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土壤是一个开放的缓冲动力学系统,承载了环境中50%~90%的污染负荷,现如今我国稻田土壤Cd、As污染日益严重。本试验先通过改良剂成分筛选实验,比较两种由不同材料组配而成的改良剂碳酸钙+铁粉(LI)和羟基磷灰石+铁粉(HI)在三种不同配比(1∶1、1∶2和2∶1)的条件下,对稻田土壤提取态Cd、As含量的影响,最终确定了配比为2∶1的碳酸钙+铁粉(LI)作为水稻盆栽试验的固化剂。再通过盆栽实验,研究不同施用量的LI(2∶1)对稻田土壤和水稻植株各部位的影响,探讨组配改良剂控制土壤Cd、As向水稻迁移转运的影响及其机理。主要研究结果如下: (1)在改良剂成分筛选试验中,不同配比的LI和HI均能显著升高土壤的pH值,LI(2∶1)升高了1.21个单位。施加HI非常有效的降低了土壤中的TCLP提取态Cd含量(97.05%~98.09%),但是TCLP提取态砷含量却显著增加。施加LI可以有效降低土壤中有效态镉砷含量,LI(2∶1)降低了60.97%的TCLP提取态Cd含量;配比为1∶2和1∶1的LI分别使TCLP提取态砷降低了29.81%和29.85%,效果较好。1∶2的LI使交换态砷含量降低了55.18%,效果较好。从TCLP提取态Cd、As来评价,LI(2∶1)效果最佳,从交换态Cd、As来评价,LI(1∶2)效果最佳。TCLP毒性浸出含量与交换态和赋存形态的酸可提取态相比唯一可以同时表征糙米中Cd和As生物有效性,因此选定了LI(2∶1)来进行盆栽实验。 (2)在盆栽试验中,施加组配改良剂LI(2∶1)可以显著增加土壤的pH值,从而降低了土壤中交换态Cd含量和TCLP提取态Cd含量。在施加量为4 g/kg时,土壤提取态Cd与降低效果最佳。施加LI(2∶1)可以显著降低土壤中交换态As和TCLP提取态As含量,作用机制应当是:LI中大量的钙离子使土壤中交换态As转化为钙结合态As;同时LI中的铁粉在土壤中被氧化成铁氧化物和铁氢氧化物,其表面的OH-和OH2等基团被As取代形成难溶沉淀。当施加量为2 g/kg时,土壤提取态As减少幅度最大,效果最佳。 (3)在盆栽试验中,组配改良剂LI(2∶1)对Cd赋存形态的影响显著,可以将土壤中的毒性大且易从土壤中迁移至植株体内的酸可提取态转化为稳定的铁锰结合态和有机结合态。当施加量为2~4 g/kg时,酸可提取态向铁锰结合态和有机结合态转化的量最大。LI(2∶1)可以将As赋存形态中的易迁移的交换态转化为稳定的钙结合态,抑制土壤中的As向水稻植株各器官转运,当施加量为1~4 g/kg时均能显著抑制。 (4)在盆栽试验中,施加配比为2∶1的LI对提高水稻株高、分蘖数和各部位生物量都有一定的效果,表明施加LI(2∶1)有促进水稻植株生长的作用。施加量为2 g/kg时,增长趋势最明显。施加LI(2∶1)可有效降低水稻植株各部位Cd含量,变化趋势为先降低后回升。各部位Cd含量大小依次是茎>穗>根>叶>壳>糙米。施加量为1和4 g/kg时分别使糙米Cd含量降低了56.33%和55.13%。施加LI(2∶1)可以降低水稻各部位的As含量。施加量为4g/kg时,水稻糙米As含量降低幅度最大。各部位As含量的大小依次是根>茎叶>壳>糙米。当施加量增至8g/kg时,Cd、As降低效果减弱,主要是碳酸钙施用量提高使土壤pH值过高,对土壤砷有一定活化作用,而铁的大量施用也影响了土壤镉的固定。TCLP提取态Cd含量与水稻各部位为正相关线性关系,土壤交换态As与TCLP提取态As含量与水稻植株所有部位都具有正相关关系。施加LI(2∶1)正是通过降低土壤TCLP提取态Cd含量、交换态As与TCLP提取态As含量才控制了土壤Cd、As向水稻的迁移转运。 (5)施加LI(2∶1)增加了水稻根表铁膜的数量,降低了铁膜中Cd和As的含量,当施加量为2 g/kg时,根表铁膜中Cd、As含量降低幅度最大,与对照比分别降低了47.65%和36.33%。相关性分析显示,铁膜中的铁锰含量与Cd、As含量都具有负相关线性关系,即根表铁膜在Cd、As元素从稻田土进入水稻体内的过程中有可能起到了拦截作用,铁膜数量越多,Cd、As向根系的迁移量可能越少。