水分管理聯(lián)合磷酸鹽施用對(duì)水稻土中鎘轉(zhuǎn)化的影響

龍靈芝，李忠武*，羅寧臨，張秋，黃梅

（1.湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082；2.湖南大學(xué)環(huán)境生物與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082）

水分管理聯(lián)合磷酸鹽施用對(duì)水稻土中鎘轉(zhuǎn)化的影響

龍靈芝1，2，李忠武1，2*，羅寧臨1，2，張秋1，2，黃梅1，2

（1.湖南大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410082；2.湖南大學(xué)環(huán)境生物與控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410082）

為探究水分管理方式和磷酸鹽對(duì)水稻土中Cd轉(zhuǎn)化的影響，按磷（KH2PO4）與Cd的摩爾比為2∶1添加磷酸鹽，在75%田間持水量、田間持水量、持續(xù)淹水和淹水回旱四個(gè)水分管理下，測(cè)定土壤pH值及Cd的CaCl2有效態(tài)含量，并采用重金屬連續(xù)浸提法分析土壤中Cd的形態(tài)分布。結(jié)果表明：與對(duì)照相比，持續(xù)淹水和田間持水量處理分別使有效態(tài)Cd含量降低了37.3%和10.0%，75%田間持水量和淹水回旱處理有效態(tài)Cd含量增加了12.5%和9.5%；重金屬形態(tài)分析表明，施用磷酸鹽促進(jìn)弱酸提取態(tài)Cd向可還原態(tài)和可氧化態(tài)轉(zhuǎn)化；75%田間持水量處理中弱酸提取態(tài)Cd所占比例顯著降低，更有利于Cd向穩(wěn)定的形態(tài)轉(zhuǎn)化，而淹水回旱處理中，弱酸提取態(tài)鎘含量增加，增大了Cd浸出、遷移的風(fēng)險(xiǎn)；不同水分管理下土壤pH值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)差異較大，75%田間持水量處理中土壤有效態(tài)Cd與pH值呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（r=-0.861 8），而持續(xù)淹水與淹水回旱處理的淹水還原過(guò)程對(duì)Cd的有效性有較為復(fù)雜的影響。綜上，水分管理與磷酸鹽施用對(duì)有效態(tài)Cd的影響存在交互作用，在75%田間持水量時(shí)磷酸鹽施用對(duì)鎘的穩(wěn)定效果較好，且水分管理是控制水稻土中Cd轉(zhuǎn)化的主要影響因素。

水分管理；磷酸鹽；鎘；生物有效性；重金屬形態(tài)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，土壤重金屬污染問(wèn)題日益突出。2014年公布的全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果顯示土壤主要污染物為Cd、Cu和Pb等，其中Cd的點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)7%[1]。Cd作為我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染的主要污染物之一，其污染具有累積性、隱蔽性和長(zhǎng)期性等特點(diǎn)[2]，并可以影響水稻的正常生長(zhǎng)、導(dǎo)致水稻產(chǎn)量和質(zhì)量下降，還可能通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，對(duì)人類的生命健康造成危害[3]。因此，如何有效降低土壤中Cd的有效性和毒性，保證糧食安全，一直是農(nóng)業(yè)環(huán)境領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。

