硫肥對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)銅遷移轉(zhuǎn)化的影響及作用機(jī)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(diǎn)與難點(diǎn)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(duì)重金屬在土壤-植物系統(tǒng)中遷移轉(zhuǎn)化過程的影響及機(jī)制可為指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)評(píng)估農(nóng)田土壤重金屬的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)提供重要理論依據(jù)。本論文以稻田土壤為研究對(duì)象，

2、開展室內(nèi)模擬培育實(shí)驗(yàn)，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(duì)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(jī)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(jī)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(jī)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(shí)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(jī)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(duì)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(jī)制，提出硫肥對(duì)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(jī)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(shí)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(duì)照組。土壤溶解性有機(jī)質(zhì)及氧化還原電勢(shì)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(duì)水稻根表膠膜形成及其對(duì)根系銅吸收的影響及相關(guān)機(jī)制，提出硫肥對(duì)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(huì)對(duì)根系造成毒害而抑制根表膠膜的形成，S0比Na2SO4對(duì)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。
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7、)闡明了稻田土壤硫肥對(duì)銅在水稻植株不同組織中分布、累積的影響及機(jī)制，發(fā)現(xiàn)土壤硫肥的施加會(huì)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