【摘要】：中國湖南以“有色金屬之鄉(xiāng)”之稱和“魚米之鄉(xiāng)”而聞名于天下,然而由于大量的采礦和冶煉等人為活動(dòng)所產(chǎn)生的“三廢”隨意堆放和排放,導(dǎo)致周圍的農(nóng)田土壤和水稻受到嚴(yán)重的重金屬污染。砷是一種廣泛存在并具有類金屬特性的元素,土壤中過量的砷不僅影響水稻的生長發(fā)育,而且嚴(yán)重影響水稻的產(chǎn)量和品質(zhì),甚至威脅到人們的身體健康。近年來,土壤重金屬污染和稻米中重金屬含量超標(biāo)問題越來越受到人們的關(guān)注,因此,須采取有效措施阻控土壤砷的生物有效性和減少稻米中砷含量。本研究以湖南省某典型的砷污染土壤-水稻為研究對(duì)象,通過制備納米級(jí)二氧化錳并表征,開展吸附實(shí)驗(yàn)、溫室盆栽實(shí)驗(yàn)和野外稻田實(shí)驗(yàn),分析土壤理化性質(zhì)、土壤溶液、土壤中砷形態(tài)變化和水稻中砷含量及形態(tài)變化,探究納米級(jí)二氧化錳材料阻控砷在土壤-水稻體系中的遷移機(jī)理,為納米級(jí)二氧化錳材料在修復(fù)砷污染土壤上的利用提供科學(xué)依據(jù),主要結(jié)果如下：(1)制備出的二氧化錳結(jié)晶程度高,成團(tuán)簇狀,結(jié)構(gòu)均勻、分散的球狀團(tuán)聚結(jié)構(gòu),團(tuán)簇微球的尺寸為1000~(-1)500 nm,單個(gè)的納米針是直徑約為50 nm,長度約為500 nm。其顆粒之間的縫隙很多,其比表面積和總空體面積很大。且熱穩(wěn)定性和抗氧化性都很強(qiáng)。(2)納米級(jí)二氧化錳材料對(duì)砷的吸附,隨著時(shí)間的增加,呈逐漸增加的趨勢,但時(shí)間越長,吸附效率越趨于飽和；納米級(jí)二氧化錳材料對(duì)砷的吸附率隨著pH值的升高而呈現(xiàn)減少的趨勢,酸性條件下更利于砷的吸附,但是過度的酸性條件會(huì)引起納米級(jí)二氧化錳的溶解；用Langmuir方程能很好的擬合納米級(jí)二氧化錳對(duì)砷的吸附,其相關(guān)性達(dá)到了0.98,最大吸附量為27.16 mg·g~(-1)。(3)某典型砷污染土壤中As的形態(tài)以殘?jiān)鼞B(tài)為主,占50%左右,其次是鐵砷結(jié)合態(tài)和鈣砷結(jié)合態(tài)。相對(duì)于空白土壤,添加了納米級(jí)二氧化錳材料的土壤中鈣砷結(jié)合態(tài)隨著添加濃度的增加逐漸減少,松散結(jié)合態(tài)As所占的比例很小,且添加了納米級(jí)二氧化錳材料后的土壤一定程度上減少了As的有效形態(tài),增加了As的殘?jiān)鼞B(tài)含量,表明納米級(jí)二氧化錳能有效的控制土壤中As的生物有效性,減少土壤中As的危害。(4)溫室盆栽實(shí)驗(yàn)中,無論是否添加納米級(jí)二氧化錳材料,水稻中砷的含量是根莖葉谷殼糙米；添加納米級(jí)二氧化錳材料對(duì)土壤溶液pH值影響不大,土壤溶液中錳的含量都是先上升后降低,砷濃度在處理量為0.5%、1.0%、2.0%的土壤溶液中有先上升后降低的趨勢,促進(jìn)水稻中砷的累積量減少；水稻植株中錳和砷的關(guān)系呈顯著負(fù)相關(guān)(p0.05),可見,納米級(jí)二氧化錳材料能夠有效的降低糙米的砷含量,且添加量為1.0%時(shí),糙米的砷含量低于食品中砷限量指標(biāo)。(5)野外大田試驗(yàn)中,水稻中砷的含量是根莖葉谷殼糙米,且水稻根部大量富集了砷,是土壤背景值的2-7倍；添加納米級(jí)二氧化錳之后,水稻中根表鐵膜含量反而減少了,As從水稻根表鐵膜、根、莖和葉向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)在不同濃度納米級(jí)二氧化錳處理間差異非常顯著(p0.05),水稻根表鐵膜量與根表鐵膜中砷含量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系；納米級(jí)二氧化錳材料對(duì)水稻生長的土壤pH沒有顯著影響,土壤溶液中錳的含量都是先上升后降低,砷濃度在處理組中持續(xù)降低；納米級(jí)二氧化錳材料同樣能夠有效的降低糙米的砷含量,且添加量為0.2%、0.5%、2.0%時(shí),糙米的砷含量都低于食品中砷限量指標(biāo),進(jìn)一步驗(yàn)證了納米級(jí)二氧化錳材料能阻控砷在土壤—水稻中的遷移。
【學(xué)位授予單位】：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X53;X56

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