锑污染下不同增氧处理对土壤性质及水稻锑吸收的影响

作     者：姚丽华 

作者单位：浙江师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：于红梅

授予年度：2023年

学科分类：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] 0901[农学-作物学] 

主      题：锑污染 土壤理化性质 锑形态 增氧处理 水稻 根表铁膜 

摘      要：锑(Sb)是一种有毒的类金属元素,近年来,由于锑矿开采和含锑产品的不合理利用,环境中锑含量急剧上升,环境中高含量的锑会对植物产生毒害作用并且会通过食物链对人类健康构成威胁。水稻是我国主要的粮食作物之一,且锑污染严重地区正是我国水稻的主要种植区,食用水稻已经成为矿区居民接触锑的主要途径。因此,采取有效措施来减少锑污染土壤水稻的锑吸收至关重要。土壤增氧能够通过改善土壤气体环境来促进作物根系对水分和养分的吸收,进而促进水稻的生长和产量,但对于增氧处理对锑污染地区土壤性质以及水稻吸收锑的影响研究较少。本研究选择早籼618作为试验材料,采取盆栽试验来探究土壤增氧处理下土壤理化性质、水稻生长以及水稻吸收锑的差异,并从土壤锑形态转化以及根表铁膜的形成两个方面来探究土壤增氧对水稻吸收锑的影响机理。研究结果如下:(1)土壤锑污染会抑制土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶和亚硝酸还原酶的活性,速效磷含量显著下降,速效钾、氨态氮和硝态氮差异不显著;土壤在干湿交替和化学增氧处理后,土壤中溶解氧含量浓度提高,氧化还原电位(Eh)升高,促进土壤氮素矿化,净氮矿化速率分别增加了16.77%、66.07%和116%。土壤过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶活性提高了11.38%～39.99%、10.45%～33.82%和11%～21.97%,亚硝酸还原酶活性下降,使土壤中氨态氮、硝态氮以及速效磷含量上升,速效钾含量有所下降。(2)土壤中锑主要以残渣态形式存在,平均占比67.42%,可溶态和碳酸盐结合态锑(酸可提取态)占比最小,均小于1%;干湿交替和化学增氧处理增加了土壤Eh值,使土壤中锑的赋存形态比例改变,酸可提取态锑比例在三种增氧处理下分别下降了39.60%、25.21%和27.04%,土壤中增氧处理后有机态锑占比减小,残渣态锑和铁锰氧化物结合态锑占比增多,最终降低了锑在土壤中的可移动性。(3)土壤锑污染会抑制水稻植株地上部和根系的生长,减弱植株光合能力,使水稻地上部干物质积累量和产量降低了12.47%和15.68%。三种土壤增氧处理能够改善根区土壤环境,促进根系对养分和水分的吸收,其中叶片SPAD值分别增加了10.50%、13.24%和18.49%,植株光合作用增强,有效缓解锑胁迫对水稻地上部的生长和产量的抑制,其中干湿交替处理下化学增氧效果最佳。(4)锑在水稻各部位的积累具体表现为:根部茎叶稻谷稻壳,增氧处理能够增加水稻根部锑的积累,增加水稻根表铁膜的数量以及根表吸附的锑,有效降低锑从水稻根部向水稻地上各个部位的转移,进而减少水稻茎叶、稻谷和稻壳中的积累量。(5)土壤增氧主要改变土壤Eh和土壤p H进而间接影响稻谷中锑的积累,土壤Eh会影响土壤中可溶态锑含量及水稻根表铁膜的数量,土壤p H和可溶态锑含量对稻谷锑的积累产生正向影响,根表铁膜对其产生负向影响,同时根表铁膜还通过影响根部锑的积累量间接影响稻谷对锑的积累。综上所述,增氧处理能够通过改善土壤通气状况,促进土壤氮素矿化以及提高酶活性,促进水稻对养分和水分的吸收,进而促进水稻植株地上部的生长以及产量的提高。另一方面增氧处理能够通过改变土壤中锑的赋存形态,降低锑的可移动性,促进水稻根表铁膜的形成来减少地上部锑的积累以及缓解锑对水稻的毒害作用。