硫肥對土壤-水稻系統(tǒng)銅遷移轉(zhuǎn)化的影響及作用機制.pdf

1、近年來我國農(nóng)田土壤重金屬超標(biāo)引起的糧產(chǎn)品安全問題備受關(guān)注，如何控制農(nóng)田土壤重金屬污染、保障農(nóng)產(chǎn)品安全已成為環(huán)境管理的熱點與難點之一。硫是植物必需的大量營養(yǎng)元素之一，我國因土壤缺硫現(xiàn)象的不斷加劇，硫肥的農(nóng)業(yè)施用逐漸受到重視。土壤硫的形態(tài)轉(zhuǎn)化過程與重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)化及生物有效性密切相關(guān)，因此探索硫肥對重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化過程的影響及機制可為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)評估農(nóng)田土壤重金屬的環(huán)境風(fēng)險提供重要理論依據(jù)。本論文以稻田土壤為研究對象，

2、開展室內(nèi)模擬培育實驗，利用傳統(tǒng)化學(xué)分析方法、同步輻射X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜學(xué)(XAFS)、X射線熒光譜學(xué)及掃描透射X射線顯微光譜技術(shù)(STXM)等技術(shù)手段，研究了兩種形態(tài)硫肥（S0和Na2SO4）施加對典型重金屬銅(Cu)在水稻土壤-根表-植株系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化過程的影響及作用機制，主要研究結(jié)果如下:
　　(1)揭示了銅沿稻根微域土壤溶液遷移轉(zhuǎn)化過程的硫肥調(diào)控作用與機制，發(fā)現(xiàn)硫肥可減少銅沿水稻根際土壤溶液縱向遷移。土壤溶液膠體顆粒zet

3、a電位在2.4～7.8 mV之間，粒徑范圍為440～740 nm。膠體顆粒主要由鐵氧化物、有機物等組成，硫肥可減少水稻根際土壤溶液膠體顆粒Fe的比例，同時C、O的比例增大。土壤溶液膠體顆粒中銅主要由硫化亞銅、半胱氨酸結(jié)合態(tài)銅、檸檬酸結(jié)合態(tài)銅和胡敏酸結(jié)合態(tài)銅類化合物組成，硫肥促進(jìn)膠體顆粒半胱氨酸結(jié)合態(tài)銅比例增大，硫化亞銅比例降低。膠體顆粒鐵氧化物含量的減少導(dǎo)致膠體顆粒銅吸附量減少，有機質(zhì)結(jié)合態(tài)銅比例增大，硫肥減少土壤溶液及膠體顆粒中銅的濃

4、度，從而減少銅沿土壤溶液縱向遷移。
　　(2)明確了硫肥對水稻全生育期根際土壤銅生物有效性及形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響與作用機制，提出硫肥對水稻根際土壤銅生物有效性的影響與水稻生長階段有關(guān)。水稻營養(yǎng)生長階段（幼苗期和分蘗期），硫肥施加促進(jìn)水稻根際土壤有效態(tài)銅含量的增大，且根際土壤的溶解性有機質(zhì)含量上升，硫肥處理組中根際土壤的胡敏酸結(jié)合態(tài)銅的比例增大。生殖生長階段（抽穗期）因淹水時間較長，土壤氧化還原電位的降低導(dǎo)致水稻根際土壤銅和硫被還原，促進(jìn)

5、土壤硫化亞銅的形成，硫肥處理組根際土壤較高比例的硫化亞銅的形成導(dǎo)致其銅的生物有效性低于對照組。土壤溶解性有機質(zhì)及氧化還原電勢是硫肥影響水稻根際土壤銅的形態(tài)及生物有效性的主要介導(dǎo)因子。
　　(3)揭示了硫肥施加對水稻根表膠膜形成及其對根系銅吸收的影響及相關(guān)機制，提出硫肥對水稻根表膠膜形成的影響與硫肥形態(tài)及施加量有關(guān)。低濃度硫肥（50 mg/kg，100 mg/kg）施加可促進(jìn)水稻根表膠膜的形成，而高濃度硫肥(500mg/kg，100

6、0 mg/kg)施加會對根系造成毒害而抑制根表膠膜的形成，S0比Na2SO4對水稻根表膠膜形成的促進(jìn)效應(yīng)更明顯。根表膠膜主要附著在根外表皮的一層細(xì)胞上，由Fe、O、 Al、Si等元素組成，附著在外皮層的膠膜可吸附一定量的銅，減少銅進(jìn)入水稻根內(nèi)皮層細(xì)胞。淹水條件下，硫肥施加可增大根際土壤硫化亞銅和半胱氨酸結(jié)合態(tài)銅的比例從而減少根際土壤銅的生物有效性，土壤銅生物有效性的降低及根表膠膜銅吸附共同導(dǎo)致水稻根、莖、葉中銅含量降低。
　　(4

7、)闡明了稻田土壤硫肥對銅在水稻植株不同組織中分布、累積的影響及機制，發(fā)現(xiàn)土壤硫肥的施加會促進(jìn)水稻根系銅向籽粒遷移。土壤硫肥施加可促進(jìn)水稻植株生物量和稻米干重的增加，Na2SO4的水稻生長促進(jìn)效率大于S0。硫肥可促進(jìn)水稻植株中銅由根部向籽粒轉(zhuǎn)移，從而增大稻米銅的含量。稻米銅主要分布在糊粉層，硫肥施加使得銅在稻米糊粉層的分布更集中。銅由根部向籽粒遷移的過程中Cu(Ⅰ)的比例逐漸增大，籽粒中銅大部分以Cu(Ⅰ)形態(tài)存在。土壤硫肥施加導(dǎo)致水稻莖