土壤重金屬修復(fù)技術(shù)繁多，化學(xué)修復(fù)以其廉價(jià)易行、對(duì)土壤環(huán)境的破壞作用小等特點(diǎn)，在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。化學(xué)修復(fù)主要是通過(guò)加入的鈍化修復(fù)材料與重金屬的溶解沉淀、離子交換、吸附、氧化還原和有機(jī)絡(luò)合等作用降低重金屬的遷移性和生物有效性[4-5]。目前廣泛使用的土壤重金屬鈍化劑包括硅鈣物質(zhì)、堆肥和含磷材料等。有研究發(fā)現(xiàn)含磷材料作為肥料施用在固定重金屬方面具有顯著效果，有望成為重金屬污染土壤修復(fù)的一種經(jīng)濟(jì)且行之有效的措施[6]。盡管也有研究認(rèn)為施用磷肥會(huì)導(dǎo)致土壤Cd污染，因?yàn)榱追时旧砗兄亟饘伲峭寥乐亟饘傥廴镜膩?lái)源之一[7]，但大量研究表明，以磷酸鹽作為肥料加入污染土壤能促進(jìn)重金屬向殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，使其生物可利用性降低[8-11]。另外，對(duì)水稻田來(lái)說(shuō)，水分管理和施肥是常用的農(nóng)藝措施，且磷是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必需元素之一，對(duì)保障作物生長(zhǎng)及產(chǎn)量起著不可或缺的作用[12]。目前對(duì)淹水條件下重金屬污染土壤修復(fù)研究較多[13-14]，以磷酸鹽作為肥料固化土壤重金屬的應(yīng)用也較為廣泛[8，11]，但對(duì)不同水分管理聯(lián)合磷酸鹽施用修復(fù)Cd污染水稻土的報(bào)道相對(duì)較少，仍需進(jìn)一步探究。

本文通過(guò)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，研究了不同水分管理方式下，以KH2PO4為肥料鈍化修復(fù)水稻土中Cd的效果，并分析了土壤pH值及有效態(tài)Cd的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律，以及兩者之間的相關(guān)性和Cd的形態(tài)分布，探討了土壤水分管理方式與磷酸鹽對(duì)Cd遷移轉(zhuǎn)化的影響，以期為稻田Cd污染的鈍化修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤采自長(zhǎng)沙市區(qū)的種植水稻田0～20 cm的耕作層（28°09′35″N，112°52′37.05″E），土壤類型為南方地區(qū)廣泛分布的紅壤性水稻土，土壤機(jī)械組成為砂粒13.7%、粉粒65.4%、粘粒20.9%，土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。土壤風(fēng)干過(guò)程中手動(dòng)去除碎石、枝葉等雜質(zhì)，風(fēng)干后，磨碎過(guò)2mm篩。由于野外污染土壤多為多種重金屬共存的復(fù)合污染土壤，為研究土壤水分管理方式與磷酸鹽對(duì)土壤中重金屬Cd的影響，本文以硝酸鎘[Cd（NO3）2]溶于去離子水中，噴灑入土后攪拌均勻，制成10倍于土壤Cd污染臨界值的人工模擬污染土壤（即10mg·kg-1Cd），以排除野外復(fù)合污染土壤中其他重金屬對(duì)試驗(yàn)的干擾。人工模擬污染土壤于室溫下保持約60%的田間持水量，避光靜置30 d后自然風(fēng)干、磨碎、過(guò)2mm篩，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

通過(guò)對(duì)比3種常用磷酸鹽[KH2PO4、Ca（H2PO4）2和NH4H2PO4]和不同KH2PO4/Cd摩爾比作用下土壤對(duì)Cd的吸附解吸作用，得出在KH2PO4作用下KH2PO4/ Cd摩爾比為2∶1時(shí)，土壤對(duì)Cd的吸附容量最大，解吸率最低，如圖1和表2所示。KH2PO4具有含磷量高、溶解性好、起效快和使用方便等特點(diǎn)，是當(dāng)前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的肥料[15]，所以本研究以KH2PO4為代表開(kāi)展研究。

KH2PO4溶于去離子水以溶液形式加入土壤中，按KH2PO4與Cd的摩爾比2∶1添加。取Cd污染土壤200 g放入500mL燒杯中，設(shè)置4個(gè)水分管理處理：75%田間持水量（75%FC）；田間持水量（FC）；持續(xù)淹水1～2 cm（CF）；淹水回旱（FD）。將不添加磷酸鹽的處理作為空白對(duì)照，每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)。添加去離子水保持不同含水量，攪拌均勻，培養(yǎng)箱中25℃進(jìn)行培養(yǎng)，通過(guò)稱重法每天向燒杯中添加去離子水以保持恒重。前3個(gè)處理每個(gè)分別設(shè)置5、10、20、40、60 d共5個(gè)培養(yǎng)時(shí)間；FD處理取400 g Cd污染土壤放入1000mL燒杯中，淹水1～2 cm，隨時(shí)間推移讓土壤重新落干，分別于培養(yǎng)5、10、20、40、60 d時(shí)進(jìn)行取樣。樣品土壤自然風(fēng)干，磨碎過(guò)篩，測(cè)定土壤樣品的pH值、Cd的有效態(tài)及其形態(tài)分布。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Physicochemicalpropertiesof the tested soil

