碳酸盐岩地区主要农事行为对高背景土壤重金属的活化机理研究

In the early research the soil without anthropogenic disturbing have high heavy metal elements background, but low activity on the carbonate distribution area Southwest of China. After land use changed by human, it is possible that these heavy metal elements would be activated, and these heavy metal elements explosion in agricultural products has been more serious. To research what is possible reasons to result in these phenomenon, some experiments was designed to test the heavy metal elements accumulation mechanism in primary soil by observing the change of heavy metal elements species, soil basic properties and adsorption and desorption under several levels of carbonate, humidity, and soil clay concentration. To reveal the relationship between activation process of heavy metal elements and agricultural behaviours, some simulation experiments on the cultivation, fertilization process of organic-inorganic materials will be conducted. To look for some optimized measures for fertilization, some heavy metal elements accumulation process will be observed under different fertilization pattern in green house and field. Through these researches results, it could be used to balance food safety and output.

早期研究显示，原生状态下贵州碳酸盐岩出露区域土壤重金属多处于“高背景，低活性”状态，诱发地方病的现象较少。在强烈的农业活动介入后，高库容的土壤重金属被“活化”现象突出，农产品重金属暴露严重。基于此，本项目拟通过室内模拟不同水平碳酸盐、含水量、粘粒对土壤基本属性的影响，及其与重金属存在形态和吸附-解吸过程的协变关系，探讨高背景土壤重金属的累积机理；同时，模拟土地开垦、不同类型化肥和有机肥的施用，以及水旱轮作等主要农事行为对重金属形态的影响，及其与原始土壤结构和性状的协变关系，揭示贵州碳酸盐岩地区土壤高背景重金属活化与主要农用行为的内在关联性；并选择具有代表性的几类农作物进行温室栽培和大田生产研究不同种类有机-无机肥的配比及施入过程对生物体重金属累积的影响，以探寻不同类型土壤最佳的肥料配比和施入方式，从而为提高农产品品质和食品安全，合理配制有机肥提供科学依据。

原生状态下贵州碳酸盐岩出露区域土壤重金属多处于“高背景，低活性” 状态。在强烈的农业活动介入后，土壤重金属被“活化”现象突出。本项目通过室内模拟实验和大田实验，明确了碳酸盐和粘粒对石灰土和黄壤重金属吸附-解吸的作用过程；详细探讨了开垦、轮作、有机-无机配比施肥等农事行为对土壤重金属的活化效应。结果表明：（1）随着土壤中碳酸钙含量的增加，重金属的吸附量增加，解吸量下降；随着土壤中粘粒含量的增加，黄壤和石灰土对重金属的吸附量都有所增加；黄壤和石灰土对重金属的吸附过程主要集中在前90分钟内；石灰土重金属平均吸附量大于黄壤重金属平均吸附量，黄壤重金属平均吸附速率大于石灰土重金属平均吸附速率；（2）随着开垦年限的增加，不同土层中pH、速效磷和全磷，心土层和底土层中土壤容重和有机质整体表现为升高；表土层中重金属Pb和Cr表现为缓慢升高，而重金属Cu、Zn和Cd表现为在开垦初期先升高后降低，之后再升高趋势；重金属有效态含量总体上呈先增加后降低趋势，说明开垦对重金属有一定的激活作用；表土层、心土层和底土层可交换态Cd均表现为开垦初期0-3a快速上升，3a之后降低然后再上升，开垦后土壤中Cd-EXC含量在不同土层均高于未开垦土壤。（3）油菜-水稻轮作过程中Cr、Cd、Pb、Zn残渣态所占比例减小，其余四种形态所占比例各自呈现不同状态的增大趋势，表明水稻-油菜轮作对Cr、Cd、Pb、Zn有激活作用。（4）大田试验有机无机肥的配施能显著增加可交换态Cd含量，25%尿素和75%牛粪配施时可交换态Cd含量最高，25%猪粪和75%尿素配施时交换态Cd含量增长率最大。盆栽试验25%尿素和75%牛粪配施时可交换态Cd含量和增长率都最高。结果表明有机-无机配比施肥对Cd有激活作用。碳酸盐和粘粒含量是重金属固持的重要因素，开垦、轮作、有机无机配比施肥对土壤重金属有不同程度的活化作用，对贵州碳酸盐岩地区农事行为有一定的指导作用。

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