麦秸腐解DOM结构对土壤Cd转化及植物富集的影响

The close relationship between soil dissolved organic matter (DOM) and the mobility, and bioavailability of cadmium (Cd) has been accepted at present. Nevertheless, the mechanism of effects of DOM, which is derived from straw degradation when straw is returned to the field, on transformation and bioavailability of Cd is not clear. In this study, we propose to use the typical soil polluted by Cd as study materials, and use advanced solid-state nuclear magnetic resonance (NMR) combined with the diffusive gradients in thin films (DGT) technique to investigate (1) the impact of straw degradation on the chemical structures of soil DOM by using 13C-labelled wheat straw, (2) the influence of straw degradation on the bioavailability of Cd in rice; and (3) the combing feature of DOM and Cd. Results from this study can be used to provide basic for safe agricultural products on Cd polluted farmland.

土壤溶解性有机物(DOM) 与镉（Cd）的移动性及生物有效性关系密切已被接受；然而在秸秆还田中，秸秆腐解DOM对土壤Cd形态转化及其生物有效性的影响机理尚未明确。本项目以我国典型Cd污染区土壤为研究对象，拟采用土壤培养试验结合植物盆栽的方法，借助高级固相核磁共振（NMR）和薄膜扩散梯度（DGT）技术，研究典型Cd污染土壤小麦秸秆(13C)还田后的土壤Cd形态变化，及土壤DOM中不同功能团的含量、结构变化，同时进行Cd生物有效性分析；阐明秸秆腐解对土壤DOM组分中有机碳结构及含量的影响机理；从分子水平上研究秸秆腐解DOM与土壤Cd的结合形式，揭示秸秆还田影响土壤Cd植物富集的生物地球化学机理，为Cd污染农田土壤上秸秆还田措施的可行性、生产安全的农产品提供科学依据。

土壤镉污染对生态系统、粮食安全及人体健康具有巨大的潜在危害，已成为当今全球共同关注的重大环境问题。我国秸秆资源丰富，通过秸秆还田降低污染土壤Cd危害，既适合我国国情也符合农业可持续发展的要求。但是秸秆对土壤镉有效性的影响还存在一定的争议，因此，有必要研究污染农田秸秆还田对镉有效性的影响及机理，从而为秸秆合理利用提供理论依据。.本报告选取铜陵有色金属矿区的农田土壤，开展了静态吸附、动力学吸附、土壤培养和盆栽模拟试验研究，以确定秸秆腐解DOM对污染土壤Cd生物有效性的影响机理。论文通过土壤培养试验，明确了脆性水稻秸秆与野生型水稻秸秆、小麦秸秆的腐解特征差异，揭示了不同腐解进程物质特征变化，确定了辐照水稻茎秆和叶片与野生型水稻相比更脆，收获时易破碎降解，更有利于水稻秸秆的自然还田；通过对小麦秸秆腐解DOM与纳米陶瓷材料吸附Cd的试验研究，揭示了纳米材料在腐解DOM影响下对Cd吸附变化的机理，明确了秸秆腐解DOM可以促进纳米陶瓷材料对溶液中Cd2+的吸附；通过对铜陵矿区主要农田土壤开展系统的培养试验，了解了不同秸秆腐解DOM对土壤Cd形态转化的影响规律；通过对水稻盆栽模拟试验研究，分析了秸秆腐解DOM对水稻镉亚细胞分布的影响，探索了秸秆还田对污染土壤Cd生物有效性的影响，初步总结了秸秆降低Cd生物有效性的机理。研究结果对寻求有效的控制土壤中Cd的环境行为的对策措施具有重要意义，为同类型金属矿山污染农田土壤上秸秆的处置提供了应用实例和理论依据，对于实现秸秆循环利用以及农产品安全生产等方面具有重要的理论研究意义和实际应用价值。