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土壤大豆系统中Pb迁移转化对NPK养分的响应
土壤-大豆系统中Pb迁移转化对NPK养分的响应
摘要
本试验以大豆-土壤系统中的重金属Pb的迁移转化对NPK养分的响应为研究内容。
试验结果表明:
在不同肥力(调控NPK)土壤中,Pb在大豆地下部的含量均大于地上部含量。
未施P肥(施NK肥)的大豆地上部与地下部Pb含量最高;施入NPK三种肥料的大豆地上部Pb含量最低,未施N肥(施PK肥)的大豆地下部Pb含量最低;P对抑制Pb在大豆地上部吸收积累的作用显著;NPK三种大量营养元素的同时施入对Pb的吸收积累抑制作用最大;N对Pb的吸收积累的抑制作用不明显。
土壤的基本性质也存在差异,未施N肥(施PK肥)的土壤pH最高,未施P肥(施NK肥)的土壤水pH最低。
未施肥(CK处理)的情况下,有效态NPK的含量较施肥处理(施NPK三种肥料的任意两种或三种)下明显偏低。
关键词:
Pb含量;NPK;土壤性质
TheEffectofNPKonPbTansformationintheSoil-SoybeanSystem
Abstract
InthisexperimentstudiedtheeffectofNPKnutrientsonPbtansformationinthesoil-soybeansystem.Theresultsshowedasfollows:
indifferentfertility(controlNPKfertilizer)soil,Pbcontentinsoybeanundergroundlevelswerehigherthanshoot.ThesoybeangroundwithoutappliedPfertilizer(NKfertilizerapplied)asthehighestconcentofPb,thesoybeanshootwiththreekindsofNPKfertilizerappliedasthelowestPbcontent,notappliedNfertilizer(PKfertilizerapplied)andthelowestcontentofsoybeanundergroudPb,PininhibitingPbuptakeinthesoybeanshoottheroleofthemostsignificant,thenutrientselementNPK,whilethreetypesofemploymentonthemaximuminhibitionofPbabsorptionandaccumulation,NuptakeofthePbaccumulatednotobvious.Thebasicnatureofthesoildifferences,notappliedNfertilizer(PKfertilizerapplied)andthehighestsoilpH,Pfertilizerisnotapplied(NKfertilizerapplied)andthelowestsoilpH.SoilwithoutappliedPfertilizer(NKfertilizerapplied)availableNandavailableKcontentincrease,soilwithoutappliedNfertilizer(PKfertilizerapplied)andavailableKcontentdecreasedinthePbcontaminatedsoil,reasonablePfertilizerappliedcaneffectivelymaintainthesoilpHbalance,improvethesoilavailableNandavailablePcontents.
Keywords:
Pbcontent;NPK;SoilProperties
目录
1前言1
2研究材料与方法2
2.1试验材料2
2.2试验设计2
2.3分析方法3
2.3.1土壤含水量、PH测定3
2.3.2Pb含量测定3
2.3.3速效P测定3
2.3.4速效N测定4
3研究结果与分析4
3.1大豆干重与NPK的关系4
3.2Pb含量与NPK的关系5
3.3Pb污染土壤的基本性质与NPK的关系5
4结论6
参考文献:
7
1前言
重金属是重要的环境污染物,重金属在环境中的释放严重污染了土壤,水体和大气,并且可通过食物链进入生物体,危害人体健康,因此,重金属污染已成为世界性的重大环境问题。
土壤承担着环境中约90%的各种污染物[1]。
土壤的重金属污染是当今面积最广、危害最大的环境问题之一。
