后土壤—小麦系统中镍的测定结果
• 3.9.1 施用有机肥后土壤中镍的测定结果
• 3.9.2 施用有机肥后小麦中镍的测定结果
• 3.10 镍元素实验结果分析
• 3.10.1 不同有机肥水平对效态镍占土壤全镍百分比的影响
• 3.10.2 不同有机肥水平对土壤中有效镍含量的影响
• 3.10.3 同一施肥水平不同镍污染水平下小麦苗期各部分镍含量
• 3.10.4 土壤有效态镍含量与小麦各部分镍含量的相关性分析
• 3.10.5 有机肥施用量与土壤有效镍含量的相关性分析
• 3.10.6 有机肥施用量与小麦各部分镍含量的相关性分析
• 4 高粱试验数据统计及结果分析
• 4.1 高粱盆栽实验供试土壤基本性质分析
• 4.2 施用有机肥对土壤理化性质的影响
• 4.3 施用有机肥后土壤—高粱系统中汞的测定结果
• 4.3.1 施用有机肥后土壤中汞的测定结果
• 4.3.2 施用有机肥后高粱含中汞的测定结果
• 4.4 高粱汞元素实验结果分析
• 4.4.1 不同有机肥水平对有效态汞占土壤全汞百分比的影响
• 4.4.2 高粱盆栽实验不同有机肥水平对土壤中有效汞含量的影响
• 4.4.3 同一施肥水平不同汞污染情况下高粱各部分汞含量
• 4.4.4 土壤有效态汞含量与高粱个部分汞含量的相关性分析
• 4.5 施用有机肥后土壤—高粱系统中铅的测定结果
• 4.5.1 施用有机肥后土壤中铅的测定结果
• 4.5.2 施用有机肥后高粱含铅量的影响
• 4.6 高粱铅元素实验结果分析
• 4.6.1 不同有机肥水平对有效态铅占土壤全铅百分比的影响
• 4.6.2 高粱盆栽实验不同有机肥水平对土壤中有效铅含量的影响
• 4.6.3 同一施肥水平不同铅污染情况下高粱各部分铅含量
• 4.6.4 土壤有效态铅含量与高粱各部分铅含量的相关性分析
• 4.7 施用有机肥后土壤—高粱系统中镉的测定结果
• 4.7.1 施用有机肥后土壤中镉的测定结果
• 4.7.2 施用有机肥后高粱含镉的测定结果
• 4.8 高粱镉元素实验结果分析
• 4.8.1 不同有机肥水平对有效态镉占土壤全镉百分比的影响
• 4.8.2 高粱盆栽实验不同有机肥水平对土壤中有效镉含量的影响
• 4.8.3 同一施肥水平不同镉污染情况下高粱各部分镉含量
• 4.8.4 土壤有效态镉含量与高粱各部分镉含量的相关性分析
• 5 黔北小麦、高粱种植区土壤—作物系统重金属污染的环境质量评价
• 5.1 评价方法和标准
• 5.1.1 评价方法
• 5.1.2 土壤环境质量评价标准和土壤质量综合分级
• 5.2 采样和分析方法
• 5.2.1 调查采样
• 5.2.2 样品处理与分析
• 5.3 黔北小麦、高粱种植区土壤环境质量评价
• 5.3.1 土壤重金属污染环境质量评价
• 5.3.2 土壤重金属污染对农作物质量的影响
• 5.4 评价结果
• 6.结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录