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农田土壤Cd污染及其修复、治理越来越受到重视。通过灌溉途径输入稻田土壤Cd由于其浓度低而未受到高度重视,但灌溉水Cd由于其赋存形态生物活性高,且灌溉定额高,输入稻田Cd通量较大;另一方面,稻田土壤Cd平衡的定位研究多以定性的统计为主,仍然鲜见系统的定位调查和分析。因此,探讨灌溉水低浓度高通量Cd的净化与拦截方法,厘清土壤Cd平衡状况,对于揭示Cd污染发展趋势,保护土壤质量和制定可持续管理防治措施具有重要的理论意义和实践价值。在湘中典型稻田系统设计实施了水平潜流与表面流两种工艺组合的植物塘人工湿地系统,在水稻生育期净化处理灌溉水,结合田间水稻小区试验,探讨人工湿地系统对灌溉水中Cd的净化效率及对米Cd累积的影响;应用定位试验的方法,于2016年1月至2018年12月定位采集灌溉水、大气沉降、土壤和水稻样品,监测分析样品中Cd含量,研究了 Cd输入输出平衡状况。研究结果如下:(1)2017年和2018年研究区灌溉水水源(沩水)Cd浓度范围分别为0.001～0.479μg·L-1、0.011～0.904μg·L-1。构建的人工湿地系统2017年进水Cd浓度范围为0.034～0.644 μg·L-1,出水Cd浓度范围为0.002～0.189 μg·L-1;2018年人工湿地系统进水Cd浓度范围为0.090～0.479μg·L-1,出水Cd浓度范围为0.001～0.111μg·L-1。人工湿地系统对灌溉水中Cd的总净化率为72.06%,各级净化效率从高到低依次为:一级人工湿地>二级人工湿地>三级人工湿地。设计实施的植物塘人工湿地系统对灌溉水低浓度Cd进行了有效拦截,水体中Cd浓度均符合农田灌溉水质标准(GB 5084-2005)。人工湿地系统中吸附材料人造沸石和改性生物炭对Cd有较好的吸附效果,净化率为7.81%。湿地植物香蒲、梭鱼草和狐尾藻种植后成熟期植株Cd含量比种植前幼苗期平均升高了 1.55～2.71倍,累积量从高到低依次为:香蒲>梭鱼草>狐尾藻,植物吸收对Cd平均净化率为32.14%。田间小区试验表明,净化后灌溉能降低早晚稻糙米中的Cd含量,降低幅度为10.50%～24.51%。(2)应用田间定位试验方法,研究了稻田系统Cd通过灌溉水、大气沉降和农用化学品等途径输入。其中灌溉水Cd浓度范围为0.018～0.644μg·L-1,3年灌溉水中Cd年输入通量分别为1.04、1.94和1.42 g·(hm2·a)-1;大气沉降Cd浓度范围为0.039～8.342 μg·L-1,3年Cd年输入通量分别为6.76、5.67和7.68 g·(hm2·a)-1;不同农用化学品Cd含量范围为0.016～0.448 mg·kg-1,3年农用化学品Cd年输入分别为0.44、0.59和0.66 g·(hm2·a)-1。2016年至2018年年输入通量分别为 8.240、8.200 和 9.766 g·(hm2·a)-1,年均输入量为 8.735 g·(hm2·a)-1,其中大气沉降为主要来源,占总输入的69.15%～82.04%,平均为76.61%,其次是灌溉水,占12.62%～23.66%,平均为16.94%,农用化学品占5.34%～7.19%,平均为6.45%。(3)应用田间定位试验方法,研究了稻田系统Cd通过地表径流、土壤下渗和水稻地上部分收获途径输出。其中地表径流Cd浓度范围为0.033～1.109μg·L-1,3年地表径流中Cd年输出量分别为0.310、0.596和1.167 g·(hm2·a)-1;3年土壤下渗中Cd年输出量分别为0.028、0.093和0.064 g·(hm2·a)-1;水稻植株Cd含量范围为0.819～1.975 mg·kg-1,3年水稻植株中Cd年输出量分别为6.339、5.451和 7.121 g·(hm2·a)-1;2016 至 2018 年年输出通量分别为 6.778、6.139 和 8.361 g·(hm2·a)-1,年均输出量为7.093 g·(hm2·a)-1,水稻地上部分收获占总输出的85.27%～95.02%,平均为89.69%,其次是地表径流4.57%～13.96%,平均为9.41%,土壤下渗输出的Cd最少,为0.41%～1.51%,平均0.90%。(4)稻田系统土壤Cd平衡分析表明,研究区土壤Cd总输入量均高于总输出量。2016年至2018年稻田土壤Cd净输入通量分别为1.462、2.061和1.405 g·(hm2·a)-1,平均年净输入通量为1.643 g·(hm2·a)-1,3年稻田土壤Cd净输入总量为4.928 g·hm-2,对稻田土壤Cd有累积效果。研究表明稻田系统Cd为净输入,稻田土壤Cd污染仍然在发展中。综上所述,虽然灌溉水Cd含量低(0.018～0.644 μg·L-1),但输入通量的分别为1.04～1.42 g·(hm2·a)-1,占输入通量16.94%,由于灌溉水Cd赋存形态生物活性高,迁移转化迅速,因此灌溉水输入稻田土壤的Cd仍然需要引起重视。研究区稻田系统Cd为净输入,稻田土壤Cd污染仍然在发展中,而稻草离田可以减缓稻田Cd污染发展趋势。