在土壤-植物系统中,重金属(主要有Cd、Cr、Hg、Pb、Cu、Zn、Ni、Fe、Mn、As等[2])污染不但影响植物产量与品质,而且也影响大气和水环境质量,并通过食物链危害人类的生命和健康,污染具有污染源的多样性、隐蔽性、一定程度的长距离传输性和污染后果的严重性[3]及对人体的毒害作用具有潜伏性和长期性[4]。
虽然有的重金属如Cu和Zn是作物生长中必需元素,但过量的重金属进入农田土壤后将在作物中积累,威胁人类健康。
土壤重金属污染由于其无色、无味,很难被人的感觉器官所察觉,一般要通过植物吸收进入食物链积累到一定程度时才能反映出来[5]。
最近十几年有关作物中的重金属含量以及相关的人体健康风险受到越来越多的关注[6-8]。
据农业部环境监测系统今年的调查,我国24个省(市)城郊、污水灌溉区、工矿等经济发展较快地区的320个重点污染区中,污染超标的大田农作物种植面积为60.6h㎡,占调查总面积的20%。
其中重金属含量超标的农作物种植面积约占污染物超标农作物种植面积的80%以上,尤其是Pb、Cd、Hg、Cu其复合污染最为突出[9]。
当前我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染,其中Cd污染比较普遍,污染面积近1000万h㎡,其次是Pb、Cd、Hg、Cu等;有许多地方粮食、水果、蔬菜等食物中Cd、Cr、As、Pb等重金属含量超标和接近临界值。
其中许多是由于工业污水灌溉造成的[10]。
本试验以滨州市滨城区多年荒废农田为研究对象,采用加入外源重金属污染源Pb实验的方法,重点研究了加入外源重金属污染源Pb的荒废农田土壤Pb迁移转化对大豆植株NPK养分的响应,及土壤的基本性质。
试验中Pb含量的测定采用三酸消解的方法测定,土壤pH,速效NPK含量采用鲁如坤方法测定[11]。
2研究材料与方法
2.1试验材料
试验材料:
大豆(GlycinemaxL.),品种:
鲁豆11号。
供试土壤:
试验所用土壤采自山东省滨州市滨城区一多年荒弃农田,属轻壤质潮土,黏粒含量约为9%,粉粒含量约为22.3%,Pb本底值为21.7mg/kg。
因多年未施肥料,土壤肥力水平较低。
土壤有机碳、总N、总P含量分别为8.82,0.45,0.45g/kg,速效N、P、K分别为10.85,6.50,46.58mg/kg,pH为7.7。
土壤采集后,风干,过2㎜筛,加入Pb水溶液,使土壤中外源Pb的浓度达到100mg/kg。
为使重金属分布均匀,再过2㎜筛一次,后干湿交替放置30d,备用。
仪器:
岛津石墨炉原子吸收光谱仪AAS6800;EH-35Aplus数显电热板;离心机;振荡机;水浴锅;流动分析仪;紫外-可见分光光度仪。
2.2试验设计
采用根袋技术进行盆栽实验,根袋选用500目尼龙网,高14㎝,直径4.1㎝,内装Pb污染土壤,放置于装有污染土壤的塑料钵中,钵高14㎝,直径14㎝。
大豆种子经去离子水淋洗、催芽后,播种于根袋中,每盆播种2粒,出苗后定苗一株。
生长期间用去离子水配制的不同营养液浇灌,每周一次,每次营养液用量为300ml。
营养液浇灌共设五个处理:
NPK、NP、NK、PK、CK(去离子水),营养液中N、P、K元素分别来自尿素、NaH2PO4、KCl,含量分别为80,35,60mg/kg,每处理重复三次,共计15个塑料钵。
盆栽实验在可控玻璃温室中进行,白天温度在20~30℃,夜间温度为15~20℃。
大豆生长45d后采收,根袋中去除0~2㎝表层土,混匀后,置4℃条件下备用。
大豆植株分为地上、下两部分,与土壤分离后,用自来水冲洗干净,再用去离子水反复冲洗3~4次,置60℃条件下烘干24h,称量干重。
2.3分析方法
2.3.1土壤含水量、PH测定
称取带标号3~5g土壤,烘干后称重,计算其含水量。
根据含水量计算出所需土壤的重量。
称适量土样装入塑料瓶,加超纯水至25ml,搅拌2min,测其pH。
2.3.2Pb含量测定
①称取大豆地上部0.2g,地下部0.1g分别装入锥形瓶,取配制好的王水(浓HNO3:
浓HCl为3:
1)10ml加入锥形瓶,放在电热板上加热。
最后加上3mlHClO4,充分溶解材料,待瓶中液体至1ml时,取下冷却。
用超纯水稀释至50ml,取10~15ml加入到尖底塑料试管,放入冰箱冷却保存。
②取0.5g土壤样品加20ml乙酸铵,加盖放入振荡器内,震荡后离心。
二次加入乙酸铵20ml,振荡5h,再离心,装入小塑料瓶中,标记。
倒出余液后加入3mlH2O2,盖盖放水浴锅加热,水浴锅温度保持在85~90℃,水位适中.将离心管成捆放入,待H2O2快尽时加5ml继续水浴,待水浴蒸干后取出,加20ml乙酸铵,振荡20h后取出,放入离心机离心后,装入小瓶后,标记冷藏保存。
③从离心管中称取0.1g土样,加入反王水(浓HNO3:
