铜在土壤中的淋溶迁移特征及其生物效应研究

论文摘要

铜是植物必需的微量营养元素,也是人体健康所必需的重要元素之一。随着现代工农业的迅速发展,铜污染土壤面积逐年扩大,铜在土壤环境中的累积不仅会导致土壤及植物体内营养元素的平衡失调,还会对人体健康造成不良影响。如何通过对土壤中铜的迁移转化及其生物有效性的研究,达到改善铜污染土壤中作物的生长和品质的目的,对于提高作物品质和修复铜污染土壤都有重要的意义。本文采用室内模拟、盆栽试验相结合的方法,以棕壤为供试土壤,系统研究了铜在土壤中的迁移转化规律、波尔多液污染土壤中的钙以及添加褐煤对土壤铜迁移转化及形态分布特征的影响;以果园中常见牧草紫花苜蓿及普遍种植的五月慢小白菜为试材,研究作物对铜的吸收累积、作物对铜毒害的反应与其生物效应,以及铜对土壤酶活性的影响。主要研究结果如下:1.在泰安平均年降水量条件下,各处理土壤中的铜在010cm土层中均有不同程度的迁移转化:土壤铜含量越高,年降水量条件下表层土壤中铜的淋失量越大,沉淀态铜和矿物残留态铜所占的比例增加了28.57%33.49%。高铜（400mg·kg-1）土壤中,钙含量的增加使交换态铜比例降低幅度为9.97%10.48%,使铜的迁移量最大可减少15.54%;随褐煤施入量的增加,表层交换态铜含量减少,铜向510cm土层中的淋溶量减少显著,有机结合态铜的含量增加22.76%36.07%。2.随铜施入量增加,小白菜体内全铜含量增加显著;土壤中铜施入量≦100mg·kg-1时小白菜的生长量增加显著;铜400mg·kg-1时施钙使小白菜单株重增加幅度为81.44%380.76% ,叶绿素含量增加29.17%58.33%,褐煤施入量较高时叶绿素含量增加4.17%16.67%。钙的施入使小白菜体内POD的活性提高了23.53%58.82%,CAT活性提高16.67%200%,NR活性在钙的较低施入量时提高19.63%25.15%,硝酸盐含量降低40.20%60.51%,VC含量增加8.91%27.72%,活性铜含量减少7.56%32.51%,全铜含量减少6.57%46.47%。褐煤的施入使小白菜VC含量增加17.82%28.71%,POD活性提高23.53%50%,褐煤5g·kg-1时CAT活性提高34.62%,活性铜含量减少47.45%61.51%,施入量为10g·kg-1和20g·kg-1时全铜含量增加14.43%和6.44%。3.随铜施入量增加,紫花苜蓿体内铜含量增加显著,单株重有降低的趋势。铜400mg·kg-1时,钙的施入使紫花苜蓿单株重增加66.67%240% ;全铜含量减少39.32%62.53% ,叶绿素含量增加13.16%23.68%,硝酸盐含量降低36.56%46.44%,POD活性降低了8.68%25.75%,NR活性提高2.78%41.58%,CAT活性在钙低施入量时降低50%,钙3.125g·kg-1时粗蛋白含量减少41.27%;褐煤的施入使紫花苜蓿体内全铜含量增加8.83%20.04%,POD活性提高14.37%17.96%,褐煤5g·kg-1时CAT活性提高了104.17%,10g·kg-1时NR活性降低了10.81%,10g·kg-1和20g·kg-1时粗蛋白含量增加30.16%和12.70%,硝酸盐含量降低9.11%37.78%。4.