耕作方式对紫色水稻土重金属积累和有效性的影响研究

【摘要】耕作方式可通过改变土壤理化性质影响土壤中重金属元素的迁移转化和植物对重金属元素的吸收。但目前关于耕作方式对土壤重金属元素迁移转化行为的研究集中在旱地土壤,关于水稻土方面的研究很少。本文以西南大学紫色土长期定位试验为依托,通过对剖面土壤理化性质、重金属总量和有效态含量及油菜、水稻各部位重金属含量进行测定,研究了常规平作、免耕冬水、垄作免耕和水旱轮作4种耕作方式对紫色水稻土中重金属元素迁移转化行为的影响及其机制。获得的主要结论如下：(1)耕作方式对表层土壤pH的影响较大而对下层的影响相对较小,2012年4月耕层土壤pH表现为常规平作>免耕冬水>水旱轮作>垄作免耕,2012年8月为常规平作>垄作免耕>免耕冬水>水旱轮作,而其余时间则表现为常规平作>免耕冬水>垄作免耕>水旱轮作,在油菜季和水稻季,免耕和水旱轮作均一定程度上导致了土壤酸化现象,以水旱轮作最为明显。各土层有机质含量均以水旱轮作最低,垄作免耕则使整个土层中有机质含量均有一定程度的提高。耕作方式对各土层土壤阳离子交换量的影响不明显。(2)4种耕作方式下,土壤总Fe含量无明显的剖面分布规律,Cu、Zn、Pb、Cd、总量均以表层最高,且随土层的加深逐渐降低。常规平作、水旱轮作和免耕冬水条件下土壤总Mn含量以20-40cm土层最高,垄作免耕条件下土壤总Mn含量则随土层的加深呈降低的趋势。在各土层中,不同耕作条件下土壤总Fe、总Cu、总Zn、总Pb、总Cd含量均无明显差异,在0-20cm和40-60cm土层中,土壤总Mn含量以垄作免耕最高,在20-40cm则以水旱轮作最高,垄作免耕对于降低水田表层土壤Mn向下层淋溶,避免耕层土壤Mn的匮乏有较明显的作用。(3)各耕作处理土壤有效Fe、Cu、Zn、Pb和Cd含量随土层加深而降低,常规平作和免耕条件下有效Mn含量随土层加深而升高,水旱轮作条件下随土层加深而降低,垄作免耕条件下在油菜季节表层高下层低,在水稻季节下层高而表层低。耕作方式对土壤重金属有效态含量的影响随土层的加深而减弱,且随季节的变化而异。在0-20cm耕层土壤,水旱轮作和垄作免耕使油菜季节Fe、Mn有效量提高,常规平作和免耕冬水均使Fe、Mn有效量显著降低,垄作免耕使Zn有效量提高,常规平作使Cd有效量提高,水旱轮作使Zn、Cd有效量显著降低,Cu、Pb有效量受耕作方式影响较小。在水稻季节,水旱轮作使Fe、Mn的有效量显著提高,同时使表层Zn、Pb和Cd的有效量显著降低,而常规平作条件下Fe、Mn活性较低,Zn、Pb、Cd活性较高,Cu有效态含量受耕作方式的影响很小。油菜季节水旱轮作条件下土壤有效Pb、Cd含量,垄作免耕条件下Fe、Mn、Zn、Pb、Cd有效量明显高于水稻季节。相关分析结果表明,土壤有效Fe、有效Mn含量与pH呈显著负相关关系,有效Zn、有效Pb、有效Cd含量与有机质呈显著正相关关系,而有效Cu含量与土壤理化性质无明显的相关关系。(4)与水旱轮作相比,2012年垄作免耕条件下油菜茎秆Fe、Mn、Zn、Pb、Cd含量,荚壳和籽粒Mn、Zn含量有一定提高,相关分析结果表明,油菜茎秆Fe含量与有机质呈显著的正相关关系,油菜各部位Mn含量与有效Mn均呈显著的正相关关系,茎秆Zn含量与有效Zn和总Zn呈显著正相关关系,荚壳、籽粒Zn含量与有机质、有效Zn、总Zn均呈显著正相关关系,籽粒Cd含量与有效Cd呈显著正相关关系。2013年,垄作免耕条件下油菜茎秆Fe、Mn、Pb、Cd含量,荚壳Mn含量明显高于水旱轮作,油菜茎秆Fe含量与有机质呈显著正相关关系,茎秆和荚壳Mn含量与有效Mn均呈显著正相关关系,茎秆Zn含量与有效Zn呈极显著正相关关系,荚壳Zn含量与总Zn呈显著正相关关系,茎秆Cd含量与有机质呈显著正相关关系。耕作方式对土壤有机质和重金属有效量的影响是影响油菜对重金属吸收的重要因素。(5)耕作方式对2012年和2013年水稻吸收重金属的影响比较相似,水旱轮作、垄作免耕条件下水稻根部Fe、Mn含量,茎叶Fe、Mn、Cu、Cd含量,糙米Cu含量均高于常规平作和免耕冬水,水旱轮作能明显降低Cd向糙米的迁移系数,对降低糙米Cd含量有明显的效果。2012年,水稻根部]Fe、Mn、Cd含量,茎叶Mn、Cu、Zn含量,糙米Cu含量均与pH呈显著负相关关系,茎叶Fe含量、根Mn含量与有机质呈显著负相关关系,根、茎叶Fe含量,根、茎叶Mn含量,根Zn含量,糙米Cd含量分别于土壤有效Fe、有效Mn、有效Zn、有效Cd呈显著正相关关系。2013年,水稻根、茎叶Fe含量均与pH呈显著负相关关系,与有效Fe呈显著正相关关系,根、茎叶Mn含量与pH呈显著负相关关系,与有效Mn呈显著正相关关系,糙米Cu含量均与pH呈显著负相关关系,糙米Cd含量与有效Cd呈显著正相关关系。土壤pH、重金属有效量的变化是耕作方式影响水稻对重金属吸收的最主要因素。
【作者】常同举；
【导师】赵秀兰；
【作者基本信息】西南大学，环境科学，2014，硕士
【关键词】耕作方式；垄作免耕；水旱轮作；重金属；水稻；

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