土壤—水稻/蔬菜作物系统中镉、铅的生态效应研究

论文摘要

本博士论文研究是国家重点基础研究发展规划（973）项目（编号:2002CB410804）“长江、珠江三角洲地区土壤和大气环境质量变化规律与调控原理”子课题“重金属在土壤—植物系统中迁移、转化、积累规律与农产品安全”的组成部分。根据国家项目的特定研究内容、目标的要求,本研究选择了长江三角洲的黄泥砂田（黄红壤性水稻土Clayey kaolinitie thermic aeric endoaqualf（US taxonomy））、黄松田（Loamy mixed active thermic typic endoaqualf）和青紫泥田（Clayey illitic thermic typie epiaqualf）三种代表性人为耕作土壤,在网室中设计重金属镉、铅不同等级浓度,水稻土壤经淹水15天和旱作土壤（蔬菜）保持田间持水量的60%—70%预培养60天平衡后,种植水稻和蔬菜（小白菜）作物。以土壤—作物—微生物生态链为主线,探讨了土壤—水稻/蔬菜作物系统中,镉、铅的形态分布及生物有效性;水稻/蔬菜作物和土壤微生物的镉、铅生态效应;以及在系统中它们之间相互作用和影响。取得了以下有一定特色和意义的研究结果。 1.在土壤—水稻/蔬菜作物系统中,土壤重金属Cd、Pb的形态分布及其生物有效性受土壤Cd、Pb的含量、土壤类型及性质和水稻、蔬菜作物发育等多种因子的影响,是系统中土壤、生物多种作用过程的综合反映。在该系统中土壤Cd、Pb形态分布及其生物有效性的总趋势是:（1）采用改进后的Tessier（1979年）提出的重金属分级方法的分析测定表明,土壤Cd、Pb以残渣态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态为主,三者总量占质量百分比80%—85%或以上,交换态和有机结合态的比例较小,占10%—20%。（2）选用0.1M HCI,DTPA—TEA等5种提取剂,对土壤Cd、Pb化学可提取量及其与蔬菜作物对Cd、Pb吸收积累量的相关分析比较表明,在该系统中,5种提取剂提取的化学有效Cd、Pb量与蔬菜吸收的Cd、Pb量都有较好的相关性,其中0.1M HCI和IM NH4OAc是该系统中提取土壤有效态Cd、Pb的最佳选择。（3）由于在该系统中存在着多种因子相互作用,在不同条件下,土壤Cd、Pb的形态分布及有效性有升有降,呈现出复杂的变化特点。例如,在大部分情况下,Cd以碳酸盐结合态和残渣态为主,而Pb则以铁锰氧化物结合态和残渣态为主;在淹水种稻条件下,随水稻生长发育的延伸,土壤Cd、Pb的碳酸盐结合态和交换态有下降趋势,而铁锰氧化物结合态和残渣态则有所上升;旱作种菜条件下,黄松土中Cd的碳酸盐结合态所占质量百分比高,选择提取有效态Cd时,以0.1M HCI>0.1M CaCl2>1M NH4OAc为佳,而黄红壤中Pb以铁锰氧化物结合态占质量百分比高,选择提取有效态Pb时,则以1M NH4OAc>0.1M HCI>0.1M CaCl2更好,等等。了解系统中土壤Cd、Pb形态及有效性的这些复杂变化特性,对农田土壤的科学管理,降低污染风险有重要的指导意义。 2.通过对成熟期（水稻移栽的90天和蔬菜生长的60天）土壤—水稻/蔬菜系统中,从土壤—

