纳米沸石对Cd污染土壤的修复效应及机理研究

发布时间：2017-10-23 21:33

  本文关键词：纳米沸石对Cd污染土壤的修复效应及机理研究

  更多相关文章： 纳米沸石 土壤Cd污染 Cd化学形态 Cd吸收 大白菜

【摘要】：我国土壤镉污染问题日趋严重,土壤镉污染修复越来越受到关注。原位化学固定修复主要通过固定土壤中的镉来降低镉的移动性和生物有效性,被认为是一种经济高效且易于实施的镉污染土壤修复技术,该技术的关键在于选择适合的修复剂。沸石作为土壤改良剂,具有较强的吸附性能和离子交换能力,在土壤Cd污染修复方面应用广泛。但普通沸石存在孔道易堵塞等缺陷,对重金属Cd2+的吸附和固定能力受到限制。纳米沸石由于其特有的结构使其具有巨大的比表面积和超强的吸附能力,在重金属Cd污染土壤修复方面具有良好的应用前景。而目前国内外对纳米沸石在镉污染土壤修复方面的研究较少,关于纳米沸石对土壤镉污染的修复机制、施用量与土壤镉修复效果和植物生长的关系更是尚未清楚。因此,本研究以纳米沸石(NZ)和普通沸石(OZ)为修复剂,通过室内培养试验分别研究了不同镉污染水平(1、5、10和15 mg·kg~(-1) Cd)和不同p H(4.0、5.0、6.0、7.0和8.0)条件下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg~(-1))的纳米沸石和普通沸石处理对土壤镉形态随培养时间(0、1、4、7、14、21和28d)的变化情况以及对土壤p H和阳离子交换量的影响,并通过土培试验进一步研究了土壤低镉(1 mg·kg~(-1)Cd)和高镉(5 mg·kg~(-1)Cd)污染条件下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg~(-1))纳米沸石和普通沸石对大白菜生长、Cd吸收及土壤Cd形态、p H和阳离子交换量的影响,并在镉污染菜园土壤上开展了纳米沸石和普通沸石施用量(0、750、1500和3000kg·亩~(-1))的大田修复应用研究。主要研究结果如下:(1)室内培养试验中,不同镉污染水平下,土壤镉在培养0~4天、7~21天和28天发生了形态的再分配,土壤镉形态以可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化态镉变化最明显。纳米沸石和普通沸石有效降低了土壤可交换态镉分配比例(FDC),增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机态和残渣态FDC。培养结束(28天)时,在1、5、10和15 mg·kg~(-1) Cd污染土壤中,施用纳米沸石和普通沸石使土壤可交换态镉FDC分别降低了12.8%~24.1%和12.1%~40.9%、20.0%~29.7%和8.0%~14.1%、18.4%~30.9%和4.2%~8.0%、13.3%~29.7%和4.4%~10.3%。随着沸石施用量的增加,土壤可交换态镉FDC降低幅度越大,降低效果以纳米沸石优于普通沸石。(2)不同p H处理对土壤镉形态分布存在不同影响。p H值为4.0~6.0的土壤中镉形态在培养0~1天和4~28天发生了再分配,土壤镉形态以可交换态、铁锰氧化态和残渣态变化较明显。在p H值为7.0和8.0的土壤中,土壤镉形态在培养0~4天、7~14天和21~28天发生了重新分配,土壤镉形态以可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态和残渣态的变化较明显。施用纳米沸石和普通沸石均有效降低了土壤可交换态镉分配比例,增加了碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机态和残渣态分配比例。培养结束(28天)时,p H为4.0、5.0、6.0、7.0和8.0的土壤中,施用纳米沸石和普通沸石使土壤可交换态镉FDC分别降低了27.7%~42.0%和6.3%~37.1%、8.7%~30.1%和6.1%~11.2%、28.2%~32.5%和2.4%~10.7%(除10 g·kg~(-1) OZ处理)、26.3%~35.0%和17.2%~28.9%、17.0%~30.6%和1.6%~18.8%,低p H(4.0)条件下,土壤可交换态镉FDC更高,但此时纳米沸石和普通沸石对可交换态镉的降低幅度也更大。(3)在不同镉污染水平下,施用纳米沸石和普通沸石明显提高了土壤p H值和土壤CEC,且随沸石施用量的增加而增加;不同p H条件下,施用纳米沸石和普通沸石也有效提高了土壤阳离子交换量,且随沸石施用量的增加而增加。土壤p H值和土壤CEC分别与土壤可交换态镉含量存在极显著的负相关关系(P0.01)。对比两种沸石,纳米沸石对土壤p H值和CEC的增加效果优于普通沸石。(4)土培试验中,随着纳米沸石和普通沸石用量的增加,大白菜地上部和根部镉含量不断降低。低镉(1 mg·kg~(-1) Cd)和高镉(5 mg·kg~(-1) Cd)污染条件下,与对照相比,施用纳米沸石分别使2个品种大白菜(?山东四号‘和?新晋菜三号‘)各部位镉含量降低了19.5%~82.4%和17.0%~68.7%。纳米沸石对大白菜镉含量的降低效果明显优于普通沸石,相同条件下,纳米沸石处理的大白菜各部位镉含量比普通沸石处理低10.5%~65.7%。普通沸石高施用量(20 g·kg~(-1))和纳米沸石中(10 g·kg~(-1))、高(20 g·kg~(-1))施用量处理也显著降低了大白菜镉积累量。对比2个品种,无论在低镉还是高镉条件下,?