研究报告

  • 李义纯,李永涛,李林峰,唐明灯,王艳红,艾绍英.水稻土中铁-氮循环耦合体系影响镉活性机理研究[J].环境科学学报,2018,38(1):328-335

  • 水稻土中铁-氮循环耦合体系影响镉活性机理研究
  • Mechanisms of the iron-nitrogen coupled cycles controlling variations of cadmium activity in paddy soil
  • 基金项目:国家自然科学基金(No.41403104);广东省自然科学基金(No.2014A030313768,2015A030310221);广东省省属科研机构改革创新领域项目(No.2016B070701009);广东省应用型科技研发专项资金项目(No.2016B020240009);广州市产学研协同创新重大专项(No.2014Y2-00521)
  • 作者
  • 单位
  • 李义纯
  • 1. 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 广州 510640;2. 农业部南方植物营养与肥料重点实验室, 广州 510640;3. 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640
  • 李永涛
  • 华南农业大学资源环境学院, 广州 510642
  • 李林峰
  • 1. 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 广州 510640;2. 农业部南方植物营养与肥料重点实验室, 广州 510640;3. 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640
  • 唐明灯
  • 1. 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 广州 510640;2. 农业部南方植物营养与肥料重点实验室, 广州 510640;3. 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640
  • 王艳红
  • 1. 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 广州 510640;2. 农业部南方植物营养与肥料重点实验室, 广州 510640;3. 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640
  • 艾绍英
  • 1. 广东省农业科学院农业资源与环境研究所, 广州 510640;2. 农业部南方植物营养与肥料重点实验室, 广州 510640;3. 广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室, 广州 510640
  • 摘要:关于铁-氮循环耦合体系对镉(Cd)活性影响的研究目前尚鲜见报道.本文采用淹水培养试验,研究不同硝酸根(NO3-)、铵根(NH4+)处理条件下,南方典型Cd污染水稻土中铁氧化还原与氮形态转化耦合关系及其对Cd活性影响的机理.结果表明:随着培养时间延长,不同处理的pH值逐渐向7.0靠拢,Eh值由273~321 mV持续下降至118~132 mV,pe+pH值(e-活度的负对数值与H+活度的负对数值之和)从10.62~11.19持续下降至8.55~8.83,土-水体系处于中度还原条件;化学反硝化(Chemodenitrification)和NO3-依赖的厌氧铁氧化过程(Microbial NO3--dependent Fe oxidation,NDFO)生成无定形氢氧化铁(Fe(OH)3(amorp)),其对Cd2+专性吸附及与Cd2+共沉淀降低了有效态Cd浓度,加之pH值上升增大Cd2+在土壤固相表面的吸附量,导致水稻土中Cd活性下降;NH4+被Fe(OH)3(amorp)厌氧氧化(Anaerobic NH4+ oxidation coupled to Fe reduction,Feammox)会消耗H+而提高体系的pH值,在一定程度上会降低Cd活性,但其自身与Cd2+对土壤固相表面吸附位点的竞争,可能会更大程度地减少Cd2+在土壤固相表面的吸附量,而导致Cd活性提高.本研究成果可为丰富和拓展水稻土中Cd的生物地球化学理论,并为南方Cd污染农田修复及治理提供科学依据.
  • Abstract:So far the effect of the iron-nitrogen redox cycles on the cadmium (Cd) activity in paddy soils has been rarely investigate. In this study,an acidic paddy soil was collected from the tropical/subtropical region of southern China and the continuous anoxic incubation experiments were conducted to investigate coupled relationships between the iron redox processes and the nitrogen transformations and their effects on the Cd activity under a gradually reducing environment with nitrate (NO3-)/ammonium (NH4+) treatmentso. The results reveal that the soil-water systems reached the moderate reducing conditions as the pH increased to approximately 7.0,the Eh dropped successively from 273~321 mV to 118~132 mV,and correspondingly,the pe+pH decreased from 10.62~11.19 to 8.55~8.83 during incubation. The chemo-denification and the microbial NO3--dependent ferrous iron (Fe) oxidation (NDFO) could facilitate the formation of Fe(OH)3(amorp),which lead to specific adsorption and co-precipitation of Cd2+.The increasing pH enhanced affinity of Cd2+,leading to the lowered activity of Cd. The anaerobic NH4+ oxidation coupled to ferric iron (Fe) reduction (Feammox) could consume H+,which was expected to increase the net negative surface charges on soil solid surface and to decrease mobility of Cd2+. However,the competitive adsorption of NH4+ and Cd2+ on the binding site to greatly decreased the adsorption capacity of Cd2+ on soil solid surface,resulting in the higher Cd activity. These findings extend our knowledge of the biogeochemistry of Cd in paddy soils and provide a scientific basis for the remediation of Cd contaminated soils in southern China.

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