林仁漳[1]2003年在《酸化紫色土中镉的生物有效性调控及机理研究》文中认为镉是一种环境危害较大的典型重金属污染物。其污染危害与控制长期以来一直是环境科学关注的热点问题之一。尽管对环境镉污染的来源、水平、危害有了较全面的认识，并依据对土壤-植物系统中镉迁移转化规律的认识提出了许多防治措施，但这些措施或者因为治理成本过高，或者因为所需时间太长而难以被广泛应用，应对目前严峻的镉污染问题的经济有效的手段仍主要依靠以施用化学改良剂为主的农艺措施。 以往在调控剂的筛选方面已作了不少工作，但由于研究对象的复杂性及实验条件的差异，所得到的结果往往缺乏一致性，甚至出现截然相反的情况，已有的方法在不同地区间难以直接套用。并且，由于缺乏对同一条件下，不同调控剂及其类型、剂量的不同组合对镉污染的控制效果及控制机理的系统比较，因而，就具体的立地条件究竟采用何种调控剂配方及如何使用最为有效与合理仍缺乏依据。本研究针对重庆市农业土壤的污染状况，选取镉活性较高的酸化紫色土为供试土壤，采用盆栽试验、培养试验、化学热力学与动力学吸附试验相结合的方法，系统研究和比较多种调控剂及其不同组合方式对镉生物活性的效应，并揭示镉在土壤—植物系统中的迁移转化规律及影响因素，进一步分析调控剂的作用机理，探寻具有实际应用价值的调控剂配方及合理使用的方法，这不仅可以为重庆市农业土壤镉污染的防治提供可靠的技术保障，而且对于其它重金属污染的治理也有一定的理论意义。 本研究选用的调控剂有碱性物质石灰、硅肥、粉煤灰，有机物料秸秆堆肥、猪粪、胡敏酸，离子拮抗剂ZnSO_4。按不同类型调控剂的比较、有机物料与石灰的组合效应、石灰不同用量的比较等原则设计试验。盆栽试验采用莴苣为供试植物，共设27个处理，分为不同调控剂及其组合的比较和不同污染水平下石灰用量的效应两部分，各处理重复4次，研究调控剂对生物量及植物吸收镉的调控效应；培养试验处理与盆栽试验相同，各重复两次，培养期间室内温度控制在25±1℃，土壤水分保持在20％左右，分别在不同的培养时间取样分析，研究调控剂对镉的形态转化及其有效性的影响；吸附-解吸试验的土壤按照既定方案处理后，在25±1℃，土壤水分20％左右条件下培养2个月，待调控剂与土壤的反应基本稳定后制样进行等温吸附一解吸实验和吸附动力学实验，研究调控剂作用下土壤对廉吸附一解吸的热力学和动力学特征及其与铜的生物有效性的关系。 结果表明，施用调控剂对离首生物量有显着的影响，生物量最大（猪粪处理）与最小CnSO。处理）相差达2．38倍。添加外源钢使离售生物量下降；添加堆肥、猪粪、胡敏酸、猪粪十石灰的处理使生物量大大提高，提高幅度在 11二8％～47．49％，尤以单施猪粪增产效果最佳；添加石灰、硅肥、粉煤灰、ZnSO4、堆肥十石灰、胡敏酸十石灰的处理均使葛育生物量下降，下降幅度在2．31％～56．37％间。锅污染水平和石灰添加量对离它生物量都有显着影响，污染水平越高，离营生长受抑制越明显；各污染水平下，随石灰施用量增加，生物量下降，离营生物量O，以Pot）随石灰添加量k，％）的变化关系能很好地用多项式：y＝ax勺bx＋c加以描述。调控剂对作物生物量的影响是其对锅毒害的调控和对作物生长环境的调节两方面共同作用的结果，是抑制还是促进作物的生长，与调控剂的性质、施用量、土壤环境、作物种类有关。 所选用的调控剂对植物吸收铜都有不同程度的抑制作用，以猪粪与石灰混施的控制效果最佳，使植株银含量比对照平均下降60％，ZnSO。的控制效果最差，使植株锅下降2．58％，并导致植物锌毒害。叁种碱性物质中，硅肥对植物吸收锅的抑制作用最明显，石灰次之，粉煤灰的抑制作用最弱；叁种有机物料中施用猪粪和堆肥可以明显降低植物对铺的吸收，而胡敏酸效果不明显；有机物料与石灰混施可以提高对钢的抑制效果，其中胡敏酸与石灰的协同效应最明显。石灰施用量对植株吸收锅有显着影响，植株各部位锅含量k）与石灰添加量…，％）的关系可以很好地用方程 y叫／（ax斗bx化）描述，石灰对植株锅累积的调控存在一个最佳抑制效应剂量，低于或高于这一剂量均不能达到最佳抑制效果，但对于不同植株部位和不同污染水平，最佳抑制效应剂量不同；低用量下，单位石灰添加量对植株吸收锅的抑制作用比高用量时大，因此若综合考虑调控剂的施用成本及其对生物量的影响效应，则在本试验条件下以施用石灰0．40％～0．55％较合理，这时对作物吸收锅的抑制效应可达最佳抑制效应的90％左右，同时不致于显着降低离营生物产量。 植物对铜的累积与土壤锅的存在形态密切相关。交换态锅对植物铜吸收的影响最大，它与高艺根、茎、叶锅含量的偏相关系数分别为0．727‘＼0．708”＼ 20．719””（n＝26），都呈极显着正相关，其次是水溶态和碳酸盐结合态，呈显着正相关，偏相关系数在0．389“～0．4旷…刁6X松结有机态和锰氧化物结合态未达显着相关。而紧结合有机态、残留态与植株各部位铜都呈负相关?
