紫云英与骨粉共施对稻田土壤Cd生物有效性的影响研究

来源 :华南农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:HUANJIAN666
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随着工业发展和农业投入品的大量使用,我国面临着日益严重的土壤环境安全问题,其中尤以重金属镉(Cd)的污染获得最广泛的关注。为控制化肥施用量的增长,作为一种传统绿肥的紫云英又重新获得人们的重视。紫云英在土壤中的矿化行为会产生大量的水溶性有机物(DOM),势必影响到土壤Cd的生物有效性。本文开展了室内培养和盆栽实验、田间调查和试验,研究了紫云英DOM、骨粉等钝化材料对土壤Cd的单独影响,并进一步探讨了紫云英与骨粉的共施的钝化效果及机制,以便为在较低的成本下实现对中轻度Cd污染稻田的安全利用提供科学依据。(1)在紫云英压青后的快速腐解期,土壤中的DOM和水溶态Cd(WS-Cd)的含量快速增加,翻压盛花期紫云英6 d后,土壤溶液中的DOC和WS-Cd分别达到1874.60 mg·L-1和2.64μg·L-1,分别是翻压枯萎期紫云英处理的21.25倍和2.67倍,是空白处理的32.01倍和3.34倍。随着翻压时间的延长,盛花期紫云英处理的土壤溶液WS-Cd含量快速下降,在第16 d左右时与CK处理基本相同。WS-Cd含量的变化规律与可溶性有机碳(DOC)和可溶性有机氮(DON)含量的变化规律类似。使用平行因子分析(PARAFAC)发现,土壤溶液中存在3种主要的DOM组分,即一个类蛋白质组分和两个类腐殖质组分。对于DOM组分、特征参数与WS-Cd含量的相关性和主成分分析(PCA)结果表明,紫云英DOM的芳香性和平均分子量是影响WS-Cd含量的主要因素。(2)从常年种植和翻压紫云英的定位试验点采集土壤样品,并对不同层次土壤基本性状和Cd含量、形态的研究发现,紫云英的定位种植没有对土壤Cd产生明显的淋洗作用,但是其可以通过提高土壤p H、增加有机质含量以及通过DOM与Cd的相互作用,改变土壤中Cd的形态,促进Cd向残渣态等形态转化。分析表明,0-20 cm土层中,可交换态Cd的比例与DOC含量和土壤可溶性有机碳与总有机碳的比值(DOC/SOC)呈极显著正相关,与有机质含量和p H间没有明显的相关性。0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm土层中,DOC/SOC与残渣态Cd占比的相关系数分别为-0.719、-0.853、-0.592,均达到极显著相关(P<0.01),即在土壤有机碳组成中,DOC所占的比例越高,则残渣态Cd占比越低,而对应的具有生物有效性的Cd形态占比越高。(3)骨粉配施少量磷肥可以在保持稻谷的产量不下降的前提下显著减少水稻对Cd的吸收量,其糙米中Cd含量相较于CK处理显著降低了56.29%,糙米对Cd的生物富集系数(BCF)仅为0.271。添加土壤质量0.5%的骨粉可以将稻米安全生产的土壤Cd临界含量从CK处理的0.347 mg·kg-1提高到0.738 mg·kg-1。骨粉在明显增加土壤残渣态Cd占比的同时,降低了土壤中可交换态和铁锰氧化物结合态Cd的占比,这对于减少水稻对Cd的吸收有明显的作用。相关性分析表明,土壤有机结合态Cd的占比与水稻秸秆、谷壳、糙米对Cd的BCF均呈显著水平(P<0.05)以上的负相关,而可交换态、碳酸盐结合态以及铁锰氧化物结合态Cd的总占比与各部位对Cd的BCF的相关性高。这说明,水稻主要吸收土壤中可交换态、碳酸盐结合态以及铁锰氧化物结合态Cd。(4)在不施磷肥条件下,一次性施用骨粉,14个早稻品种籽粒的平均降Cd率为60.27%,14个晚稻品种籽粒的平均降Cd率为47.18%,虽然钝化剂出现了一定的老化现象,但降Cd效果基本满意。骨粉的施用显著提高土壤p H和全磷、全钾、有效磷、速效钾的含量,同时降低了土壤有效Cd含量(DTPA提取),其中,土壤全磷含量提高了111.9%,土壤p H提高了0.54个单位,土壤有效Cd含量降低了19.84%。结果还显示,骨粉需要较长的分解周期,其供磷效果受温度影响较大。骨粉钝化效果可维持至少两季水稻,且钝化效果与水稻品种没有明显关系,具有较好的品种适应性。(5)紫云英+骨粉的共施钝化条件下,紫云英翻压后配合添加0.5%的骨粉,能够达到单独添加1.0%骨粉的降Cd效果,且对水稻的产量没有明显的影响。紫云英与骨粉翻压的时间间隔对水稻的降Cd影响并不显著。综合考量水稻产量、降Cd效果和土壤Cd形态数据,翻压紫云英后15 d施用0.5%的骨粉,不会显著增加人力成本,且能够达到成本和效果的最优化。经过测算,该技术的大田应用成本约为6273元·hm-2,合418元·667m-2,处于相对较低的水平,考虑到紫云英具有的良好的生态效益,因而该技术具有良好的应用前景。
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