硅酸盐对水稻土镉污染的钝化作用

来源 :湖南师范大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:kongshuai19900505
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随着工业化和城市化进程的加快,大量的镉(Cd)被排放到环境中,导致我国部分地区的农田土壤面临着严峻的Cd污染问题。由于Cd在环境中具有较强的迁移率和富集能力,易从环境进入食物链,威胁农产品的安全和人体健康。本研究主要研究了硅钙复合矿物(CS)、海泡石(SP)和叶面水溶性硅肥(YS)三种硅酸盐类钝化材料在水稻—水稻土体系中Cd的吸附钝化效应和反应机制,为实现Cd污染水稻土的钝化修复以及实现水稻的安全生产提供理论参考。主要研究结果如下:(1)CS对初始浓度为250 mg/L的Cd溶液的吸附平衡时间为8 h,对Cd的去除率高达100%,饱和吸附量qmax为72.2 mg/g。CS吸附Cd的主要机理为离子交换和络合作用;此外,XRD分析显示吸附Cd后的CS表面存在大量的Cd2(OH)3Cl、Cd(OH)2和少量的CH6BrCdN晶体沉淀。(2)将CS添加至Cd污染水稻土中,可降低92-100%的水稻根际土壤有效Cd含量。EDX线扫描结果显示CS处理增加了Si在水稻根横截面皮质层和内皮层处沉积,这导致了CS处理的白根中的Cd浓度比对照高出1.5-2.1倍。因此,相对于对照,CS处理后Cd由白根向茎叶转运显著降低42%-51%。CS处理在增加了糙米中Si、Ca、Zn含量的同时降低糙米中Fe、Mn、Mg和Cu含量。(3)海泡石对初始Cd浓度为50 mg/L的水溶液系统中Cd的吸附量较低(qmax为4.2 mg/g),吸附机制主要是通过离子交换、表面羟基(-OH)络合作用以及产生CdCO3、CdCl2、CdO和Cd(OH)2沉淀。(4)水稻盆栽试验表明:SP单施及与CS复配可降低19.5%-34.0%水稻根际有效Cd含量,增加水稻根际有效Si、Ca、Se的含量,并促进Cd由可交换态向碳酸盐结合态和有机结合态转换以及Se由难溶态向生物可利用态转化。SPC和SCY处理显著地增加了水稻根部对Cd的持留能力,转运系数TF茎叶/白根由6.2降至0.2,从而抑制Cd由地下部分向地上部迁移和转运。对于CS和SP复配基础上喷施叶面水溶性硅肥的处理(SCY处理),在显著增加糙米Si含量的同时可显著降低糙米中93.5%Cd的含量。此外,SCY处理并不影响糙米对于各矿质元素(Se、Ca、Cu、Fe、Zn、Mg和Mn)的吸收。
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