论文部分内容阅读
土壤砷（As）污染所导致的水稻砷累积,及其所造成的生态和健康威胁是我国乃至世界粮食安全的关注点之一,需要绿色且经济可行的修复措施来缓解水稻As污染。本研究选择矿区As污染土壤为研究对象,通过水稻盆栽试验和实验室模拟实验,探究了7种不同类型生物炭,包括稻壳生物炭（DBC）、水稻秸秆生物炭（SBC）、小麦秸秆生物炭（XBC）、玉米秸秆生物炭（YBC）、棉花秸秆生物炭（MBC）、竹子生物炭（ZBC）、互花米草生物炭（HBC）,以及硅肥（Si）对水稻各组织As累积以及土壤As迁移的影响。通过水稻盆栽试验,测定了水稻根、秸秆和籽粒（糙米）As浓度及土壤中不同As形态的变化,评价了生物炭、硅肥以及二者的联合使用对稻米As累积的影响;同时,结合室内受控模拟实验,探讨了在厌氧还原条件下,不同浓度梯度生物炭对土壤As迁移转化过程的影响机理。该研究旨在为稻田土壤砷污染修复技术与实践提供科学数据,基于以上的研究分析,主要得出以下几点结论:（1）盆栽试验1研究了7种低浓度不同类型生物炭（均为600℃烧制）对水稻各部位As累积的影响。结果表明,在砷污染土壤（105±36mg/kg）中种植的水稻,水稻籽粒（糙米）、秸秆、根中As的浓度范围分别为0.230.30mg/kg,7.113.1mg/kg,75.5160.6mg/kg,添加低浓度（0.5%,w/w）生物炭后,水稻糙米As浓度相对于控制组（0.3mg/kg）降低了6.9%20%,但降低幅度有限;7种生物炭在降低糙米As浓度的效果上也存在差异,各处理的降低效果依次为:SBC>YBC>HBC>XBC=MBC>DBC>ZBC,SBC对糙米As浓度的降低作用最为显著（p<0.05）,这表明生物炭对水稻As浓度的降低作用受到生物炭性质的影响。（2）在污染土壤中加入生物炭后,糙米As浓度相比控制组有所降低,但是生物炭对糙米As累积量的影响较小（As累积量仅略微降低了1.1%4.1%）,这表明低浓度生物炭对糙米中As累积的降低作用十分有限,其主要原因可能是低浓度生物炭对土壤中As移动性的影响有限。主要证据是:盆栽试验表明在水稻不同生长时期（分蘖期、拔节期、扬花期和成熟期）,土壤孔隙水以及土壤中不同结合态As浓度（土壤中专性吸附态和Fe/Mn结合态的As）与控制组相比均没有显著变化。（3）受控模拟实验结果显示,在厌氧条件下,不同浓度梯度（0.5%5%,w/w）的生物炭,尤其是高浓度生物炭显著增加了土壤溶液As浓度（相对于控制组增加了3.713.8倍）;不同种类生物炭对土壤溶液As浓度的影响差异也较大,在添加相同浓度的生物炭下,土壤溶液中As浓度的变化情况为:DBC>HBC>YBC>SBC>XBC>ZBC>MBC,其中DBC对土壤As释放的促进作用最强,当DBC添加浓度为3%（w/w）时,土壤溶液中As浓度相比CK增加了10.8倍。另外,本研究利用最大或然数法（MPN）测定在添加5%（w/w）生物炭后,土壤铁还原菌的数量增加了2.44.2倍,这些结果均表明土壤As释放的机制很可能是生物炭促进微生物（铁还原菌）介导下的Fe/Mn氧化物还原性溶解。（4）盆栽试验2研究了硅肥对水稻As累积的影响,结果表明,添加硅肥（奥力硅,36mg/kg,SiO2≥72%）后水稻糙米、秸秆与根中As浓度相比控制组分别降低了7.1%14.5%,9.8%20.3%和5.7%23.2%,但糙米As累积量相对控制组没有显著降低,这表明低剂量硅肥对水稻As累积虽然具有一定抑制作用,但作用并不显著。这可能是由于硅肥中生物可利用硅浓度较低,不足以显著抑制水稻根系对As的吸收和累积所致。主要证据是:除了第68天孔隙水中的硅在硅肥处理下相对于控制组分别增加了50.1%55.7%之外,孔隙水硅浓度与乙酸钠萃取土壤硅浓度在其他时期均没有显著变化。（5）与单独使用硅肥相比,硅肥与生物炭（DBC与HBC）的联合使用使水稻籽粒As浓度进一步降低了7.9%8.3%,这意味着生物炭与硅肥的共同使用在缓解水稻As污染方面具有应用前景,其作用机理及野外田间试验值得进一步研究。