浓HCl为1:
3)放在电热板上加热,溶解一定程度后加HClO42~3ml继续消解,出现烟雾时瓶中剩余1~2ml,取下冷却定容至50ml,倒出一半至塑料瓶,做好标记,放入冰箱冷藏。
④采用紫外-可见分光光度计,气象色谱仪,原子吸收光谱仪测出样品中Pb的含量。
2.3.3速效P测定
配制钼贮存溶液;取土样5g加入2mol/LCaCl2100ml与塑料瓶中,高速振荡20~25min,静置后过滤,取上清液定容至50ml容量瓶;配制钼锑抗显色剂及磷标准溶液;分别取0、1、2、4、6ml磷标准溶液至50ml容量瓶中,各加入5ml钼锑抗显色剂定容。
土样溶液中各加5ml显色剂定容至50ml。
用紫外-可见分光光度仪在波长700nm下用磷标准溶液测工作曲线,根据磷标准溶液测得的工作曲线测速效P浓度。
2.3.4速效N测定
分别取10g土样,加25ml超纯水,用超纯水作一对照;盖盖后高速振荡30min,离心,过滤,取上清液于玻璃瓶中,同时用不过滤的超纯水对照。
用流动分析仪测N的含量。
3研究结果与分析
3.1大豆干重与NPK的关系
据表1试验数据,在不同肥力调控(调控NPK)下,大豆地上部的干重变化明显大于地下部干重的变化,说明在Pb污染的土壤中,施肥对大豆地上部的影响大于地下部。
未施P肥(施NK肥)的情况下,大豆地上部与地下部的干重均小于不施肥的植株,且与未施肥植株地上部干重相差较大,说明在Pb污染的土壤中,P可能会促进NK的吸收,促进植株地上部的生长;未施N肥(施PK肥)的情况下,大豆地上部与NPK三种肥料都施的植株地上部干重最相近,地下部干重差距较大,Pb可能有抑制地下部生长的作用。
表1大豆干重(g)
地上部
SD
地下部
SD
NPK
1.5
0.098
0.54
0.045
NP
1.4
0.13
0.40
0.074
NK
1.1
0.14
0.44
0.040
PK
1.5
0.11
0.49
0.035
CK
1.4
0.095
0.45
0.070
3.2Pb含量与NPK的关系
重金属的胁迫通常会导致植物矿质营养的缺乏,引起它们参与代谢和物质组成过程中的紊乱失调,产生缺素症状,成为植物NPK等大量营养元素缺乏或有效性降低的主要原因。
同时,NPK等大量元素的供应能缓解重金属对植物的胁迫作用[12]。
在高P情况下,植株Pb的吸收可减少一半[13]。
据表2试验数据,大豆地下部Pb含量均大于地上部[14]。
未施P肥(施NK肥)的情况下,Pb在大豆地下部含量139mg/kg超过Pb在土壤中含量(100mg/kg),Pb在大豆地上部的含量为实验所得数据最高,说明P可能有抑制大豆积累Pb的作用;未施N肥(施PK肥)情况下,大豆地下部Pb含量最低,N可能会促进Pb在大豆地下部的积累;施入NPK三种肥料情况下,大豆地上部Pb含量最低,合理适当的施肥可以抑制Pb在大豆地上部的积累。
表2大豆中Pb含量(mg/kg)
地上部
SD
地下部
SD
NPK
4.4
1.4
70
17
NP
4.5
1.4
67
7.1
NK
11
1.8
138
28
PK
5.2
0.65
64
26
CK
9.2
1.3
92
13
3.3Pb污染土壤的基本性质与NPK的关系
重金属能影响植物根系对土壤中营养元素的吸收,其主要原因时影响了土壤微生物的活性,影响了酶活性[15]。
由于土壤微生物,酶活性的降低,影响土壤中某些元素的释放和有效态的数量。
据表3的实验数据,Pb污染的土壤pH均小于原土壤pH(7.7),未施P肥(施NK肥)情况下,土壤pH最低,Pb降低土壤的pH,P可抑制Pb对土壤pH的影响,减轻土壤pH的下降。
Pb污染的土壤在未施肥(CK处理)下,速效N、P、K含量均小于原土样;在施入NPK任意两种元素的情况下,土壤中的速效N、P、K含量均大于未施肥(CK处理)的土壤速效N、P、K含量,说明NPK等大量元素的合理施肥,可提高重金属污染土壤中的速效N、P、K的含量。
表3土壤基本性质
处理
pH
速效N
(mg/kg)
速效P
(mg/kg)
速效K
(mg/kg)
NPK
7.3
7.3
7.2
7.4
7.4
71
89
106
8.6
7.5
19
22
10
22
7.9
119
45
128
74
39
NP
NK
PK
CK
4结论
1.大豆地下部Pb含量大于地上部Pb含量。
未施P肥的情况下,大豆地上部与地下部Pb含量最高;施NPK三种肥料情况下,大豆地上部Pb含量最低;未施N肥(施PK肥)情况下,大豆地下部Pb含量最低。
这表明P对大豆中Pb的积聚有很大影响。
2.在重金属污染的土壤中,施肥明显提高土壤中速效N、P、K的含量。
参考文献:
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