对于小白菜盆栽土壤,随铜施入量增加,蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶和磷酸酶活性均呈降低的趋势;铜400mg·kg-1时,随钙施入量增加,蔗糖酶活性提高42.11%171.93% ,过氧化氢酶活性提高15%25% ,脲酶活性提高36.84%110.53% ,磷酸酶活性提高13.95%23.26%;褐煤的施入使蔗糖酶活性提高17.54%31.58%,过氧化氢酶活性提高0.83%10%,脲酶活性提高12.12%21.21%,褐煤10g·kg-1和20g·kg-1时磷酸酶活性提高了9.30%和6.98%。紫花苜蓿盆栽土壤中,随铜施入量增加,蔗糖酶和脲酶活性呈降低的趋势,过氧化氢酶和磷酸酶活性先增高后降低;钙的施入使过氧化氢酶活性降低17.78%32.22% ,脲酶活性升高12%21% ,蔗糖酶活性提高4.11%6.85%,钙3.125g·kg-1时磷酸酶活性提高16.67%;施入褐煤使脲酶活性提高12.12%21.10%,蔗糖酶活性提高5.48%13.70%。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 引言
• 1.1 土壤中的铜与土壤铜污染
• 1.1.1 土壤中铜的含量、来源、有效性及影响因素
• 1.1.2 土壤中铜的形态分级
• 1.2 植物铜素营养与铜毒害
• 1.2.1 铜对植物的营养作用
• 1.2.2 植物的铜毒害及其适应机制
• 1.3 铜的临界浓度与环境容量
• 1.4 土壤酶活性
• 1.5 研究的目的与意义
• 2 材料与方法
• 2.1 铜在土壤中的淋溶迁移特征
• 2.1.1 供试材料
• 2.1.2 试验方法
• 2.2 施铜对小白菜和紫花苜蓿的生长及土壤酶活性的影响
• 2.2.1 供试材料
• 2.2.2 试验方法
• 2.3 测定项目及方法
• 2.4 数据分析
• 3 结果与分析
• 3.1 铜在土壤中的淋溶迁移特征
• 3.1.1 施铜处理各形态铜的淋溶迁移
• 3.1.2 施钙对高铜土壤中铜迁移转化的影响
• 3.1.3 添加褐煤对土壤铜迁移及形态转化的影响
• 3.2 施铜对小白菜和紫花苜蓿生长与品质的影响
• 3.2.1 不同处理对小白菜和紫花苜蓿生长量的影响
• 3.2.2 施铜对小白菜和紫花苜蓿叶绿素含量的影响
• 3.2.3 施铜对小白菜和紫花苜蓿过氧化物酶活性的影响
• 3.2.4 施铜对小白菜和紫花苜蓿过氧化氢酶活性的影响
• 3.2.5 施铜对小白菜和紫花苜蓿硝酸还原酶活性的影响
• 3.2.6 施铜对小白菜和紫花苜蓿硝酸盐含量的影响
• 3.2.7 施铜对小白菜维生素C 含量的影响
• 3.2.8 施铜对紫花苜蓿粗蛋白含量的影响
• 3.2.9 施铜对小白菜和紫花苜蓿活性铜含量的影响
• 3.2.10 施铜对小白菜和紫花苜蓿全铜含量的影响
• 3.3 施铜对土壤酶活性的影响
• 3.3.1 施铜对土壤蔗糖酶活性的影响
• 3.3.2 施铜对土壤过氧化氢酶活性的影响
• 3.3.3 施铜对土壤脲酶活性的影响
• 3.3.4 施铜对土壤磷酸酶活性的影响
• 4 讨论
• 4.1 铜在土壤中的淋溶转化及其影响因素
• 4.2 施铜对小白菜和紫花苜蓿生长及铜累积效应的影响
• 4.2.1 不同处理对作物生长量和叶绿素含量的影响
• 4.2.2 不同处理对作物体内酶活性的影响
• 4.2.3 不同处理对作物品质指标的影响
• 4.2.4 不同处理对作物体内铜含量的影响
• 4.3 施铜对土壤酶活性的影响
• 5 结论
• 5.1 铜在土壤中的淋溶迁移特征
• 5.2 施铜对小白菜生长与品质的影响
• 5.3 施铜对紫花苜蓿生长与品质的影响
• 5.4 施铜对土壤酶活性的影响
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表论文情况