论文部分内容阅读
本文通过盆栽试验，研究了石灰石(LS)、蒙脱石(MM)、钙镁磷肥(Pcm)、牛粪堆肥(CMC)、生物炭(BC)等钝化剂对广东省清远两种耕地利用方式下重金属Cd、Cu、Pb、Zn污染农田土壤的修复效果，并采用pH、CEC、SOM、A-P、有效态重金属含量、酶活性、微生物群落结构及多样性和植物重金属含量等一系列变量对修复效果进行评价，研究钝化剂的施用对旱作、水作耕地利用方式下土壤的物理、化学及生物学性质的影响，探讨土壤经钝化修复后作物对重金属的迁移程度及土壤微生物的响应，主要得出以下结论:
(1)理化性质分析结果显示，在钝化剂的施用下，两种酸性土壤的pH值均显著提高，水作土壤的pH明显高于旱作土壤。LS、Pcm提高了土壤的CEC，但同时显著降低SOM，在水作土壤中SOM的降幅进一步扩大，Pcm的施用显著提高了土壤的A-P。CMC、BC的施用不仅能提高土壤的CEC、A-P，同时使SOM含量维持在稳定水平。
(2)本试验的钝化刺均有良好的重金属钝化效果，LS的钝化效率在52.85～99.85％之间，Pcm的钝化效率在61.11～99.18％之间，两者对有效态Zn、Cd、Cu的钝化率突出，对Pb的钝化率相对较差;MM、CMC和BC的钝化效率分别为4.34～29.61％、13.89～76.77％和6.96～63.51％，呈现出Cu、Pb＞Cd、Zn的趋势。在水作土壤中，MM对Pb的钝化效率、CMC对Cd、Zn的钝化效率、BC对四种重金属的钝化效率均显著提高，而施用Pcm的水作土壤A-P含量相对较低，钝化效率较低。说明两种耕地类型的土壤中，钝化剂对重金属的钝化效率差异较大，可视重金属的污染类型或污染程度选择钝化剂或转变耕地利用方式以提高同步钝化修复的效率。
(3)生物学指标分析结果显示:钝化剂对提高土壤的H2O2酶活性具有重要作用，尤其水作土壤更为显著，LS、MM、CMC、BC处理均达显著水平。脲酶活性的提高以LS、MM的处理最为显著，两种土壤的脲酶活性分别在LS的处理下提高了98.21％、62.27％，在MM的处理下提高了22.99％、40.11％。根据高通量测序的结果，两种土壤中，除旱作LS、Pcm处理的优势菌群以变形菌门、茅单胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门为主导之外，其它处理均以绿弯菌门、变形菌门、放线菌门和酸杆菌门为主导。Chao1的提升在LS、Pcm、CMC的处理下达显著水平，在旱作土壤中的提升更为显著。钝化剂对细菌Shannon的影响无明显规律。相比之下，旱作土壤有较高的Chao1、Shannon。本试验发现在水作土壤中，五种钝化剂对细菌群落结构均未产生太大影响，各组处理间无明显差异，但以两种土壤相比，细菌群落结构、丰度、多样性指数差异较大，说明钝化过程中土壤旱作对微生物群落的影响较大。进一步的RDA分析结果表明，有效态重金属含量、CEC、SOM是导致细菌群落结构变化的主要驱动因素。
(4)在LS和Pcm的处理下，作物各部位的重金属含量的降低最为显著，油麦菜的生物量和株高得到极大提高，而由于pH过高等原因，两者均不利于水稻的生长。CMC和BC处理降低作物各部位的重金属含量，对水稻生长具有促进作用。作物的重金属含量与土壤中的有效态重金属含量呈显著的正相关。在钝化剂的处理下，两种作物各部位的重金属富集系数均有所降低，作物对重金属的富集能力均表现出Cd、Zn＞Cu、Pb的趋势，水稻植株对重金属的富集能力小于油麦菜。此外，在经钝化处理的土壤中，作物对Cd、Cu、Zn的转运系数有所提高，说明钝化剂处理能促进重金属在作物体内向上迁移。
(1)理化性质分析结果显示，在钝化剂的施用下，两种酸性土壤的pH值均显著提高，水作土壤的pH明显高于旱作土壤。LS、Pcm提高了土壤的CEC，但同时显著降低SOM，在水作土壤中SOM的降幅进一步扩大，Pcm的施用显著提高了土壤的A-P。CMC、BC的施用不仅能提高土壤的CEC、A-P，同时使SOM含量维持在稳定水平。
(2)本试验的钝化刺均有良好的重金属钝化效果，LS的钝化效率在52.85～99.85％之间，Pcm的钝化效率在61.11～99.18％之间，两者对有效态Zn、Cd、Cu的钝化率突出，对Pb的钝化率相对较差;MM、CMC和BC的钝化效率分别为4.34～29.61％、13.89～76.77％和6.96～63.51％，呈现出Cu、Pb＞Cd、Zn的趋势。在水作土壤中，MM对Pb的钝化效率、CMC对Cd、Zn的钝化效率、BC对四种重金属的钝化效率均显著提高，而施用Pcm的水作土壤A-P含量相对较低，钝化效率较低。说明两种耕地类型的土壤中，钝化剂对重金属的钝化效率差异较大，可视重金属的污染类型或污染程度选择钝化剂或转变耕地利用方式以提高同步钝化修复的效率。
(3)生物学指标分析结果显示:钝化剂对提高土壤的H2O2酶活性具有重要作用，尤其水作土壤更为显著，LS、MM、CMC、BC处理均达显著水平。脲酶活性的提高以LS、MM的处理最为显著，两种土壤的脲酶活性分别在LS的处理下提高了98.21％、62.27％，在MM的处理下提高了22.99％、40.11％。根据高通量测序的结果，两种土壤中，除旱作LS、Pcm处理的优势菌群以变形菌门、茅单胞菌门、绿弯菌门、拟杆菌门为主导之外，其它处理均以绿弯菌门、变形菌门、放线菌门和酸杆菌门为主导。Chao1的提升在LS、Pcm、CMC的处理下达显著水平，在旱作土壤中的提升更为显著。钝化剂对细菌Shannon的影响无明显规律。相比之下，旱作土壤有较高的Chao1、Shannon。本试验发现在水作土壤中，五种钝化剂对细菌群落结构均未产生太大影响，各组处理间无明显差异，但以两种土壤相比，细菌群落结构、丰度、多样性指数差异较大，说明钝化过程中土壤旱作对微生物群落的影响较大。进一步的RDA分析结果表明，有效态重金属含量、CEC、SOM是导致细菌群落结构变化的主要驱动因素。
(4)在LS和Pcm的处理下，作物各部位的重金属含量的降低最为显著，油麦菜的生物量和株高得到极大提高，而由于pH过高等原因，两者均不利于水稻的生长。CMC和BC处理降低作物各部位的重金属含量，对水稻生长具有促进作用。作物的重金属含量与土壤中的有效态重金属含量呈显著的正相关。在钝化剂的处理下，两种作物各部位的重金属富集系数均有所降低，作物对重金属的富集能力均表现出Cd、Zn＞Cu、Pb的趋势，水稻植株对重金属的富集能力小于油麦菜。此外，在经钝化处理的土壤中，作物对Cd、Cu、Zn的转运系数有所提高，说明钝化剂处理能促进重金属在作物体内向上迁移。