几种有机肥对紫色土壤中铅和镉有效性的调控效应

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有机肥对土壤重金属污染的修复效应源于其物料组成和性质特征,由于有机肥物料来源、堆腐方法及腐熟化程度不同,有机肥的组成和性质存在很大差异,因此对土壤重金属活性的调控效果也存在显著差异。已有研究发现有机肥对重金属污染土壤的修复效果常不一致,有时甚至出现完全相反的结果,很大原因是对不同有机肥的基本结构组分和性质特征及其与表观效应之间的关系缺乏深入探究。为此,本试验首先在分析说明5种有机肥基本结构组成及性质的基础上,采用完全组合试验设计,比较了果壳有机肥(NM)、猪厩有机肥(PM)、污泥有机肥(SM)、腐殖土有机肥(HM)和蚯蚓粪有机肥(EM)5种有机肥在不同用量下对不同Pb(外源添加(CH3COOH)2Pb溶液)及Cd(外源添加CdCl2溶液)污染程度土壤中Pb、Cd有效性及土壤pH、DOC、有机质的影响,并探讨了有机肥在不同种类及添加量下,土壤Pb、Cd的有效性与形态转化及土壤pH、DOC、有机质之间的关联。主要研究结果如下:1、有机肥基本性质及其对土壤性质的影响:本试验所选用的5种有机肥pH范围在6.767.21之间,总有机碳(TOC)含量范围为174.25425.57 g/kg,DOC含量高达0.661.51 g/kg。对有机肥中胡敏酸(HA)和富里酸(FA)组分的测定发现:各有机肥的HA组分含量都高于FA;有机肥在腐殖质类物质、羧基羰基等含氧基团的组成成分上相似,但其含量有差异,且在FA组分中的含量都显著高于HA组分,施入土壤后,能通过改变土壤pH值、DOC及有机质含量,对重金属离子的络合/吸附效果产生影响,从而影响重金属在土壤中的形态转化过程、进而对土壤重金属有效性产生不同影响。研究表明:添加有机肥显著提升了供试Pb、Cd污染土壤的pH值、DOC及有机质含量,pH上升及有机质的增加能抑制土壤Pb、Cd的有效性,而DOC含量的增加则表现为对重金属有效性的促进作用。有机肥的腐殖化及芳香化程度是决定其对土壤重金属Pb、Cd有效性抑制作用的关键因素之一;有机肥组分中胡富比(HA/FA)的大小也能影响土壤Pb、Cd有效性:SM和PM的HA/FA达3以上,对土壤Pb、Cd有效性具有显著的抑制作用。2、有机肥对Pb污染土壤中Pb有效性的影响:(1)施用有机肥均能降低轻度、中度和重度污染土壤中有效Pb的含量,且随着有机肥用量增加降幅增大,其中在中度和重度污染程度土壤中尤为显著。各有机肥中以SM、PM处理效果最突出,其土壤有效Pb含量较对照分别降低24.22%36.10%和19.33%35.48%。(2)添加有机肥后土壤有效Pb含量随时间都呈现先上升后下降的变化趋势,在培养至15d达到峰值,此后逐步降低并在60 d后趋于稳定。其变化动态与Pb各形态转化动态具有一致性。(3)经有机肥处理后,轻度污染土壤中,碳酸盐结合态铅(Carb-Pb)含量降低5.36%12.91%,有机结合态铅(OM-Pb)含量稍有上升,残渣态铅(Res-Pb)含量大幅增加18.92%45.47%;在中度污染土壤中,Carb-Pb含量稍有下降,Res-Pb含量显著增加24.30%38.04%;在重度污染土壤中,Carb-Pb含量无显著变化,OM-Pb和Res-Pb含量都有大幅增加,其增幅分别为14.46%41.06%和29.02%56.29%。(4)土壤中Carb-Pb对有效Pb具有显著正向贡献,而OM-Pb和Res-Pb表现为显著的负向贡献。有机肥主要通过降低Carb-Pb含量而大幅增加和OM-Pb和Res-Pb含量使得土壤Pb的有效性显著降低。3、有机肥对Cd污染土壤Cd有效性的影响:(1)有机肥对污染土壤中Cd有效性的影响与土壤污染程度、有机肥施用量密切相关。在轻度污染土壤中,低量有机肥(<4 g/kg)的施用反而增加了土壤Cd的有效性(较对照增加16.67%50.00%),仅在高用量(达8 g/kg)下可降低有效Cd含量(较对照降低4.17%20.83%);在中度污染土壤中,施用有机肥使土壤Cd有效性均显著降低,且随有机肥的用量增加而降幅增大,其有效Cd含量较对照降低9.09%47.27%,其中NM效果最显著;在重度污染土壤中,仅有SM、HM和EM能显著降低土壤Cd的有效性。(2)添加有机肥后土壤有效Cd含量随时间都呈现先下降后上升的变化趋势,在培养至15 d左右达到最低值,并在60 d后趋于稳定。各处理组中:低用量下EM对土壤Cd有效性抑制作用最好;中、高用量下NM的抑制作用最佳。(3)经有机肥处理后,轻度污染土壤中,交换态Cd(Exe-Cd)含量增加6.17%20.28%,铁锰氧化态Cd(FeMnOx-Cd)含量稍有上升,残渣态Cd(Res-Cd)含量稍有下降;在中度污染土壤中,Exe-Cd含量下降7.12%28.5%,Res-Cd含量显著增加19.74%65.81%;在重度污染土壤中,Exe-Cd含量显著下降而FeMnOx-Cd和Res-Cd含量有小幅增加。(4)土壤中Exe-Cd和FeMnOx-Cd对土壤有效Cd具有显著正向贡献,Res-Cd表现为显著的负向贡献。在轻度Cd污染土壤中,有机肥主要促进Cd由Res-Cd向Exe-Cd转化而显著增加土壤Cd的有效性;在中度Cd污染土壤中,有机肥通过促进Cd由Exe-Cd和FeMnOx-Cd向Res-Cd转化而使土壤Cd的有效性显著降低;在重度Cd污染土壤中,有机肥通过大幅降低Exe-Cd而小幅增加Res-Cd的含量使得土壤Cd的有效性降低。
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