张华[2]2007年在《紫色土—作物系统对酸雨的响应与机理研究》文中进行了进一步梳理随着工业的不断发展以及世界人口的剧增，化石燃料能源如煤和石油等的消耗量日益增加。化石燃料能源的使用，使得大气中的硫氧化物、氮氧化物的浓度增高，经过化学反应形成酸，最终通过雨、雾等形式降落形成酸雨。在酸雨的长期作用下，将会给陆地生态系统、农业生态系统、水生态系统带来巨大的危害。大量研究表明，土壤经过酸雨淋洗，其土壤盐基离子淋失增加，氧化铁活性提高，土壤团聚体形成的胶结物质数量减少，品质下降，土壤团聚体的稳定性和结构性变差，加速土壤侵蚀；其次是铅、铝等有害离子大量释放，酸雨淋洗植物造成植物营养元素的析出，使得植物营养失衡，影响植株的光合速率和硝酸还原酶(NR)与谷氨酸合成酶(GOGAT)活性，在一定程度上抑制植物的营养生长和生殖生长。因此，控制酸雨和土壤酸性化是可持续发展进程中必须解决的一个重大环境问题。紫色土的化学成分具有较强的化学稳定性，尽管在亚热带湿润地区，紫色岩发育的土壤多呈中性至微碱性，但由于酸性沉降物的影响，己造成局部地区紫色土酸化。重庆长期的酸沉降污染，给当地农业生态系统造成的累积效应，虽然近几年来加强对大气污染治理，酸雨污染形势总体上呈下降趋势，但下降的程度比较小，形势不容乐观，酸雨污染依然严重。基于以上原因，本研究通过模拟实验，田间试验，并结合调查研究，对紫色土—作物系统对酸雨的响应与机理进行了多方面深入的研究，以期对西南地区酸雨问题的防治具有一定的科学价值和参考意义。研究结果显示，中性紫色土在pH 3.0和4.0的模拟酸雨淋洗后，pH值也开始明显降低，pH 4.0的酸雨是长期潜在地影响中性和酸性紫色土酸化的一个临界降雨pH值；石灰性紫色土在模拟酸雨1年和5年雨量处理后，土壤pH不但没有降低，反而略有升高，仅在经过pH 3.0和4.0的模拟酸雨10年雨量淋洗处理后过程，土壤pH略有下降，但其pH仍处在碱性水平，这反映了该土壤中CaCO_3的高度缓冲能力；随酸雨淋洗时间的加长，交换性Ca~(2+)和Mg~(2+)随处理pH的降低而明显地减少，在长期的酸雨淋洗下，可促进土壤矿物分解，而释放出K~+、Na~+；酸雨浸入土壤的初期，无论是否有土壤pH的显着变化，微生物都有较灵敏的反应；真菌的数量一般是随土壤pH的下降而上升，但当土壤pH＜3.50时，土壤中的真菌数明显降低，这一pH值可能是真菌的临界的pH值。中性和酸性紫色土被酸雨酸化后，土壤中脱氢酶、脲酶和过氧化氢酶受到酸雨极明显的抑制作用，而在一定酸性条件下，却促进了转化酶的活性。石灰性紫色土中的氢酶、转化酶、脲酶和过氧化氢酶与土壤pH均无显着相关关系，表明石灰性土壤对酸雨危害有较大的抵御能力。酸雨雨水对蔬菜根系生长有直接的影响，雨水酸度越高，对蔬菜根系的生长影响越大，其临界pH值在4.0～5.0之间；酸雨淋洗的中性和酸性紫色土上种植的莴苣和四季豆，其根系活动和叶片硝酸还原酶活性二项生理指标均随致酸后的土壤pH值下降而减弱，根长及根重均明显下降，但在石灰性紫色土中的变化不大；盆栽试验结果显示，在中性和酸性紫色土上生长的蔬菜，生物量随土壤pH值的降低而下降；田间试验的结果是，对照区单位面积蔬菜产量>酸雨轻污染区>酸雨重污染区。土壤中硝态氮量受施肥量和降雨量影响明显，不同施肥处理其淋失量大小排序均为OM+CF＞CF＞OM＞CK，与施肥过程中氮添加量一致，淋失过程主要集中在雨季(6，7，8月)。同一施肥处理，土壤硝态氮的淋失量随降雨pH值的升高而增加。