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近年来,由于工业“三废”所引起的土壤重金属污染已严重地破坏了地区的生态平衡,土壤和作物受到了不同程度的危害,严重影响了人类的身体健康。本文以水稻土为供试土壤,进行室内模拟和室外盆栽试验,研究了硅素物质硅酸钠和钢渣对土壤吸附、解吸重金属镉的影响;研究了在镉污染水稻土上施用硅素物质对水稻产量、水稻植株不同部位镉含量及土壤中镉形态的影响,进而探讨了硅素物质作为镉污染水稻土改良剂的适宜性。研究结果表明:
在初始Cd2+浓度相同时,随着硅素物料的加入,土壤对Cd2+的吸附量呈增加趋势;当SiO2含量相同的硅酸钠与钢渣分别加入土壤后,硅酸钠使土壤吸附量增加的幅度大于钢渣。
土壤对Cd2+的等温吸附曲线符合Langmuir和Freundlich等温吸附方程,上述两种吸附方程对土壤吸附Cd2+的曲线均有较好的拟合度,相关系数均达极显著水平,但是Langmuir方程相关系数更高些,因此,本文用Langmuir方程来描述供试土壤对Cd2+的等温吸附规律。
对于每一种供试土样,根据Langmuir方程得出的最大吸附量,均随着硅素物质用量的增加呈现出增加的趋势,这表明增加硅素物质用量能够增强土壤对Cd2+的吸附能力;与加入钢渣相比,加入硅酸钠后增加趋势更加显著,且最大吸附量也明显高于加入SiO2含量相同的钢渣。
对于每一种供试土样,未加入硅素物质时,土壤的最大吸附量与土壤的理化性质有关。相关分析表明,最大吸附量与土壤的pH值、有机碳含量、粘粒含量均呈现极显著正相关关系。
在本试验条件下,加入两种硅素物质后,供试土壤吸附Cd2+的解吸率存在差异。加入硅酸钠后,土壤吸附镉的解吸率变化范围在46%~48%之间;加入钢渣后,土壤吸附镉的解吸率变化范围在31%~37%之间。上述结果表明加入硅酸钠后土壤对Cd2+的固定能力要低于钢渣。
本试验条件下加入硅素物质后,能够提高土壤外源镉污染条件下水稻的产量;在一定范围内随着硅素物质加入量的增加产量呈现增加的趋势,但进一步增加硅素物质的用量时,产量呈现降低的趋势。从取得最高产量的角度来讲,硅素物质硅酸钠、钢渣的最佳用量分别为0.71g·kg-1和0.40g·kg-1。
镉污染土壤上水稻植株不同部位镉的含量不一样,由大到小的次序为:根>茎叶>糙米;土壤中添加硅素物质并没有改变水稻各部位镉的含量的次序,但降低了各部位镉含量,同时,随硅素物质施入量的增加,水稻各部位的镉含量也呈现降低趋势。
随着硅肥加入量的增加,土壤pH值升高,土壤中可交换态、碳酸盐结合态镉含量呈降低趋势,铁锰氧化物态、有机结合态镉含量呈现增加趋势。
相关分析表明水稻根、茎叶及糙米中镉含量与可交换态、碳酸盐结合态呈显著或极显著正相关关系。因此,上述两种形态的镉含量是影响水稻植株体内镉含量的主要因素,硅素物质的施入,降低了上述两种形态镉的含量,为减少作物对镉的吸收打下了基础。