圖1 不同磷酸鹽對(duì)土壤吸附Cd的影響Figure1 Theeffectsofdifferentphosphateson soiladsorption ofCd

表2 不同KH2PO4/Cd摩爾比作用下土壤對(duì)Cd的解吸率Table 2 The desorption rate ofCd from soilat differentmolar ratioofKH2PO4/Cd

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

訓(xùn)練的過(guò)程也是對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行參數(shù)尋優(yōu)的過(guò)程,目前常用的算法有:SGD、Adam、Adadelta、Adagrad、RMSprop等[18],本文選用隨機(jī)梯度下降法SGD進(jìn)行各層參數(shù)的尋優(yōu),其中涉及了幾個(gè)重要因素的選擇:批訓(xùn)練尺寸batch_size、迭代次數(shù)epochs、初始學(xué)習(xí)率η等.

土壤pH值：采用無(wú)CO2蒸餾水以1∶2.5的土水比浸提，pH計(jì)（HI，Hanna instruments Inc.）測(cè)定。

土壤中有效態(tài)Cd：采用0.1mol·L-1的CaCl2作提取劑。稱取5 g過(guò)2mm篩的風(fēng)干土樣于50mL離心管中，加入25mL提取劑，250 r·min-1振蕩12 h，4000 r·min-1離心10min，上清液過(guò)0.45μm的濾膜，測(cè)定濾液中Cd的濃度[16]。

土壤中重金屬Cd的形態(tài)分布：采用BCR連續(xù)浸提法[17]分析，將重金屬分為弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)四種形態(tài)，提取液中的有效態(tài)Cd和連續(xù)浸提法各步驟提取的各形態(tài)Cd的含量均用ICP-OES（PE5300D，Pelkin Elmer）測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Office 2007、SPSS 20.0和Origin 8.5軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及繪圖，差異顯著性檢驗(yàn)采用ANOVA法在P＜0.01水平下進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水分管理下磷酸鹽對(duì)土壤有效態(tài)Cd的影響

圖2為不同水分管理下土壤中有效態(tài)Cd含量隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，圖中平滑曲線為土壤有效態(tài)Cd隨時(shí)間變化趨勢(shì)的多項(xiàng)式性擬合，意在表明對(duì)照組與磷酸鹽處理組中有效態(tài)Cd動(dòng)態(tài)變化的相關(guān)性和不同水分管理方式對(duì)土壤有效態(tài)Cd影響的差異性。75%FC、FC、CF和FD處理的R2值分別為0.880 2、0.862 3、0.822 9和0.856 2，說(shuō)明磷酸鹽處理組和對(duì)照組中有效態(tài)Cd隨時(shí)間的變化趨勢(shì)具有較好的一致性。如圖2a所示，75%FC處理中有效態(tài)Cd含量隨時(shí)間的增加而逐漸上升，施用磷酸鹽和對(duì)照處理中有效態(tài)Cd的含量分別從1.85mg·kg-1上升到約3.6mg· kg-1和3.2mg·kg-1，分別增加了約94%和73%，與對(duì)照處理相比，施用磷酸鹽使土壤中有效態(tài)Cd的含量增加了12.5%。由圖2b可知，培養(yǎng)前20 d，F(xiàn)D處理中有效態(tài)Cd含量隨時(shí)間的增加不斷降低，磷酸鹽處理組和對(duì)照組的最低值分別達(dá)到1.3mg·kg-1和1.1mg· kg-1；隨后土壤逐漸落干，有效態(tài)Cd含量顯著上升，最終達(dá)到與培養(yǎng)初期相當(dāng)?shù)乃?。圖2c中，對(duì)照組在10～20 d時(shí)有效態(tài)Cd含量出現(xiàn)了小幅度上升，隨后急劇下降，磷酸鹽處理組則隨時(shí)間增加呈快速下降的趨勢(shì)；最終磷酸鹽處理組和對(duì)照組中有效態(tài)Cd的含量分別降低了65.4%和62.4%。圖2d中，有效態(tài)Cd的含量均隨時(shí)間的增加顯著下降，培養(yǎng)完成后磷酸鹽處理組與對(duì)照組中有效態(tài)Cd的含量分別降低了67.8%和56.1%，且CF處理中磷酸鹽處理組較對(duì)照組土壤中有效態(tài)Cd的含量降低了37.3%。

