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水稻全生育期内零价铁与生物炭钝化土壤镉砷的协同效应与机制

张晓峰  方利平  李芳柏  于焕云  刘传平  杜衍红  
【摘要】:镉(Cd)和砷(As)在土壤中地球化学行为相反,因而难以实现对它们的同步钝化。为了同时降低稻米中Cd和As的积累以达到提高粮食安全的目的,选择了零价铁(ZVI)和生物炭(BC)的组合材料来修复稻田土壤中的Cd/As复合污染。通过盆栽实验,在水稻全生育期内,密集采取了孔隙水、根际土壤、水稻植株和根表铁膜等样品,分析了其中Cd/As含量与存在形式的动态变化过程,并以此探究了水稻整个生命周期内ZVI或/和BC对稻田土壤中Cd/As生物有效性的钝化效果与机制。结果表明,相比于对照组,生物炭仅降低稻米中Cd,降低率为15.4%;ZVI能同时降低稻米中Cd和As质量分数,其降低率分别达17.0%和24.5%;而ZVI+BC组合对稻米中Cd和As降低量最强,分别高达50.2%和35.6%,表现出明显的协同钝化效应。土壤孔隙水与重金属连续提取结果表明,ZVI能使水溶态、吸附态与可交换态Cd和As转化为铁氧矿物结合态,而BC主要导致水溶态与可交换态Cd转为碳酸盐结合态。相对而言,ZVI+BC组合通过共同促进铁氧矿物的形成与分散,从而导致大部分的水溶态、吸附态与可交换态Cd和As与铁氧矿物形成结合态,是抑制稻米积累Cd和As的主要作用机制。因此,ZVI和BC的组合材料可以同步高效修复稻田土壤中的Cd/As的复合污染,这将有利于实现中轻度Cd/As污染稻田的安全利用。

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