不同外源硒水平对富硒土壤腐殖质特征及芥菜富集重金属的影响
作者单位：海南大学
学位级别：硕士
导师姓名：罗盛旭
授予年度：2020年
学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 09[农学] 0903[农学-农业资源与环境] 120405[管理学-土地资源管理] 090301[农学-土壤学]
摘 要：近年来,人们在对富硒土壤资源开发利用的同时,也发现富硒土壤存在一定的重金属伴生效应。因此,认清富硒土壤重金属污染的规律及影响因素,对富硒土壤重金属污染风险的防控十分关键,也是富硒土壤开发利用过程中必须面对的热点问题。土壤腐殖质因具有大量的活性含氧官能团,决定了其各组分能与重金属之间发生相互吸附、络合等一系列复杂的作用,从而使重金属在土壤-蔬菜中的转运过程受到影响。另外,腐殖质可以作为土壤中的有机硒源,腐殖质各组分结合的硒可通过矿化作用释放到土壤溶液中以被植物吸收利用,是潜在的硒来源。同时不同类型的土壤以及耕作情况或环境条件等不同的土壤,其腐殖质具有不同的特征。为此,从外源硒水平的影响入手,对富硒土壤中腐殖质组成特征和芥菜中重金属富集的影响开展研究,可为认清富硒土壤中腐殖质对重金属的影响效应奠定基础,对富硒土壤中重金属的调控十分关键。基于此,本文以不同外源添加硒水平富硒土壤及其盆栽种植芥菜作为研究对象,利用国家腐殖质协会提供的方法,分离提纯不同外源添加硒水平富硒土壤腐殖质的各组分,即胡敏酸(humic acids,HA)、富里酸(fulvic acids,FA)和胡敏素(humin,HM)。考察了不同外源硒水平对富硒土壤腐殖质各组分的性质与结构、腐殖质各组分与重金属离子之间的吸附过程及钝化作用、芥菜富集重金属规律以及重金属在富硒土壤-芥菜系统中的生物利用度的影响。主要研究结果如下:(1)富硒土壤(根际土、非根际土)中腐殖质各个组分的含量均遵循以下顺序:HAFAHM。非根际土中腐殖质各组分的变化幅度比根际土的大,且各处理组中的腐殖质总量差异明显。不同外源硒水平土壤提取的腐殖质各组分的元素组成及原子比的变化规律不同。无论处理如何,FA的C/N和O/C均大于HA,而H/C小于HA。HM的C/N明显增加,且以S3处理组(外源Se的添加水平为5.0 mg·kg)的作用效果最佳(85.08%);O/C变化幅度最小,基本保持稳定;H/C在S5处理组(外源Se的添加水平为17.0 mg·kg)的降低幅度最大(51.79%)。腐殖质各组分的红外谱图存在明显差异性,但出峰位置大体上是相同的,只是峰的强弱有所差别。无论处理如何,腐殖质各组分的主要吸收带均为3450 cm、2925 cm、1630 cm、1383 cm、1250 cm和1035 cm,均具有-OH和不饱和键。与HA、FA相比,HM出峰位置较多,基团类型较为复杂且存在丰富的缔合醇羟基-OH。说明HA、FA和HM均具有与重金属络合和吸附的能力。(2)HA/FA对Pb、Cd的吸附能力与Pb、Cd浓度均具有良好的相关性(P0.05,P0.01)。HA/FA对Pb、Cd吸附量随着重金属离子平衡浓度的增加,都表现为先急剧增加,然后增加缓慢到最后基本达到饱和的过程。在同一重金属离子平衡浓度条件下,外源硒水平在HA/FA与Pb、Cd的吸附过程中起到的影响有所不同,说明Se与HA/FA相互结合强度有差异且存在竞争吸附作用。与Cd相比,HA对Pb的吸附率较大(31.32%～39.95%),作用较强;而FA对Cd的吸附强度较大,吸附率最高可达31.15%。Langmuir吸附模型很好地拟合了HA和FA对Pb的吸附等温线,而在FA对Cd吸附中,Freundlich的拟合效果明显优于Langmuir吸附模型。(3)有效态Cd浓度与p H呈显著负相关(r=-0.729)(0.01P0.05)。与空白对照组(CK)处理对比,分别添加3种不同水平用量的HM(H1～H3),α-FeO(F1～F3)和HM-α-FeO[(F-H)1～(F-H)3]处理并培养60 d后,土壤中有效Cd浓度分别降低14.21%～22.96%、21.25%～37.55%和13.45%～27.75%;可交换态Cd的浓度分别降低17.77%～23.34%、33.93%～45.39%和18.56%～22.07%。比较不同钝化剂的钝化效果,发现单独钝化剂中最佳处理组为F2(20 d),有效态Cd浓度的降低幅度最大(37.55%),但施加量也最大,易导致土壤碱性化;HM钝化剂在5 d达到最佳效果(H2);HM-α-FeO中最佳处理组为(F-H)3(60 d),有效态Cd浓度的降低量与钝化剂用量、钝化时间都呈极显著正相关(r=0.631,0.428)(P0.01),说明其钝化效果与钝化剂用量、钝化时间呈现出较好的线性增长关系,施用率低且效果明显。因此,HM适用于短期修复,而HM-α-FeO适用于长期修复。HM与α-FeO复合应用为充分利用土壤腐殖质和控制重金属流动性提供了新途径。(4)与对照处理相比,不同外源硒水平使芥菜根、茎和叶中的Pb浓度分别降低5.43%～48.70%、5.13%～39.86%和6.62%～31.91%;Cd浓度分别降
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