重金属污染对稻田土壤团聚体组成及有机碳含量的影响
摘要：本文以宜兴地区代表性水稻土为研究对象，采集某金属冶炼厂和加工产业区的 Pb-Cd 污染水稻土及其相邻非污染土壤（对照土壤），研究重金属污染对稻田团聚体组成及其有机碳含量的影响。试验结果表明，与空白对照相比，随着污染程度的降低，大粒级的团聚体含量会呈增加的趋势，相反小的粒级含量会随着污染程度的降低而呈减少的趋势，但是变化不显著。从原土有机碳含量的变化看出，与空白对照相比，不同污染程度原土中有机碳含量没有显著性差异，各粒级有机碳含量的变化表明，大的团聚体粒级中有机碳含量最大，随着粒级的减小有机碳含量呈现降低的趋势。
目录
摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1. 材料与方法 2
1.1 试验地区概况 3
1.2 田间试验设计 3
1.3 土壤采集与分析 3
1.3.1 土壤样品采集 3
1.3.2 土壤样品处理与分析 3
1.4 数据处理 4
2. 结果与分析 4
2.1 原土重金属全量及其有效态含量 4
2.1.1 原土中重金属含量 4
2.1.2原土中重金属有效态 5
2.2土壤有机碳、全氮和微生物量碳含量 5
2.2.1土壤总有机碳与总氮含量 5
2.2.2土壤中微生物碳氮含量 6
2.3 分级后各粒级所占比例 7
2.4 各粒级有机碳含量 7
3. 讨论 7
3.1重金属污染对土壤团聚体组成的影响 7
3.2 重金属污染对水稻土有机碳含量的影响 8
致谢 8
参考文献 8
重金属污染对稻田土壤团聚体组成及有机碳含量影响
引言
引言
随着城市化、工业化以及农业集约化进程的加快，土壤重金属污染已成全球关注的环境问题之一[1]。近几年土壤重金属污染问题日益突出，严重威胁着广大人民的生命健康和安全。重金属会通过污水灌溉、矿业活动、大气沉降、以及化肥农药的使用等途径进入到土壤环境中，对土壤质量和农作物
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
等生态环境造成严重危害。据中国农业部进行的全国污灌区调查，约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%。另外，2009 年发生在中国湖南浏阳镉中毒事件、陕西凤翔血铅超标事件、湖南砷中毒事件和贵州汞中毒事件等，都演化为威胁和谐社会建设的公共事件[2]。由于土壤重金属污染将会引起严重的环境后果，因而土壤重金属污染的有效控制便成为环境保护工作中十分重要的内容[3]。
团聚体和有机质是保持土壤结构和肥力的基础, 二者相互作用, 不可分割, 前者是后者存在的场所, 后者是前者存在的胶结物质。土壤团聚体是良好的土壤结构体，是土壤有机质保持的场所，也是微生物活动的主要场所[4]，土壤物质和能量的循环也主要发生在团聚体内，团聚体对固碳和肥力都十分重要[5]。土壤团聚体颗粒作为最基本的土壤系统单元,是成土过程和外界因素相互作用的产物, 其活跃地参与地球表层生态系统过程[6]。同时由于不同粒级土壤团聚体颗粒组成和比表面积的不同，其与重金属矿物质、有机质的结合方式和结合数量也不同，因而对环境污染物的吸附特征也存在明显的差异[7]。在污染程度不同的土壤中，团聚体的粒级分布是不同的。实验数据表明，随着污染程度的升高，大粒级团聚体数量减少而小粒级团聚体数量相应增加。
团聚体形成作用被认为是土壤有机碳固定的最重要机制之一，通常被认为是对土壤有机碳的物理性保护[8]。土壤有机碳的稳定性通常被认为是有机碳抗微生物分解的能力[9],受有机碳组成、土壤性质、管理水平和环境条件、微生物群落等因素共同决定的[10]。与就水稻土而言，水稻土中固碳与碳更新可能主要反映在团聚体颗粒碳组分上的变化，水稻土中活跃的碳存在于粗团聚体中，并被粗团聚体物理保护[11]。近年针对稻田土壤的固碳研究表明稻田土壤固碳机制在团聚体物理保护上还包括有机碳的氧化铁稳定的化学保护作用，即团聚体形成过程中在大粒级团聚体保护下的有机碳在小粒级团聚体中与铁铝氧化物的结合是水稻土有机碳保持稳定的一个重要原因[12]，这也支持了最近 20 多年来我国南方水稻土有机质含量明显升高，固碳速率加快的报道[13]。