2.2 不同水分管理下磷酸鹽對(duì)土壤Cd形態(tài)分布的影響

圖2 不同水分管理方式對(duì)土壤有效態(tài)Cd的影響Figure 2 Effectsofdifferentwatermanagementon soilCaCl2-extractable Cd

圖3 不同水分管理方式下土壤中Cd的形態(tài)分布（A和B分別為磷酸鹽處理組和對(duì)照組）Figure 3 Proportion ofvarious formsofCd underdifferentwatermanagement（A：phosphate application，B：control）

圖3a為不同水分管理方式下培養(yǎng)5 d后土壤中Cd的形態(tài)分布。培養(yǎng)初期各處理中Cd的弱酸提取態(tài)所占比例最大，約為總量的60%，說(shuō)明Cd在土壤中的活性較高；其次為可還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)，可氧化態(tài)所占比例最小，約為總量的2%；且不同水分管理之間Cd的各形態(tài)分布無(wú)明顯差異。培養(yǎng)60 d后，不同水分管理的土壤中Cd的形態(tài)分布出現(xiàn)顯著差異（如圖3b所示），弱酸提取態(tài)Cd與培養(yǎng)初期相比都有一定程度的下降，F(xiàn)D處理除外；75%FC處理中弱酸提取態(tài)Cd的下降程度最為明顯，平均降低了21.9%。培養(yǎng)末期，各處理的弱酸提取態(tài)Cd所占比例的大小順序?yàn)?5%FC＜FC≈CF＜FD。FD與75%FC處理相比，弱酸提取態(tài)Cd平均高出近35.6%；FD處理的培養(yǎng)后期與前期相比，弱酸提取態(tài)Cd反而有所上升，說(shuō)明FD過(guò)程活化了土壤中形態(tài)較穩(wěn)定的Cd，可能會(huì)增大Cd在環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)。FC與CF處理之間的差異性不顯著，與75%FC處理相比，主要是弱酸提取態(tài)Cd高出約11.3%，可還原態(tài)Cd低了約10.8%。施用磷酸鹽后，各處理土壤中弱酸提取態(tài)Cd所占比例都有所降低，75%FC處理的降低效果最佳，降幅達(dá)2.6%，其次為FD處理，達(dá)2.0%，F(xiàn)C和CF處理有輕微上升；可氧化態(tài)的占比較低（2%～6%），施用磷酸鹽后各處理可氧化態(tài)Cd都有所增加，F(xiàn)D處理增幅最大，為39.1%，CF 和75%FC處理分別為11.8%和9.3%，F(xiàn)C處理增幅最??；75%FC和FD處理可還原態(tài)Cd和殘?jiān)鼞B(tài)Cd較對(duì)照都略有降低，其他水分條件下稍有增加。