在酸雨淋洗下，土壤酸度不断增加，抑制了土壤的铵化和硝化过程，从而减少了硝态氮的淋失量。混合肥处理结果表明，有机肥的施用在一定程度上可以抑制强酸性降雨对土壤硝态氮淋失的影响，起到保持土壤肥力的作用。酸雨对土壤氮循环的影响，一方面，由于酸雨影响了作物的正常生长，使蔬菜从土壤中吸收氮量在不同的酸雨影响区有明显的差异；另一方面，从田间试验和模拟试验均发现土壤硝态氮、氨态氮的淋失量会随着降水酸度的提高而提高。土壤磷元素在不同施肥处理下淋失量大小排序与硝态氮特征相同，同样受到施肥量和降雨量的影响。其中混合肥和化肥处理，由于磷的施肥量大幅增加，土壤磷元素的淋失量明显大于有机肥和对照处理。不同施肥处理土壤磷元素淋失对酸雨的响应略有不同，总体来说，pH值为5.5是一个临界点，土壤磷元素淋失量最大。可以推测大多数土壤酸性磷酸酶活性的最适pH值为5.5，此时土壤有效磷含量最高，在酸雨的淋洗下促进了土壤磷元素的淋失。土壤中磷的释放是一个相对缓慢的过程，主要发生在6～10月，时间跨度比较长。酸雨对土壤磷循环的影响主要是通过影响作物的正常生长，使蔬菜从土壤中吸收磷量在不同的酸雨影响区有明显的差异，而蔬菜对磷的吸收是该系统土壤磷输出的主要途径，由此影响到土壤—蔬菜系统中磷的周转。土壤中硝态氮的淋失量远远大于磷元素。硝态氮溶解度高，移动性强，易于淋失；相比之下，土壤对磷的固定能力较强，施入土壤中的磷大部分转变为不易溶解的固定态磷而被固定下来，但是磷元素是水体富营养化的限制因子，其淋失量不容忽视。酸雨可促进紫色土重金属形态的转化，改变紫色土重金属各赋存形态的比例，提高有效态的含量和比例；降低土壤对重金属离子的吸附能力和吸附量，提高解吸率，促进蔬菜对土壤重金属的吸收。试验也发现，镉、锌对植物的生物有效性与镉、锌的存在形态、相互作用以及土壤pH值密切相关。从回归分析和偏相关分析的结果可以看出，可交换态镉、锌与植物镉、锌含量之间存在显着相关性，可交换态镉、锌对植物吸收累积镉、锌的贡献较大，是镉、锌从土壤流向植物的主要渠道。而其他形态的镉、锌对植物镉、锌含量之间的关系与酸雨的影响有重要的关系，且在不同pH值的土壤中其影响也明显不同。在土壤pH值呈中性的土壤中，酸雨促进了植物对碳酸盐结合态和氧化锰结合态镉、锌的吸收，而在土壤pH值呈酸性的土壤中，酸雨使碳酸盐结合态和氧化锰结合态镉的直接贡献系数明显下降，与此同时，碳酸盐结合态和氧化锰结合态锌的直接贡献系数呈显着上升，超过可交换态锌成为对植物锌含量贡献较大的形态，特别是氧化锰结合态锌，其贡献系数处在第一位。土壤的pH值对镉、锌的累积有着重要的影响，镉、锌的累积率随着土壤pH值的下降而上升，这表明随着土壤pH值的下降，镉、锌复合污染的潜在威胁呈上升趋势，而酸雨的影响将会进一步加速这种趋势。同时，植株对重金属镉、锌的累积率有着明显的不同，镉的累积率要远大于锌的累计率，说明镉迁移性较强，易被作物所吸收，对人体的潜在威胁最大。酸雨对土壤镉、锌吸附与解吸动力学特性均有影响，土壤对镉、锌的解吸量及解吸率都随着酸雨pH值的降低而升高，其解吸率顺序为Cd＜Zn。无论在非酸性降水还是酸性降水下，化肥单独施用、化肥与有机肥混和施用都将导致土壤pH的明显下降，交换性酸和交换性铝增多，而有机肥单独施用则对土壤pH、交换性酸和交换性铝影响较小。对于中性土，酸雨和施肥两种因子的交互作用不显着；对于酸性紫色土，酸雨和施肥的交互作用都达到极显着，表明酸雨和施肥共同作用加大了对土壤酸化的危害。