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2018-09

“专家讲专业”第十期:淹水对稻田土壤性质和土壤镉活性的影响
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淹水管理常作为稻田镉(Cd)污染修复的重要措施之一。大多数研究表明淹水措施能有效降低稻田Cd活性进而降低稻米Cd含量。但由于稻田土壤自身的复杂性以及影响因素的多样性,对于淹水是否降Cd的研究结论不一。那么淹水稻田土壤性质会发生哪些变化,其对土壤Cd活性又会产生怎样的影响?本文将从以下方面阐述相关机理:


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淹水条件下,哪些土壤性质发生了变化?

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土壤胶体和团聚体、Eh和pe+pH及pH、阴离子和阳离子、铁锰氧化物和含硫化合物、有机质和可溶性有机物、磷酸盐和碳酸盐、根系分泌物和微生物等。


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这些土壤性质的变化对土壤镉活性产生怎样影响?


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2.1 降低土壤镉活性

(1)Eh和pe+pH:Eh值反映土壤氧化还原程度。稻田淹水时,土壤处于还原状态,Eh值下降(如图1左)。在低Eh值下,土壤Cd更易于由有效态转化为稳定态,有效降低Cd的活性。

pe+pH值可用来表征土壤铁矿物的形态转化,其变化影响土壤Cd的形态。淹水土壤pe+pH下降,下降的程度与土壤的类型有关;酸性土壤(红壤)pe+pH下降,Cd活性降低,主要受土壤铁氧化物控制;碱性土壤(潮黄土)pe+pH下降,Cd活性降低,主要受土壤碳酸铁控制(如图1右)。


图1 土壤淹水后Eh和pe+pH变化



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注:此图形根据参考文献《淹水和有机质对土壤镉活性消长行为的影响及其机理的研究》做出,其中红壤代表酸性土,潮黄土代表碱性土。


(2)胶体和团聚体:胶体具有大量的比表面积和丰富的表面电荷,对Cd有强的吸附能力。土壤淹水后,溶液中的土壤胶体沉积到土壤基质上,增强了对Cd的吸附。

有机质是土壤团聚体的胶结物质。淹水后,有机质累积,水稳定性团聚体更加稳定,对Cd的吸附增强,Cd活性降低。


(3)阴离子(SO42-NO3-)和阳离子(Al3+Ca2+Mg2+K+):SO42-不仅可以通过内、外层络合作用增加表面负电荷,还可以与Cd形成水溶性络合物,促进SO42-对Cd的结合;淹水厌氧环境有利于反硝化过程,土壤NO3-含量减少,进而与Cd2+的配位减少,Cd活性降低。

淹水条件下非变价阳离子含量基本不变,但饱和度降低,与Cd2+对土壤表面吸附点的竞争减少,Cd活性降低。


(4)含硫化物:淹水还原环境促进土壤中挥发性硫化物(AVS,如H2S)或硫酸盐(SO42-)还原,生成的S2-或-HS与土壤中Cd形成难溶的CdS沉淀,可显著降低土壤中Cd的活性。


(5)磷酸盐:土壤淹水后化合态磷酸盐溶解。相比其他磷酸盐,磷酸镉盐的溶解度较低,在不同的pH条件下,磷酸盐与Cd2+结合可生成CdH2PO4、Cd(HPO4)2或Cd3(PO4)2更稳定的化合物,土壤Cd活性降低。

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