【摘要】：近年來農(nóng)田土壤鎘污染情況加劇,影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,鎘通過食物鏈進(jìn)入人體,可嚴(yán)重?fù)p害腎臟、心血管、肌肉骨骼和女性生殖系統(tǒng)。因此,治理農(nóng)田土壤鎘污染,保障農(nóng)產(chǎn)品安全勢在必行。硅酸和鐵氫氧化物降低土壤中鎘的生物有效性,進(jìn)而緩解鎘對水稻的脅迫作用已成共識;但其化學(xué)機(jī)制尚不完全明確。為此,開展硅、鐵氫氧化物共存緩解水稻鎘毒性的效應(yīng)及其機(jī)制研究,對于揭示硅降低土壤鎘生物有效性機(jī)制具有重要的理論意義。本文基于CD-MUSIC模型研究鎘的硅-鐵氫氧化物表面絡(luò)合形態(tài),旨在探究硅、鐵氫氧化物二者共存情況下水稻鎘毒性緩解的土壤化學(xué)機(jī)制。本文通過化學(xué)方法,獲得高純度硅酸鹽處理的鐵氫氧化物(水鐵礦(Fh)、針鐵礦(Goe)),應(yīng)用X射線衍射、紅外光譜、掃描電鏡、比表面積測定和酸堿電位滴定等手段,對其進(jìn)行物理化學(xué)性質(zhì)表征,通過水培及等溫吸附-解吸試驗結(jié)合CD-MUSIC模型,以期明確硅-鐵氫氧化物(硅-水鐵礦(Si-Fh)、硅-針鐵礦(Si-Goe))緩解水稻鎘毒害效應(yīng),揭示硅對酸性水稻土鎘吸附行為的影響機(jī)制。主要結(jié)論如下:1.硅-鐵氫氧化物可顯著緩解水稻鎘脅迫。鎘脅迫下硅-鐵氫氧化物和鐵氫氧化物處理降低了水稻植株鎘含量(P0.05)、CAT活性(P0.05)、POD活性(P0.05)和MDA含量(P0.05),緩解了膜脂過氧化和木質(zhì)化作用;根組織分化完全、維管束環(huán)紋清晰、細(xì)胞結(jié)構(gòu)飽滿排列緊密;促進(jìn)水稻幼苗生長,增強(qiáng)其抗鎘脅迫能力,硅-鐵氫氧化物處理緩解效果優(yōu)于鐵氫氧化物。2.硅-鐵氫氧化物可顯著促進(jìn)鎘的吸附。各處理對鎘的吸附量,硅-鐵氫氧化物相較于鐵氫氧化物,促進(jìn)鎘吸附抑制鎘解吸(P0.05);各處理鎘吸附量與pH正相關(guān);非線性等溫吸附方程Langmuir和Freundlich均能較好擬合鎘的吸附,Freundlich的擬合效果均好于Langmuir,鐵氫氧化物的鎘吸附傾向于表面非均一的單層吸附。3.基于CD-MUSIC模型擬合,表明鎘在硅-鐵氫氧化物表面形成鐵氫氧化物-硅-鎘的三元表面絡(luò)合物為硅對緩解酸性水稻土鎘毒性的土壤化學(xué)機(jī)制。硅-鐵氫氧化物表面活性羥基位數(shù)多于鐵氫氧化物;硅-鐵氫氧化物相較于鐵氫氧化物的電荷零點(diǎn)左移,表面負(fù)電荷數(shù)增加。硅主要以雙齒雙核和單齒單核絡(luò)合物形態(tài)吸附于鐵氫氧化物表面,鎘在鐵氫氧化物表面的主要分布為雙齒雙核吸附形態(tài),鎘在硅鐵氫氧化物表面可能形成鐵氫氧化物-硅-鎘三元表面絡(luò)合物。綜上所述,硅-鐵氫氧化物可有效緩解水稻鎘脅迫,降低水稻鎘含量,緩解膜脂過氧化和木質(zhì)化作用,增強(qiáng)根組織分化,增強(qiáng)抗鎘脅迫能力;鎘主要以靜電吸附和配位吸附方式,在硅-鐵氫氧化物表面生成鐵氫氧化物-硅-鎘三元表面絡(luò)合物,而不被水稻所吸收。
【學(xué)位授予單位】：沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：S511;X53
【圖文】：

碳酸鹽礦物(梁學(xué)峰等，2009)和磷酸鹽礦物(佟倩等，2008)。其中，向水酸鹽改良劑，可增加水稻根系表面水鐵礦附著比例，從而緩解水稻對重金化(Limmer et al., 2018)。緩解植物鎘毒害進(jìn)展于硅可增強(qiáng)作物對鎘脅迫的抗性和耐受性，已得到各國學(xué)者廣泛認(rèn)同(劉Adrees et al., 2015; 張玉秀等，2011)。其植物學(xué)機(jī)制包括四方面：一是硅以在水稻根部外皮層凱氏帶和內(nèi)皮層凱氏帶聚合成聚硅酸或沉積成 SiO2(見水稻對鎘的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，提高產(chǎn)量降低稻米鎘積累(彭華等，2017)；二是稻的抗氧化防御體系(王會方等，2016)，改變鎘脅迫下抗氧化酶活性(Sriva15)，緩解鎘對細(xì)胞質(zhì)膜的傷害(Hasanuzzaman et al., 2017)，降低 ROS 損傷緩鎘對水稻超微結(jié)構(gòu)的破壞，使細(xì)胞器更加完整(李天哲等，2018)，并提、葉綠素 a/b 比值和葉片氣孔導(dǎo)度，促進(jìn)光合作用( Vaculík et al., 2015; 宋四是植物體內(nèi)的硅與鎘螯合形成共沉淀或代謝成失活產(chǎn)物來減輕鎘毒害2015)。

圖 1-2 水鐵礦結(jié)構(gòu)模型(Cornell & Schwertmann, 2003)Fig. 1-2 Structural model for Ferrihydrite特征ite)在土壤中分布廣泛，是一種反鐵磁性黃褐色或黃棕色柱狀或針狀，陰離子以 ABAB[001]型緊密堆積，八面OH，相對分子量為 89 g mol-1。針鐵礦(α-FeOOH)呈現(xiàn)中心對稱晶體空間群結(jié)構(gòu))描述，如圖 1-3 所示(Balwahwertmann, 2003)。其空間群結(jié)構(gòu)為 Fe 原子排列在 O 框合體�？臻g架構(gòu)中的邊共享復(fù)合體，即 Fe 原子共享兩個 O1 和一個 O2 原子；而角共享復(fù)合體通過單個 O1 原由 O2 位置配位，即-OH 基團(tuán)。

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本文編號：2718170