因此，对于酸缓冲能力较小的酸性紫色土，应重视农田的施肥措施。酸性降水和施用肥料这两种因素单独作用于紫色土时，并未对土壤盐基离子淋失产生影响，当两种因素同时作用于紫色土时，则加剧了土壤盐基离子的淋失。在单施有机肥条件下酸性降水对土壤缓冲性能的破坏最小，但对单施化肥处理的土壤缓冲性能的破坏较大，对有机肥和化肥混合施用处理的土壤缓冲性能的破坏最大。N、P、K肥叁种肥料的均衡施用对土壤酸化的影响较小，施猪粪及秸杆还田也能对土壤酸化进行缓解。氮磷钾化肥和猪粪混施、施用氮磷钾化肥加秸杆还田、过量施用化肥、施用含氯化肥、稻—油轮作等农业措施则会加速田间土壤的酸化。重庆市紫色土大部分属于对酸输入不敏感的土壤，紫色土的酸害容量均大大高于50mmol／kg的酸敏感标准。紫色土的酸害容量有石灰性紫色土＞中性紫色土和酸性紫色土＞强酸性紫色土的规律。如果只考虑酸雨对土壤的影响，在短期内难于酸化。但城区污染源附近的土壤酸化速度很快，依据重庆市现有酸沉降量计算，九龙坡区电厂附近的土壤酸化速度很快，土壤pH值下降到4.0只需21.18a，下降到3.5只需70.40a。因此，应加大重庆市的硫排放量削减力度，防止土壤城区快速酸化。
黄亮[3]2004年在《酸雨胁迫下紫色土镉、锌复合污染对莴笋的影响》文中研究表明重金属复合污染是目前普遍存在的环境污染现象。随着工农业的发展，越来越多的重金属污染物进入环境并共存，共同作用对环境产生污染效应。过去的研究大多以单个污染物为研究对象，这无法准确反映环境污染现象，因多种污染物共存于同一环境并相互作用所形成的环境污染效应明显不同与单一元素时的情形，以单一元素效应而制定的有关评价标准也无法真实反映环境质量要求。因此复合污染已成为环境科学发展的重要方向之一。这其中，以重金属复合污染为内容的研究已得到人们越来越多的关注。Cd作为一种危害较大的重金属，它可通过食物链进行累积，长期摄入可导致“骨痛病”，一直以来是人们研究的热点。Zn作为一种兼具营养和毒性的元素，其化学性质与Cd相似，它们在自然界总是伴生、伴存于环境中，并经土壤-植物系统，继而由食物链进入人体而产生危害。由于人类活动，诸如采矿、冶炼、废物处理、污水灌溉及污泥施用等，使Cd、Zn等重金属越来越多的进入土壤环境。Cd、Zn共存于同一土壤环境中，由于存在相互作用，其复合污染效应也与单一Cd、Zn元素时情形不同。这些作用会显着影响生物体对元素的积累过程及不同生物学层次上的毒性作用，因此确认这些作用的性质显得尤其重要。重金属的交互作用不仅受重金属自身的浓度大小所影响，而且会因环境条件的变化而发生变化，环境条件的影响通常较复杂，有时还会发生结果相反的情况。酸雨因其向土壤输入过多的H~+而引起土壤pH值和盐基饱和度的降低，促使土壤酸化，因此，在酸雨发生频率较高的区域研究酸雨胁迫下的复合污染效应有着重要的现实意义。本研究针对重庆市属酸雨危害较严重的地区以及其紫色土分布较广的状况，选取不同pH值的紫色土为供试土壤，采取盆栽试验、吸附．解吸试验与形态分析试验相结合的方法，系统研究和比较酸雨胁迫下Cd、Zn不同浓度组合的交互作用及其对生物的有效性，并揭示镉、锌在土壤-植物系统中的迁移转化规律及其影响因素，进一步分析酸雨胁迫下Cd、Zn交互作用的作用机理及其形态变化情况，这可为重庆地区治理酸雨胁迫下的Cd、Zn等重金属复合污染提供一定的理论依据。 本研究中盆载试验的供试土壤选用的是pH 值属中性和酸性的紫色土，供试植物为莴笋。