论文目录

• 目录
• 中文摘要
• 第1章 重金属污染对作物一些生理指标的影响
• 1.1 叶绿素含量
• 1.2 脯氨酸含量
• 1.3 维生素 C总量
• 1.4 作物酶活性
• 1.5 作物生物量
• 第2章 重金属污染土壤对微生物生态特征及多样性的影响
• 2.1 土壤微生物生物量
• 2.2 土壤微生物呼吸作用及代谢商
• 2.3 土壤酶活性
• 2.4 土壤微生物多样性
• 第3章 重金属污染土壤、作物、微生物的相互作用
• 3.1 重金属在土壤中的存在形态与生物有效性
• 3.2 重金属在土壤---作物系统中的迁移与转化
• 3.3 根系分泌物对重金属形态及有效性的影响
• 3.4 土壤微生物对重金属吸附溶解
• 3.5 重金属污染土壤中地上部作物生长与地下部土壤微生物的相互影响
• 第4章 土壤---水稻/蔬菜系统中Cd、Pb的存在形态与生物有效性
• 4.1 引言
• 4.2 材料与方法
• 4.2.1 供试土壤及预处理
• 4.2.2 水稻栽培及蔬菜种植
• 4.2.3 水稻及蔬菜中重金属测定
• 4.2.4 提取剂种类及提取条件
• 4.2.5 土壤中重金属形态的测定
• 4.2.6 数据处理与统计分析
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 存在形态及其变化
• 4.3.1.1 土壤---水稻作物系统Cd的形态及其变化
• 4.3.1.2 土壤---蔬菜作物系统Cd的形态及其变化
• 4.3.1.3 土壤---水稻作物系统Pb的形态及其变化
• 4.3.1.4 土壤---蔬菜作物系统Pb的形态及其变化
• 4.3.2 生物有效性与提取剂的筛选
• 4.3.2.1 Cd的生物有效性与提取剂的筛选
• 4.3.2.2 Pb的生物有效性与提取剂的筛选
• 4.4 结论
• 第5章 土壤---水稻/蔬菜系统中 Cd、Pb的迁移与分配
• 5.1 引言
• 5.2 材料与方法
• 5.3 结果与分析
• 5.3.1 土壤---水稻作物系统中Cd的迁移与分配
• 5.3.2 土壤---水稻作物系统中Pb的迁移与分配
• 5.3.3 土壤---蔬菜作物系统中Cd的迁移与分配
• 5.3.4 土壤---蔬菜作物系统中Pb的迁移与分配
• 5.3.5 种植水稻、蔬菜条件下Cd迁移的比较
• 5.3.6 种植水稻、蔬菜条件下Pb迁移的比较
• 5.4 结论
• 第6章 土壤---水稻作物系统中Cd、Pb的生态效应
• 6.1 引言
• 6.2 材料与方法
• 6.2.1 土壤处理及水稻栽培
• 6.2.2 样品采集与测定
• 6.2.3 分析方法
• 6.2.4 数据处理与统计分析
• 6.3 结果与分析
• 6.3.1 Cd、Pb对水稻叶绿素、脯氨酸、过氧化物酶等生理指标的影响
• 6.3.1.1 Cd、Pb对水稻生理指标影响的浓度、时间效应
• 6.3.1.2 Cd、Pb对水稻生物量影响的浓度、时间效应
• 6.3.2 Cd、Pb对土壤微生物生态指标的影响
• 6.3.2.1 对土壤微生物指标影响的浓度、时间效应
• 6.3.2.2 对土壤酶活性影响的浓度、时间效应
• 6.4 结论
• 第7章 土壤---蔬菜作物系统中 Cd、 Pb的生态效应
• 7.1 引言
• 7.2 材料与方法
• 7.3 结果与分析
• 7.3.1 Cd、Pb对蔬菜叶绿素、维生素C、过氧化物酶等生理指标的影响
• 7.3.2 Cd、Pb对土壤微生物量及活性影响的浓度、时间效应
• 7.3.3 Cd、Pb对土壤酶活性影响的浓度、时间效应
• 7.3.4 Cd、Pb对土壤微生物功能与结构多样性的影响
• 7.4 结论
• 第8章 水稻、蔬菜条件下 Cd、Pb的微生物生态效应比较
• 8.1 引言
• 8.2 材料与方法
• 8.3 结果与分析
• 8.3.1 Cd的土壤微生物生态效应比较
• 8.3.2 Pb的土壤微生物生态效应比较
• 8.4 结论
• 创新点、问题与展望
• ABSTRACT
• 主要参考文献
• 博士研究生学习期间发表论文