土壤有机碳影响着土壤团聚体的形成和稳定性。团聚体是由基本的颗粒基团相互紧密结合在一起的,而并不是共同吸附于土壤颗粒的周围。土壤团聚体对于防止土壤风蚀、水蚀具有重要作用,水稳性团聚体的粒级分布及含量影响着土壤一系列的物理、化学,生物学及其农业利用等性质。土壤有机碳库可根据其在微生物降解过程中的稳定性差异，分为活性碳库、慢性碳库和惰性碳库[14]。土壤有机碳中只有少部分是在一定时空条件下具有一定溶解性、在土壤中移动比较快、不稳定、易氧化分解、易矿化，较易被植物、微生物利用的活性有机碳组分[15]。目前还没有单一的指标能表征土壤有机碳活性碳库。土壤慢性碳库一般采用颗粒态有机碳(POC)来表征，惰性碳库一般采用矿物态结合碳来表征。由于不同碳库具有不同的稳定性，因此，可以根据重金属污染影响土壤不同碳库的含量及其动态变化来预测重金属污染对土壤有机碳稳定性的影响[16]。有研究表明两种重金属污染水平下水稻土不同形态有机碳的含量变化发现：污染程度较高的水稻土总有机碳、溶解态有机碳、微生物生物量碳及可矿化有机碳总量均显著低于轻污染土壤[17]；在探讨 Pb、Cd、Cu 和 Zn 重金属污染程度对稻田土壤有机碳和颗粒态有机碳含量影响时发现中度重金属污染显著提高了颗粒态有机碳含量，土壤有机碳变得易于分解和流失，重度污染使土壤总有机碳含量显著降低，不利于有机碳的固定和积累[18]。的研究也表明土壤颗粒态有机碳的积累会随着土壤或植物残体中重金属的积累而增加[19]。
所有这些研究表明重金属污染对土壤较为活跃的有机碳库的影响与其重金属浓度并不是简单的正相关或负相关关系。重金属污染影响的土壤微生物过程，不仅与污染程度有关，还与污染物种类及有效性密切相关，但所有研究均集中在对土壤中较为活跃的碳库部分，而对有机碳的惰性部分关注较少。因此，探讨重金属污染对土壤有机碳稳定性的影响时应多种因素综合考虑，还应关注长期重金属污染对土壤有机碳化学结构及惰性组分等的影响。
目前对水稻土有机碳的稳定性机制已经有了初步的框架的认识，即水稻土有机碳可过土壤团聚体物理保护、化学稳定及微生物稳定过程实现其土壤的积累和固定。在一定管理措施条件下，农田土壤有机碳可达到相对稳定的平衡，即有外源有机质的持续补充和土壤有机碳的分解矿化会达到相对稳定的平衡状态，当重金属作为环境胁迫因子进入到土壤时，会直接影响到土壤微生物区系的演化从而改变其对土壤有机质的取食，则这种有机质平衡状态会被打破，当达到新的平衡时，土壤中有机碳的组分、化学结构及团聚体分配等可能亦会发生改变，最终土壤有机碳的物理保护、化学及生物稳定性也会随之发生改变，基于此假说，我们进行了一些列假设：重金属污染可能会引起水稻土优势微生物功能群落（即有机碳取食结构）的改变，进而可能会影响土壤中有机碳转化和积累，最终会导致土壤物理保护、化学和生物稳定性的变化，因此研究重金属污染下水稻土有机碳稳定性的变化过程及相关机制对于明晰环境污染条件下土壤有机碳量估算及管理有着重要意义。
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摘要 1
关键词 1
Abstract 1
Key words 1
引言 1
1. 材料与方法 2
1.1 试验地区概况 3
1.2 田间试验设计 3
1.3 土壤采集与分析 3
1.3.1 土壤样品采集 3
1.3.2 土壤样品处理与分析 3
1.4 数据处理 4
2. 结果与分析 4
2.1 原土重金属全量及其有效态含量 4
2.1.1 原土中重金属含量 4
2.1.2原土中重金属有效态 5
2.2土壤有机碳、全氮和微生物量碳含量 5
2.2.1土壤总有机碳与总氮含量 5
2.2.2土壤中微生物碳氮含量 6
2.3 分级后各粒级所占比例 7
2.4 各粒级有机碳含量 7
3. 讨论 7
3.1重金属污染对土壤团聚体组成的影响 7
3.2 重金属污染对水稻土有机碳含量的影响 8
致谢 8
参考文献 8
重金属污染对稻田土壤团聚体组成及有机碳含量影响
引言
引言
随着城市化、工业化以及农业集约化进程的加快，土壤重金属污染已成全球关注的环境问题之一[1]。近几年土壤重金属污染问题日益突出，严重威胁着广大人民的生命健康和安全。重金属会通过污水灌溉、矿业活动、大气沉降、以及化肥农药的使用等途径进入到土壤环境中，对土壤质量和农作物
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
等生态环境造成严重危害。据中国农业部进行的全国污灌区调查，约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%。另外，2009 年发生在中国湖南浏阳镉中毒事件、陕西凤翔血铅超标事件、湖南砷中毒事件和贵州汞中毒事件等，都演化为威胁和谐社会建设的公共事件[2]。由于土壤重金属污染将会引起严重的环境后果，因而土壤重金属污染的有效控制便成为环境保护工作中十分重要的内容[3]。
