硅酸鈉對鎘污染水稻土鎘的吸附性能研究

近年來，許多研究表明，使用硅素不僅可以提高水稻產(chǎn)量，還可以減少重金屬水稻積累。施硅能夠降低鎘毒害誘導(dǎo)的過氧化物酶的活性,即緩解高濃度鎘對水稻的毒害作用。已有研究局限在硅對鎘污染土壤改良效果方面的研究,在盆栽條件下純硅對鎘污染土壤的修復(fù)、改良作用和影響因素,硅與外源鎘對水稻影響的主次效應(yīng)及交互效應(yīng)分析尚未見詳細(xì)報(bào)道。為此,本研究采用二元二次正交回歸組合的方法,通過盆栽試驗(yàn),研究土壤不同程度鎘污染條件下,硅對水稻生長及鎘在水稻中積累的影響,以期為施用硅素物質(zhì)修復(fù)和改良重金屬污染土壤提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1土壤理化性質(zhì)供試作物水稻(OryzasativaL.)品種為彎穗9741。供試土樣采自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)稻作試驗(yàn)田,所用土壤pH值為6.81,電導(dǎo)率為0.254×103μm-1,速效磷為93.01mg·kg-1,速效鉀為103.1mg·kg-1,速效氮為100.11mg·kg-1,有機(jī)質(zhì)為14.84g·kg-1,有效硅含量為188.39mg·kg-1;所用的硅為硅酸鈉,分析純試劑;外源鎘為硫酸鎘溶劑。1.2土壤有機(jī)溶劑的用量、保濕2007年5月至2008年3月,在沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)網(wǎng)室進(jìn)行盆栽試驗(yàn),試驗(yàn)設(shè)計(jì)為二元二次正交回歸組合設(shè)計(jì),試驗(yàn)5水平,共11個(gè)處理,每個(gè)處理重復(fù)3次,隨機(jī)排列。各處理對應(yīng)的編碼值、硅酸鈉、外源鎘的添加量見表1。每盆裝土3kg,同時(shí)每盆缽施入過磷酸鈣0.4g·kg-1;尿素0.326g·kg-1(70%基施,30%追施);硫酸鉀0.1g·kg-1。5月25日插秧,每盆3穴,每穴1株,10月1日收獲。整個(gè)生育期定量澆水,按常規(guī)管理。采用原子吸收分光光度法測定水稻糙米中鎘含量,DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,得出回歸方程并對回歸方程及系數(shù)的顯著性分析,Matlab繪制效應(yīng)曲面圖。2結(jié)果與分析2.1樣品中鎘添加量對水稻產(chǎn)量的影響從表2可以看出,處理1,3,7為高鎘處理,其水稻產(chǎn)量相對較低,其中外源鎘添加量為7.6mg·kg-1、硅酸鈉施入量為0.62g·kg-1時(shí),水稻產(chǎn)量最低,僅為28.13g;在土壤外源鎘添加量高的條件下,水稻產(chǎn)量相對較低,這表明鎘對水稻具有毒害作用,使其產(chǎn)量降低;處理5,6,9的外源鎘添加量相同,其產(chǎn)量分別為34.47g、33.23g和30.70g,表明在鎘濃度相同條件下,水稻產(chǎn)量隨硅酸鈉施用量的增加而增加。2.2u2004響應(yīng)面回歸模型的建立從表2可以看出,處理2的糙米中鎘含量為0.14mg·kg-1,其含量最低,硅酸鈉施用量和外源鎘添加量分別為2.23g·kg-1和2.4mg·kg-1;處理3水稻糙米中鎘含量最高,硅酸鈉施用量和外源鎘添加量分別為0.62g·kg-1和7.6mg·kg-1,表明不同硅酸鈉施用量和外源鎘添加量對糙米中鎘含量有一定影響。為進(jìn)一步探討水稻糙米中鎘含量與硅酸鈉施用量和外源鎘添加量間的交互關(guān)系,根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果,以糙米中鎘含量為目標(biāo)函數(shù)(y),以硅酸鈉用量水平編碼(x1)和外源鎘添加量水平編碼(x2)二因子為控制變量,得出編碼范圍內(nèi)的回歸方程:對兩回歸方程進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和失擬性檢驗(yàn),回歸方程F值為82.8589,回歸方程達(dá)極顯著水平,R2為0.9881,預(yù)測值與實(shí)測值之間的相關(guān)系數(shù)達(dá)極顯著水平,失擬檢驗(yàn)F值為6.8698不顯著,說明試驗(yàn)設(shè)計(jì)所選因素正確,回歸方程無失擬因素存在,回歸模型與實(shí)測值能較好地?cái)M合。經(jīng)回歸系數(shù)檢驗(yàn),回歸方程中b3、b4兩回歸系數(shù)不顯著,其他系數(shù)均顯著或極顯著。剔除不顯著項(xiàng),得簡化后的方程為:因方程(2)中的偏回歸系數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,所以回歸方程中回歸系數(shù)絕對值大小決定各因素的重要程度,由方程(2)可知,鎘改良劑硅酸鈉(x1)和外源鎘添加量(x2)兩個(gè)變量中,外源鎘添加量對糙米中鎘含量的影響程度大于改良劑硅酸鈉,即外源鎘添加量是影響水稻糙米中鎘含量的主要因素。2.3硅酸鈉用量對水稻糙米中鎘含量的影響分別將方程(2)中一因子固定為零水平,得到圖1和圖2為硅酸鈉用量(x1)和外源鎘添加量(x2)對水稻糙米中鎘含量的影響(因素水平編碼),結(jié)果表明,施用不同用量的硅酸鈉對水稻糙米中鎘含量的影響是不同的。水稻糙米中鎘含量隨硅酸鈉的施用量增大而逐漸減少,隨土壤中外源鎘添加量的增加,水稻糙米中鎘含量逐漸增加。2.4外源污染物對稻米中cd含量的影響從圖3可以看出,在本試驗(yàn)范圍內(nèi),當(dāng)土壤中重金屬Cd含量較低時(shí),水稻糙米中Cd含量也比較抵,隨硅酸鈉施加量的增加,水稻糙米中Cd含量降低的幅度不大。當(dāng)土壤中重金屬Cd含量較高時(shí),水稻糙米中Cd含量也比較高,隨硅酸鈉施加量的增加,糙米中Cd含量降低的幅度也比較大,但是糙米中Cd含量仍然高于外源的濃度在2mg·kg-1的土壤;對于污染程度更高的土壤,硅酸鈉應(yīng)與其他改良措施相配合,或采用其他改良措施。3硅酸鈉對水稻糙米中cd含量的影響試驗(yàn)結(jié)果表明:土壤污染程度越高,水稻產(chǎn)量越低;在污染程度相同的情況下,隨硅酸鈉施加量增加,水稻產(chǎn)量增加,說明硅酸鈉具有緩解水稻鎘毒害、促進(jìn)水稻產(chǎn)量增加的作用。在本試驗(yàn)處理范圍內(nèi),外源Cd的添加量,即污染程度是決定水稻糙米中Cd含量的主要因素;施用硅酸鈉能夠降低外源Cd污染土壤上水稻糙米中Cd含量。當(dāng)外源Cd添加量較低時(shí),水稻糙米中Cd含量低。隨硅酸鈉用量的增