硅酸钠对镉污染水稻土镉的吸附性能研究

硅酸钠对镉污染水稻土镉的吸附性能研究

近年来，许多研究表明，使用硅素不仅可以提高水稻产量，还可以减少重金属水稻积累。施硅能够降低镉毒害诱导的过氧化物酶的活性,即缓解高浓度镉对水稻的毒害作用。已有研究局限在硅对镉污染土壤改良效果方面的研究,在盆栽条件下纯硅对镉污染土壤的修复、改良作用和影响因素,硅与外源镉对水稻影响的主次效应及交互效应分析尚未见详细报道。为此,本研究采用二元二次正交回归组合的方法,通过盆栽试验,研究土壤不同程度镉污染条件下,硅对水稻生长及镉在水稻中积累的影响,以期为施用硅素物质修复和改良重金属污染土壤提供理论依据。1材料和方法1.1土壤理化性质供试作物水稻(OryzasativaL.)品种为弯穗9741。供试土样采自沈阳农业大学稻作试验田,所用土壤pH值为6.81,电导率为0.254×103μm-1,速效磷为93.01mg·kg-1,速效钾为103.1mg·kg-1,速效氮为100.11mg·kg-1,有机质为14.84g·kg-1,有效硅含量为188.39mg·kg-1;所用的硅为硅酸钠,分析纯试剂;外源镉为硫酸镉溶剂。1.2土壤有机溶剂的用量、保湿2007年5月至2008年3月,在沈阳农业大学网室进行盆栽试验,试验设计为二元二次正交回归组合设计,试验5水平,共11个处理,每个处理重复3次,随机排列。各处理对应的编码值、硅酸钠、外源镉的添加量见表1。每盆装土3kg,同时每盆钵施入过磷酸钙0.4g·kg-1;尿素0.326g·kg-1(70%基施,30%追施);硫酸钾0.1g·kg-1。5月25日插秧,每盆3穴,每穴1株,10月1日收获。整个生育期定量浇水,按常规管理。采用原子吸收分光光度法测定水稻糙米中镉含量,DPS数据处理系统进行数据分析,得出回归方程并对回归方程及系数的显著性分析,Matlab绘制效应曲面图。2结果与分析2.1样品中镉添加量对水稻产量的影响从表2可以看出,处理1,3,7为高镉处理,其水稻产量相对较低,其中外源镉添加量为7.6mg·kg-1、硅酸钠施入量为0.62g·kg-1时,水稻产量最低,仅为28.13g;在土壤外源镉添加量高的条件下,水稻产量相对较低,这表明镉对水稻具有毒害作用,使其产量降低;处理5,6,9的外源镉添加量相同,其产量分别为34.47g、33.23g和30.70g,表明在镉浓度相同条件下,水稻产量随硅酸钠施用量的增加而增加。2.2u2004响应面回归模型的建立从表2可以看出,处理2的糙米中镉含量为0.14mg·kg-1,其含量最低,硅酸钠施用量和外源镉添加量分别为2.23g·kg-1和2.4mg·kg-1;处理3水稻糙米中镉含量最高,硅酸钠施用量和外源镉添加量分别为0.62g·kg-1和7.6mg·kg-1,表明不同硅酸钠施用量和外源镉添加量对糙米中镉含量有一定影响。为进一步探讨水稻糙米中镉含量与硅酸钠施用量和外源镉添加量间的交互关系,根据试验结果,以糙米中镉含量为目标函数(y),以硅酸钠用量水平编码(x1)和外源镉添加量水平编码(x2)二因子为控制变量,得出编码范围内的回归方程:对两回归方程进行显著性检验和失拟性检验,回归方程F值为82.8589,回归方程达极显著水平,R2为0.9881,预测值与实测值之间的相关系数达极显著水平,失拟检验F值为6.8698不显著,说明试验设计所选因素正确,回归方程无失拟因素存在,回归模型与实测值能较好地拟合。经回归系数检验,回归方程中b3、b4两回归系数不显著,其他系数均显著或极显著。剔除不显著项,得简化后的方程为:因方程(2)中的偏回归系数已经标准化,所以回归方程中回归系数绝对值大小决定各因素的重要程度,由方程(2)可知,镉改良剂硅酸钠(x1)和外源镉添加量(x2)两个变量中,外源镉添加量对糙米中镉含量的影响程度大于改良剂硅酸钠,即外源镉添加量是影响水稻糙米中镉含量的主要因素。2.3硅酸钠用量对水稻糙米中镉含量的影响分别将方程(2)中一因子固定为零水平,得到图1和图2为硅酸钠用量(x1)和外源镉添加量(x2)对水稻糙米中镉含量的影响(因素水平编码),结果表明,施用不同用量的硅酸钠对水稻糙米中镉含量的影响是不同的。水稻糙米中镉含量随硅酸钠的施用量增大而逐渐减少,随土壤中外源镉添加量的增加,水稻糙米中镉含量逐渐增加。2.4外源污染物对稻米中cd含量的影响从图3可以看出,在本试验范围内,当土壤中重金属Cd含量较低时,水稻糙米中Cd含量也比较抵,随硅酸钠施加量的增加,水稻糙米中Cd含量降低的幅度不大。当土壤中重金属Cd含量较高时,水稻糙米中Cd含量也比较高,随硅酸钠施加量的增加,糙米中Cd含量降低的幅度也比较大,但是糙米中Cd含量仍然高于外源的浓度在2mg·kg-1的土壤;对于污染程度更高的土壤,硅酸钠应与其他改良措施相配合,或采用其他改良措施。3硅酸钠对水稻糙米中cd含量的影响试验结果表明:土壤污染程度越高,水稻产量越低;在污染程度相同的情况下,随硅酸钠施加量增加,水稻产量增加,说明硅酸钠具有缓解水稻镉毒害、促进水稻产量增加的作用。在本试验处理范围内,外源Cd的添加量,即污染程度是决定水稻糙米中Cd含量的主要因素;施用硅酸钠能够降低外源Cd污染土壤上水稻糙米中Cd含量。当外源Cd添加量较低时,水稻糙米中Cd含量低。随硅酸钠用量的增