团聚体和有机质是保持土壤结构和肥力的基础, 二者相互作用, 不可分割, 前者是后者存在的场所, 后者是前者存在的胶结物质。土壤团聚体是良好的土壤结构体，是土壤有机质保持的场所，也是微生物活动的主要场所[4]，土壤物质和能量的循环也主要发生在团聚体内，团聚体对固碳和肥力都十分重要[5]。土壤团聚体颗粒作为最基本的土壤系统单元,是成土过程和外界因素相互作用的产物, 其活跃地参与地球表层生态系统过程[6]。同时由于不同粒级土壤团聚体颗粒组成和比表面积的不同，其与重金属矿物质、有机质的结合方式和结合数量也不同，因而对环境污染物的吸附特征也存在明显的差异[7]。在污染程度不同的土壤中，团聚体的粒级分布是不同的。实验数据表明，随着污染程度的升高，大粒级团聚体数量减少而小粒级团聚体数量相应增加。
团聚体形成作用被认为是土壤有机碳固定的最重要机制之一，通常被认为是对土壤有机碳的物理性保护[8]。土壤有机碳的稳定性通常被认为是有机碳抗微生物分解的能力[9],受有机碳组成、土壤性质、管理水平和环境条件、微生物群落等因素共同决定的[10]。与就水稻土而言，水稻土中固碳与碳更新可能主要反映在团聚体颗粒碳组分上的变化，水稻土中活跃的碳存在于粗团聚体中，并被粗团聚体物理保护[11]。近年针对稻田土壤的固碳研究表明稻田土壤固碳机制在团聚体物理保护上还包括有机碳的氧化铁稳定的化学保护作用，即团聚体形成过程中在大粒级团聚体保护下的有机碳在小粒级团聚体中与铁铝氧化物的结合是水稻土有机碳保持稳定的一个重要原因[12]，这也支持了最近 20 多年来我国南方水稻土有机质含量明显升高，固碳速率加快的报道[13]。
土壤有机碳影响着土壤团聚体的形成和稳定性。团聚体是由基本的颗粒基团相互紧密结合在一起的,而并不是共同吸附于土壤颗粒的周围。土壤团聚体对于防止土壤风蚀、水蚀具有重要作用,水稳性团聚体的粒级分布及含量影响着土壤一系列的物理、化学,生物学及其农业利用等性质。土壤有机碳库可根据其在微生物降解过程中的稳定性差异，分为活性碳库、慢性碳库和惰性碳库[14]。土壤有机碳中只有少部分是在一定时空条件下具有一定溶解性、在土壤中移动比较快、不稳定、易氧化分解、易矿化，较易被植物、微生物利用的活性有机碳组分[15]。目前还没有单一的指标能表征土壤有机碳活性碳库。土壤慢性碳库一般采用颗粒态有机碳(POC)来表征，惰性碳库一般采用矿物态结合碳来表征。由于不同碳库具有不同的稳定性，因此，可以根据重金属污染影响土壤不同碳库的含量及其动态变化来预测重金属污染对土壤有机碳稳定性的影响[16]。有研究表明两种重金属污染水平下水稻土不同形态有机碳的含量变化发现：污染程度较高的水稻土总有机碳、溶解态有机碳、微生物生物量碳及可矿化有机碳总量均显著低于轻污染土壤[17]；在探讨 Pb、Cd、Cu 和 Zn 重金属污染程度对稻田土壤有机碳和颗粒态有机碳含量影响时发现中度重金属污染显著提高了颗粒态有机碳含量，土壤有机碳变得易于分解和流失，重度污染使土壤总有机碳含量显著降低，不利于有机碳的固定和积累[18]。的研究也表明土壤颗粒态有机碳的积累会随着土壤或植物残体中重金属的积累而增加[19]。
所有这些研究表明重金属污染对土壤较为活跃的有机碳库的影响与其重金属浓度并不是简单的正相关或负相关关系。重金属污染影响的土壤微生物过程，不仅与污染程度有关，还与污染物种类及有效性密切相关，但所有研究均集中在对土壤中较为活跃的碳库部分，而对有机碳的惰性部分关注较少。因此，探讨重金属污染对土壤有机碳稳定性的影响时应多种因素综合考虑，还应关注长期重金属污染对土壤有机碳化学结构及惰性组分等的影响。
目前对水稻土有机碳的稳定性机制已经有了初步的框架的认识，即水稻土有机碳可过土壤团聚体物理保护、化学稳定及微生物稳定过程实现其土壤的积累和固定。在一定管理措施条件下，农田土壤有机碳可达到相对稳定的平衡，即有外源有机质的持续补充和土壤有机碳的分解矿化会达到相对稳定的平衡状态，当重金属作为环境胁迫因子进入到土壤时，会直接影响到土壤微生物区系的演化从而改变其对土壤有机质的取食，则这种有机质平衡状态会被打破，当达到新的平衡时，土壤中有机碳的组分、化学结构及团聚体分配等可能亦会发生改变，最终土壤有机碳的物理保护、化学及生物稳定性也会随之发生改变，基于此假说，我们进行了一些列假设：重金属污染可能会引起水稻土优势微生物功能群落（即有机碳取食结构）的改变，进而可能会影响土壤中有机碳转化和积累，最终会导致土壤物理保护、化学和生物稳定性的变化，因此研究重金属污染下水稻土有机碳稳定性的变化过程及相关机制对于明晰环境污染条件下土壤有机碳量估算及管理有着重要意义。
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