盆栽试验按照不同pH值的酸雨的比较、不同pH值的土壤的比较和不同浓度水平的组合效应等原则设计试验，共设36个处理，各个处理均重复3次，研究酸雨胁迫下Cd、Zn复合污染的交互作用和形态变化以及其对作物生物量的影响。土壤吸附-解吸试验的土壤按照既定方案处理后，在25±1℃，土壤水分20％左右条件下培养2个月，待重金属元素与土壤的反应基本稳定后制样进行等温吸附—解吸试验，研究紫色土在单一及复合条件下镉、锌的吸附特征和酸雨胁迫下的解吸特征以及此条件下吸附一解吸与镉、锌生物有效性的关系。 结果表明，酸雨胁迫下Cd、Zn复合污染对作物生物量有着现显着的影响，复合污染条件下随着酸雨pH值的降低，生物量随之降低。其影响均表现为抑制了植物的生长，引起生物量的下降。特别是在酸性紫色土中，酸雨明显促进了高浓度镉、锌复合污染的程度，抑制了作物的生长。不同pH值紫色土的作物生物量也存在较大的差异。在中性紫色土中，外源Cd、Zn大多表现为促进了作物生物量的上升，上升幅度为0.19％～14.53％，但高浓度的Cd、Zn则西南农业大学硕士学位论文摘要 表现为降低了作物的生物量，降低幅度为4.350/扮习14.97%。Cd、Zn同时加入所模拟的复合污染 效应与cd、zn分别作用时有所不同。首先，复合加重了zn的毒害，同等zn处理(400mg/kg)，随着Cd的加入，葛笋生物量与单一zn处理时的生物量相比明显降低，添加Zm眺g的cd，葛笋生物量由72.95m眺g降至69.64m眺g，添加10m乡吸g的cd，生物量降至61.91 mg/kg， 其他处理水平也有相同的趋势，添加Cd量越大，生物量下降越严重。同时，复合减轻了Cd 的危害，同等Cd处理(10 mg/kg)，随着zn的加入，葛笋生物量与单一Cd相比先上升后下降，添加50 mg/kg的zn，葛笋生物量由78石0 mg傲g上升至81.61 mg吸g，添加400mg/kg的Zn，生物量下降至61 .91 mg/kg，可见在一定范围内，zn对Cd的毒害作用有所缓解，但这种缓解作用存在着一定的上限，超过这个上限，Zn的浓度过高，对Cd毒害的缓解作用将不存在，相反还会加重Cd的毒害。在酸性紫色土中，外源Cd、Zn基本表现为降低了作物生物量，下降幅度为3.14少卜84.40%，高浓度的Cd、zn加重了作物减产的趋势，减产幅度高达75.47%、84.40%，作物几乎不能正常生长.Cd、Zn复合污染效应与中性紫色土中时的情形相似，复合在一定范围内减轻了Cd的危害，生物量则表现为减产的幅度相对较小。但若zn浓度过高，将会加重这种危害，生物量下降严重。 土壤中重金属迁移性的大小决定了其生物有效性和对生态环境的危害程度，而重金属的迁移和传输都是以一定的形态进行的.通过将紫色土中Cd、Zn各形态与作物中Cd、Zn的累积量进行回归分析和偏相关分析，结果表明，在酸雨胁迫下，作物中Cd、zn累积量与土壤中相应重金属各形态的关系较为复杂.从偏相关系数可以看出
参考文献：
[1]. 酸化紫色土中镉的生物有效性调控及机理研究[D]. 林仁漳. 西南农业大学. 2003
[2]. 紫色土—作物系统对酸雨的响应与机理研究[D]. 张华. 西南大学. 2007
[3]. 酸雨胁迫下紫色土镉、锌复合污染对莴笋的影响[D]. 黄亮. 西南农业大学. 2004
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