摘要
土壤是人类生存和农业发展的基础，水稻是我国的主要粮食作物，随着我国工农业和采矿业的迅速发展，土壤污染特别是稻田土壤污染问题事关国家食品安全和社会可持续发展。湖南省是“有色金属之乡”，矿区及工业区稻田土壤砷(As)和镉(Cd)污染较为严重。本文As污染土壤取自湖南省慈利县，设置不同的负载铁生物炭(FeBC)处理进行水稻盆栽实验，分析各处理水稻孔隙水溶出特性及成熟期各组织重金属的含量并结合微区X射线荧光技术，研究FeBC的输入对As污染稻田土壤的钝化效果及存在的风险。为研究CaO对稻田土壤Cd的生物有效性，本文将历史Cd污染稻田土壤进行全生育期的栽培，测量水稻成熟期糙米Cd含量。同时，对历史和新近添加Cd污染稻田土壤进行CaO-土壤共育实验，将淹水末期部分土壤进行幼苗栽培实验，待水稻生长15d后测量整株幼苗Cd浓度。另外，为研究酸的输入对CaO处理土壤Cd溶出特性的影响，进行酸雨模拟实验和HCl回调实验。主要研究内容及结果如下: (1)FeBC处理增加孔隙水As、Fe的溶出量，水稻整个生育期各处理孔隙水As、Fe逐渐降低。至水稻播种＞35天，水稻根际孔隙水As、Fe浓度随着FeBC添加量的增加而升高且增加的幅度与FeBC添加量一致。 (2)不同时期根表铁膜对水稻As吸收与转运作用不同。在水稻分蘖期，DCB-As和白根-As随着FeBC的增加而降低，成熟期FeBC处理DCB-As和白根-As较对照略有升高。 (3)FeBC处理促进糙米对As的吸收与积累。水稻收获后，对糙米进行重金属As含量的测量，并将糙米进行微区X射线荧光分析。0.5-2％FeBC处理糙米As较对照升高了7.75-65.24％，X射线荧光图结果显示，FeBC处理糙米As的荧光强度高于CK，说明FeBC不利于降低糙米对As的积累。 (4)CaO的添加能够降低土壤Cd的生物有效性，减少水稻对Cd的转运及糙米对Cd的积累。水稻根部Cd向地上杆、糙米的转运系数均随着CaO的增加而降低，0.05％和0.1％CaO处理糙米Cd分别降低了40.9％和61.8％，但是CaO比例的继续增加并未进一步降低糙米Cd。实验结果证明，稻田土壤添加CaO能够降低土壤Cd的生物有效性。 (5)CaCl2-Cd能够有效反映土壤有效态Cd。对淹水末期及成熟期水稻根际土壤进行CaCl2，SPLP和水提取，Pearson相关性及PCA主成分分析结果显示:CaCl2-Cd与糙米-Cd、杆-Cd及白根-Cd呈显著的正相关关系(p＜0.01)，与DCB-Cd呈显著的负相关关系(p＜0.01)。 (6)CaO处理在强酸输入条件下会促使土壤Cd的溶出，加重稻田土壤Cd污染。为研究CaO处理对土壤Cd的钝化可能存在的风险，模拟酸输入条件下Cd的溶出特性，设置土柱淋溶实验和HCl回调实验，测量溶出液及上清液Cd含量。结果表明，CaO处理在短期酸输入条件下（土柱淋溶实验）仍能降低土壤Cd的生物有效性，溶出液的pH值保持在7.0-7.5之间，且Cd浓度较低;当强酸的加入(HCl回调实验)，CaO处理加速土壤Cd的溶出量，各处理Cd浓度是CK的1.3-6.5倍。
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