2.3 不同水分管理下磷酸鹽對(duì)土壤pH值的影響

圖4為不同水分管理方式下土壤pH值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)。結(jié)果表明，不同水分管理方式對(duì)土壤pH值有顯著影響。培養(yǎng)初期（5 d），所有處理的pH值較培養(yǎng)起始（0 d）的pH值（5.86）都有所提高，升高約0.6個(gè)單位，且各處理pH值的變化趨勢(shì)基本一致，變化幅度較小。培養(yǎng)20 d后，不同水分管理方式對(duì)pH值的影響開(kāi)始出現(xiàn)較大差異。75%FC和FD處理中pH值隨著培養(yǎng)時(shí)間的增加而逐漸降低，最終分別降到5.6和6.3左右，與培養(yǎng)初期相比，分別降低了約0.9、0.2個(gè)單位。FC和CF處理中pH值有小幅度的上升，培養(yǎng)結(jié)束時(shí)pH值基本穩(wěn)定在7.0左右；這可能與不同水分管理方式下土壤氧化還原條件的差異所導(dǎo)致的H+的消耗情況和氧化還原電位有關(guān)，因?yàn)橥寥篮吭酱?，還原作用越強(qiáng)，且還原作用會(huì)消耗土壤中的H+，進(jìn)而增大土壤pH值[11]。FD處理中隨著土壤逐漸落干，土壤pH值出現(xiàn)的小幅度回落也印證了上述觀點(diǎn)。與對(duì)照組相比，施用磷酸鹽使土壤pH值微降，則可能是因?yàn)镵H2PO4為酸性肥料，施入土壤后能釋放H+使土壤pH值降低[18]。

2.4 相關(guān)性分析

土壤pH值是影響重金屬遷移轉(zhuǎn)化的重要因素，pH值的變化影響著土壤中重金屬的有效性[19]。圖5為不同水分管理方式下，土壤pH值（x）與土壤有效態(tài)Cd含量（y）之間的回歸分析（n=30）。分析結(jié)果表明，土壤有效態(tài)Cd含量與土壤pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明土壤pH值上升有利于土壤中有效態(tài)Cd含量降低。75%FC、FC、CF和FD處理的相關(guān)系數(shù)r分別為-0.861 8、-0.775 4、-0.637 5和-0.497 8，說(shuō)明不同水分管理方式下的土壤pH值對(duì)土壤中有效態(tài)Cd含量的影響存在顯著性差異。75%FC和FC處理中土壤pH值與有效態(tài)Cd含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜0.01），即土壤pH值對(duì)有效態(tài)Cd起著決定性作用；而CF和FD處理中兩者相關(guān)性相對(duì)較弱，即土壤pH對(duì)有效態(tài)Cd的影響相對(duì)較為有限，說(shuō)明土壤pH可能不是影響有效態(tài)Cd的決定性因素。

圖4 不同水分管理方式對(duì)土壤pH值的影響Figure 4 Effectsofdifferentwatermanagementon soilpH

圖5 不同水分管理方式的土壤pH值與土壤有效態(tài)Cd含量之間的相關(guān)關(guān)系Figure 5 Correlationsbetween soilpH and soilCaCl2-extractable Cd underdifferentwatermanagement

3 討論

土壤中有效態(tài)重金屬的含量越高，其活性和生物有效性就越大，越容易被植物吸收利用[20]。75%FC處理中土壤有效態(tài)Cd含量較高，說(shuō)明該水分條件下Cd對(duì)植物的有效性較高，Gambrell等[21]研究也表明，Cd在氧化條件下比在還原條件下更易轉(zhuǎn)化為有效態(tài)。CF處理顯著降低了有效態(tài)Cd的含量，可能由于淹水條件下土壤氧化還原電位降低，SO2-4被還原為S2-，而Cd在土壤中具有很強(qiáng)的親硫性，易與S2-結(jié)合生成CdS沉淀，降低了Cd的有效性[22]；另一方面可能由于淹水使土壤pH值升高，增強(qiáng)了土壤有機(jī)質(zhì)官能團(tuán)對(duì)Cd的絡(luò)合與螯合能力[23]。FD處理中，土壤由淹水厭氧或缺氧狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛醒醐h(huán)境，硫化物會(huì)因溶解氧含量的增加而被氧化，導(dǎo)致土壤酸化[24]，該過(guò)程不但導(dǎo)致了含Cd化合物的溶解，還促進(jìn)了Cd從土壤固相表面的解吸[25]，進(jìn)而導(dǎo)致有效態(tài)Cd含量先降低后升高。施用磷酸鹽對(duì)土壤中有效態(tài)Cd的影響程度因水分管理方式的不同而存在較大差異，可能與磷酸鹽施入土壤后土壤的酸化程度和氧化還原狀態(tài)及兩者的交互作用有關(guān)。

