【摘 要】
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土壤-水稻系统中的重金属累积是一个重要的环境问题。对人为污染的土壤研究已有相当多的关注,但地质成因的重金属污染研究相对缺乏。全国土壤污染状况调查公报显示我国西南岩溶区土壤中金属元素通常超标严重,其重金属富集与地质作用有关。目前岩溶地质高背景区农田土壤重金属的富集特征以及高背景形成机制,污染生态风险,重金属生物有效性和迁移过程尚不清楚。全球碳酸盐岩的分布面积占据了 12%的陆地面积,我国是世界上岩溶
【基金项目】
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“广西典型土壤重金属生态地球化学调查”; “广西土壤Se Ge Cd等元素异常成因与生态效应研究”; 国家重点研发计划项目“农田地质高背景重金属污染机理研究”（2017YFD0800303）
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土壤-水稻系统中的重金属累积是一个重要的环境问题。对人为污染的土壤研究已有相当多的关注,但地质成因的重金属污染研究相对缺乏。全国土壤污染状况调查公报显示我国西南岩溶区土壤中金属元素通常超标严重,其重金属富集与地质作用有关。目前岩溶地质高背景区农田土壤重金属的富集特征以及高背景形成机制,污染生态风险,重金属生物有效性和迁移过程尚不清楚。全球碳酸盐岩的分布面积占据了 12%的陆地面积,我国是世界上岩溶面积最大的国家,通过研究广西典型岩溶区土壤-水稻系统中镉的生态地球化学特征,可以为该类地质高背景土壤重金属污染的生态风险进行评估,为土壤镉污染的治理提供理论基础和前提。本文以广西典型岩溶地质高背景地区的稻田土壤及水稻为研究对象,分析其金属元素As、Cd、Cr、Cu、Ni、Pb和Zn含量,探讨了土壤重金属含量富集特征及其控制因素,分析了土壤中重金属的来源和土壤碳酸盐矿物与重金属富集的关系,以及土壤-水稻系统中重金属的迁移规律。并采用CaCl2和EDTA（乙二胺四乙酸）两种提取方法分析土壤中金属的生物有效态含量以评估岩溶地质高背景土壤的生态风险及其与人为污染土壤的差别。论文获得如下结论:（1）广西典型岩溶区土壤中不同重金属的富集（土壤/上部地壳）顺序为Cd>Pb>As>Zn>Cr>Cu>Ni。土壤重金属的富集具有显著的母岩（碳酸盐岩）继承性,碳酸盐岩在形成时存在初始的Cd富集。土壤Cd含量与CaO、TFe2O3,Corg含量和pH呈显著正相关（p<0.01）,与土壤K2O,Na2O和SiO2含量呈显著负相关（p<0.01）。根据土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（GB15618-2018）,研究区Cd超标严重,高达57.2%。（2）土壤Cd含量与碳酸盐种类关系密切。δ 13C可指示原生和次生碳酸盐的比例,残坡积中以原生（碎屑支撑）碳酸盐为主,土壤中以次生碳酸盐为主。原生碳酸盐占比越低,次生碳酸盐占比越高,δ13C越偏负,土壤Cd越富集。（3）整株水稻的Cd含量相对根系土 Cd含量富集,水稻所吸收的Cd大部分（92%）被保存在非食用部分（根茎）中,小部分（8%）贮存在籽实中。Cd含量高的土壤对应的水稻籽实Cd含量不一定高;水稻Cd含量与土壤总Cd含量呈显著正相关（p<0.05）,Cd从土壤到水稻的迁移系数与土壤S和TFe2O3含量呈显著负相关（p<0.01）,Cd从水稻根到籽实的转运系数与土壤Zn含量呈显著正相关（p<0.01）,与土壤Corg和N含量呈显著负相关（p<0.01）。（4）岩溶区土壤Cd的氯化钙提取的平均含量为0.02mg·kg-1,远低于文献中人为污染（工矿业）区域土壤Cd的提取态含量。与人为污染区土壤Cd的氯化钙提取态含量与土壤Cd总量具有线性关系不同,岩溶区土壤Cd的氯化钙提取态含量与土壤Cd总量没有明显的线性关系,主要受pH控制。（5）土壤及有效态的Cd/Zn比值影响着水稻的镉含量。水稻中的Cd/Zn比值（0.02）介于土壤Cd/Zn比值（0.007）与有效态的Cd/Zn比值（0.1）之间,水稻Cd/Zn比值与土壤Cd/Zn比值和有效态Cd/Zn比值呈正相关（p<0.01）。通过降低土壤可利用态的Cd:Zn比值,可以降低植物吸收的Cd:Zn比,进而减少植物对Cd的吸收。
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