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土壤Cd污染尤其是米Cd超标的问题已经成为环境科技工作者关心的热点问题。国家土壤环境质量标准(GB15618-1996)虽然根据土壤的不同用途,规定了各类用地土壤中重金属含量安全临界值,但由于土壤的复杂性和研究工作的不足,在实际应用中存在明显的缺陷。Cd在不同母质土壤存在状态有差异,不同土壤Cd的环境容量不同。因此,研究不同母质发育水稻土Cd在土壤-水稻系统迁移行为的影响因素,可以为探明水稻土Cd消长规律、Cd环境质量标准修订以及Cd污染稻田的改良修复提供理论支撑,为实现污染耕地安全利用提供科学依据。 选取两种典型成土母质(红黄泥与紫泥田)发育的水稻土为研究对象,进行室内培养试验,研究不同类型土壤添加外源Cd形态变化;设置不同Cd污染水平的水稻盆栽试验,研究Cd在不同土壤-水稻系统中的迁移规律以及稻米Cd超标的安全临界值;研究不同提取方法对土壤Cd的提取效率及其生物有效性。 研究结果表明: (1)室内培养试验表明,红黄泥与紫泥田添加外源Cd,随着培养时间的延长,土壤Cd形态变化显著,其中酸可提取态比例逐渐降低,而其他三种形态(铁锰氧化态,有机结合态和残渣态)比例增加,其中红黄泥土壤酸可提取态Cd的比例高于紫泥田。应用离心法采集土壤溶液,得到紫泥田土壤溶液Cd浓度范围在0.016-3.18μg·L-1,平均浓度为1.78μg·L-1,红黄泥土壤溶液Cd浓度范围在0.021-1.81μg·L-1,平均浓度为1.15μg·L-1,紫泥田土壤溶液Cd浓度显著高于红黄泥。 (2)水稻盆栽试验表明,外源添加Cd浓度为0-10 mg·kg-1范围内,对水稻生长有一定的促进作用。外源添加Cd浓度为10 mg·kg-1时,红黄泥水稻鲜重比对照平均增加了7.19%,而紫泥田平均增加了30.04%。土壤类型不同,水稻成熟期不同部位Cd富集特征差异明显,水稻各部位Cd含量大小关系基本遵循根>茎>糙米>穗>叶。紫泥田根系Cd含量范围0.94-6.58 mg·kg-1,平均含量3.79 mg·kg-1,茎为0.13-2 mg·kg-1,平均0.86 mg·kg-1,叶为0.09-1.62 mg·kg-1,平均0.67 mg·kg-1,穗为1.00-3.5 mg·kg-1,平均2.39 mg·kg-1;而红黄泥根系Cd含量范围0.42-4.41mg·kg-1,平均2.16 mg·kg-1,茎为0.21-2.02 mg·kg-1,平均0.77 mg·kg-1,叶为0.28-1.85 mg·kg-1,平均0.72 mg·kg-1,穗为0.07-2.09 mg·kg-1,平均0.86 mg·kg-1。研究表明,同种母质发育的土壤,其有机质含量与水稻Cd含量呈负相关。紫泥田中有机质含量较高的PC水稻各部位Cd含量低于有机质含量较低的PA,红黄泥有机质含量较高的RC水稻各部位Cd含量低于有机质含量较低的RA。 (3)红黄泥与紫泥田糙米Cd超标的土壤Cd安全临界值差异显著。6个供试土壤Cd范围在1.18-3.27 mg·kg-1,均高于土壤环境质量标准规定值。紫泥田中水稻糙米Cd含量范围为0.03-0.63 mg·kg-1,计算得出土壤Cd安全临界值的大小关系为:PC(2.886 mg·kg-1)>PB(2.307 mg·kg-1)>PA(1.819 mg·kg-1),红黄泥中水稻糙米Cd含量范围为0.03-0.34 mg·kg-1,其土壤Cd安全临界值的大小关系为分别为:RC(3.272 mg·kg-1)>RB(2.811 mg·kg-1)>RA(2.270 mg·kg-1)。RDA冗余分析结果可知,红黄泥中影响糙米Cd含量的主要因子为pH、SOM、黏粒含量,而对于紫泥田,土壤pH的影响最为显著。通过逐步多元回归分析,建立6种土壤性质与土壤Cd安全临界值的回归方程,发现由SOM与黏粒含量(clay)组成的二元回归方程能解释六组土壤Cd安全临界值的97.8%,是影响土壤Cd安全临界值最主要的因子。 (4)研究了四种提取方法(HCl提取法、DTPA提取法、TCLP毒性浸出法和土壤溶液溶液提取法)对土壤Cd的提取效率及其生物有效性。研究表明,四种提取方法提取效率大小关系为:HCl提取法>DTPA提取法>TCLP毒性浸出法>土壤溶液提取法,且不同提取态Cd均与水稻Cd累积总量均显著正相(p<0.01)。可以通过建立不同提取态Cd与水稻可食用部分(糙米)Cd含量的关系,以评价土壤-水稻系统Cd生物有效性。研究表明,不同类型土壤Cd的生物有效性评价应该用适合的提取方法,紫泥田推荐HCl提取法、DTPA提取法,而红黄泥推荐TCLP毒性浸出法。而土壤溶液提取Cd浓度与水稻Cd累积总量相关系数在紫泥田和红黄泥均为最大(相关系数R2红黄泥=0.992,R2紫泥田=0.995,n=18)。