土壤中重金屬的危害不僅與其總量有關(guān)，更大程度上由其形態(tài)分布決定[26]。培養(yǎng)完成后各處理土壤的弱酸提取態(tài)Cd所占比例仍然較高，可能因?yàn)镃d本身在土壤中生物有效性高，活性較強(qiáng)[27]。本研究中CF處理相對(duì)75%FC處理的穩(wěn)定效果較差，而Li等[28]的研究表明，持續(xù)淹水比濕潤(rùn)處理降低可交換態(tài)Cd的效果更佳，可能是因?yàn)槠湮廴緷舛容^低、形態(tài)分布相對(duì)均勻且鈍化劑中摻有海泡石，另一方面可能與南方水稻土中含有較多的鐵氧化物（50.71 g·kg-1）有關(guān)。持續(xù)淹水時(shí)作為電子受體的Fe（Ⅲ）化合物被還原為Fe（Ⅱ）化合物[29]，大量Fe（Ⅱ）進(jìn)入土壤溶液，致使原先吸附在鐵氧化物表面的Cd被釋放到土壤溶液中[30]，且還原溶解產(chǎn)生的可溶性Fe（Ⅱ）還可與Cd競(jìng)爭(zhēng)土壤表面的吸附位點(diǎn)[31]。施用磷酸鹽可促進(jìn)弱酸提取態(tài)Cd向更穩(wěn)定的形態(tài)轉(zhuǎn)化，但作用不顯著，可能由于磷酸鹽本身對(duì)Cd的鈍化效果有限，由重金屬-磷酸鹽礦物的平衡常數(shù)可知，鉛-磷酸鹽礦物最為穩(wěn)定，而對(duì)于Cd，研究者證實(shí)且一致認(rèn)為難以生成鎘-磷酸鹽礦物[32]。

在本試驗(yàn)中，土壤pH值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)存在顯著差異，且試驗(yàn)結(jié)果表明土壤的水分管理方式對(duì)土壤pH值的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于磷酸鹽，說(shuō)明土壤水分管理方式是影響pH值的主要因素。未經(jīng)過(guò)淹水過(guò)程的處理（75%FC和FC），土壤有效態(tài)Cd與pH值的相關(guān)性分析達(dá)到顯著負(fù)相關(guān)水平；經(jīng)過(guò)淹水過(guò)程的處理（CF 與FD），雖然土壤有效態(tài)Cd與pH值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，但相關(guān)性較弱且未達(dá)到顯著水平。由此可知，經(jīng)歷過(guò)淹水過(guò)程的土壤，其pH值可能不是影響土壤中Cd活性的決定性因素。這可能是因?yàn)槭苎退^(guò)程的影響，土壤較長(zhǎng)一段時(shí)間處于強(qiáng)還原狀態(tài)，土壤中的還原性物質(zhì)（可溶性有機(jī)質(zhì)、硫化物和鐵錳氧化物等）發(fā)生的一系列復(fù)雜的氧化還原反應(yīng)及土壤性質(zhì)的改變，都會(huì)對(duì)Cd的有效性造成影響[33]。不同水分管理方式下，土壤中其他相關(guān)因素的轉(zhuǎn)變對(duì)Cd的影響有待進(jìn)一步探討。

4 結(jié)論

（1）不同水分管理方式下土壤有效態(tài)Cd的含量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)差異顯著，淹水和田間持水量處理顯著降低有效態(tài)Cd的量，淹水回旱的淹水過(guò)程對(duì)土壤落干后Cd有效性的升高有一定的殘余作用，且施用磷酸鹽與水分管理方式對(duì)有效態(tài)Cd的影響存在交互作用。

（2）施用磷酸鹽可促進(jìn)弱酸提取態(tài)Cd向可還原態(tài)和可氧化態(tài)轉(zhuǎn)化；75%田間持水量處理中弱酸提取態(tài)Cd所占比例顯著降低，有利于Cd向更穩(wěn)定的形態(tài)轉(zhuǎn)化，而淹水回旱過(guò)程則存在重新活化土壤中形態(tài)較穩(wěn)定的Cd的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）不同水分管理方式下土壤pH值隨時(shí)間的變化趨勢(shì)差異較大，施用磷酸鹽使pH值稍微下降；75%田間持水量和田間持水量處理中，pH值是影響有效態(tài)Cd含量的主要因素，且兩者呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；而持續(xù)淹水與淹水回旱處理的淹水還原過(guò)程對(duì)Cd的有效性的影響機(jī)制較為復(fù)雜，有待進(jìn)一步探討。

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Effectsofwatermanagementand phosphate application on the transformation of Cd in paddy soil

LONG Ling-zhi1,2,LIZhong-wu1,2*,LUONing-lin1,2,ZHANGQiu1,2,HUANGMei1,2

（1.College of Environment Science and Engineering,Hunan University,Changsha 410082,China;2.Key Laboratory of Environment Biology and Pollution Control,Ministry ofEducation,Hunan University,Changsha410082,China）

In order to investigate the effectofwatermanagementand phosphate application on the transformation of Cd in paddy soil,incubation experimentswere carried out under four watermanagements,namely 75%field capacity（75%FC）,field capacity（FC）,continuous flooding（CF）and flooding-drying（FD）.KH2PO4was added into the soilwith themolar ratio of KH2PO4/Cd at2∶1.The pH values and concentrations of CaCl2-extractable Cd in soil sampleswere determined,and the European Community Bureau of Reference（BCR）sequential extraction procedure was conducted to analyze the fraction distribution of Cd.The results showed that,compared to the control groups,the application of KH2PO4reduced CaCl2-extractable Cd by 10.0%and 37.3%for FC and CF treatments,respectively,whereas increased its concentration by 12.5%and 9.5%in 75%FC and FD treatments,respectively.The fraction distribution resultsof Cd revealed thatphosphate application slightly promoted the transform of Cd from acid-soluble fraction to reducible and oxidizable fractions.The proportions of acidsoluble Cd decreased significantly in the 75%FC treatmentwhich was benefit for the stabilization of Cd,in contrast,higher acid-soluble Cd concentrationswere observed in FD treatments,suggesting a higher-risk of leaching andmigrating ofCd in soil.Itwas observed thatpH varied remarkably during the incubation period,and there was a significant negative correlation（r=-0.861 8）between CaCl2-extractable Cd contentand soil pH in 75%FC treatment.As for CF and FD treatments,the reduction process of flooding had a complicated impacton theavailability of Cd.In summary,watermanagementand phosphate application had an interaction on CaCl2-extractable Cd,and the stabilization effectof phosphate application on Cd was better in the case of 75%FC,furthermore,watermanagementwas themain influential factor controlling the transformation ofCd in paddy soil.

watermanagement;phosphate;Cd;bioavailability;heavymetalspeciation

X53

A

1672-2043（2017）05-0900-07

10.11654/jaes.2016-1438

2016-11-14

龍靈芝（1991—），女，湖南永州人，碩士研究生，主要從事農(nóng)田土壤重金屬污染防治研究。E-mail：longlingzhi@hnu.edu.cn

*通信作者：李忠武E-mail：lizw@hnu.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金（51521006）；湖南省科技重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2015SK2004）

Project supported：The NationalNatural Science Foundation of China（51521006）；Key R&D Program of Science and Technology of Hunan Province in China（2015SK2004）

龍靈芝，李忠武，羅寧臨，等.水分管理聯(lián)合磷酸鹽施用對(duì)水稻土中鎘轉(zhuǎn)化的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（5）：900-906.

LONG Ling-zhi,LIZhong-wu,LUONing-lin,etal.Effectsofwatermanagementand phosphateapplication on the transformation ofCd in paddy soil[J].JournalofAgro-EnvironmentScience,2017,36（5）:900-906.