新晋菜三号‘各部位镉含量和镉积累量均明显高于?山东四号‘品种,?新晋菜三号‘品种对镉吸收富集能力更强。(5)外源镉污染(1和5 mg·kg~(-1) Cd)条件下,纳米沸石不同施用量和普通沸石中低施用量(≤10 g·kg~(-1))处理均不同程度的增加了大白菜生物量,但两种沸石施用量增至20 g·kg~(-1)时,?山东四号‘大白菜生物量呈降低趋势,而?新晋菜三号‘大白菜在高镉(5mg·kg~(-1) Cd)条件下,施用普通沸石和纳米沸石则分别以中量(10 g·kg~(-1))和高量(20 g·kg~(-1))处理对大白菜生物量的提高效果较明显。纳米沸石和普通沸石均以中低用量(≤10 g·kg~(-1))处理整体上提高了2个品种大白菜氨基酸、还原糖和Vc含量,但施用纳米沸石和普通沸石增加了大白菜硝酸盐含量。纳米沸石和普通沸石以中低施用量(≤10 g·kg~(-1))处理对大白菜生物量和品质提高效果较好。(6)大田试验中,施用纳米沸石和普通沸石均明显提高了大白菜产量,纳米沸石中施用量(1500 kg·亩~(-1))处理大白菜产量最高,为8133.2 kg·亩~(-1),普通沸石高施用量(3000 kg·亩~(-1))处理次之,为7924.3 kg·亩~(-1),但大白菜产量在普通沸石和纳米沸石处理间差异不显著(P0.05)。纳米沸石和普通沸石均以中低施用量(≤1500 kg·亩~(-1))处理提高了大白菜氨基酸、还原糖和Vc含量,对硝酸盐含量则无明显影响。与普通沸石相比,纳米沸石处理使大白菜氨基酸、还原糖和Vc含量分别提高了3.6%~20.8%、30.9%~50.7%(除了3000 kg·亩~(-1) NZ处理)和28.5%~55.3%。但纳米沸石处理硝酸盐含量也比普通沸石高。施用纳米沸石和普通沸石显著降低了土壤有效镉含量(19.1%~24.1%和11.1%~19.9%),从而明显降低了大白菜各部位镉含量(8.1%~37.4%和9.9%~25.4%),且降低幅度随着沸石施用量的增加而增加。中低施用量(≤1500 kg·亩~(-1))的纳米沸石处理的大白菜产量和品质比普通沸石处理更好。
【关键词】：纳米沸石 土壤Cd污染 Cd化学形态 Cd吸收 大白菜
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53
【目录】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 第1章 文献综述11-23
• 1.1 土壤Cd污染来源12-13
• 1.2 Cd对植物的影响13-14
• 1.3 土壤中Cd的化学形态及生物有效性14-15
• 1.4 土壤Cd污染修复方法及研究现状15-19
• 1.4.1 工程修复15
• 1.4.2 植物修复15-16
• 1.4.3 化学固定16-18
• 1.4.4 微生物修复18-19
• 1.5 纳米沸石在Cd污染土壤上的应用19-20
• 1.5.1 纳米沸石的基本性质19-20
• 1.5.2 国内外研究现状20
• 1.6 展望20-23
• 第2章 引言23-27
• 2.1 研究背景与意义23
• 2.2 研究内容23-25
• 2.3 技术路线25-27
• 第3章 不同Cd水平下纳米沸石施用量对土壤Cd形态变化的影响27-41
• 3.1 试验材料与方法27-29
• 3.1.1 试验材料27
• 3.1.2 试验方法27-28
• 3.1.3 样品分析28-29
• 3.1.4 数据处理与统计分析29
• 3.2 结果分析29-37
• 3.2.1 不同Cd浓度下土壤Cd形态变化29-34
• 3.2.2 不同Cd浓度下土壤pH值34-35
• 3.2.3 不同Cd浓度下土壤阳离子交换量（CEC）35-36
• 3.2.4 土壤pH值、土壤CEC与土壤Cd形态含量的相关性36-37
• 3.3 讨论37-39
• 3.4 本章小结39-41
• 第4章 不同pH条件下纳米沸石施用量对土壤Cd形态变化的影响41-53
• 4.1 试验材料与方法41-42
• 4.1.1 试验材料41
• 4.1.2 试验方法41-42
• 4.1.3 样品分析42
• 4.1.4 数据处理与统计分析42
• 4.2 结果分析42-50
• 4.2.1 不同pH条件下土壤Cd形态变化42-47
• 4.2.2 不同pH条件下土壤阳离子交换量（CEC）47-48
• 4.2.3 土壤pH值、土壤CEC与土壤Cd形态含量的相关性48-50
• 4.3 讨论50-51
• 4.4 本章小结51-53
• 第5章 纳米沸石施用量对土培大白菜生长、Cd吸收及土壤Cd形态的影响53-79
• 5.1 试验材料与方法53-55
• 5.1.1 试验材料53
• 5.1.2 试验方法53-54
• 5.1.3 样品分析54
• 5.1.4 数据处理与统计分析54-55
• 5.2 结果分析55-74
• 5.2.1 大白菜生物量55-56
• 5.2.2 大白菜品质56-59
• 5.2.3 大白菜光合特性59-62
• 5.2.4 大白菜抗氧化酶活性62-65
• 5.2.5 大白菜Cd含量及Cd积累量65-66
• 5.2.6 大白菜地上部位Cd形态含量66-68
• 5.2.7 土壤Cd形态含量68-70
• 5.2.8 土壤pH70-71
• 5.2.9 土壤CEC71-72
• 5.2.10 土壤pH和CEC与土壤Cd形态含量的相关性72-73
• 5.2.11 大白菜Cd含量与土壤Cd形态含量的相关性73-74
• 5.3 讨论74-77
• 5.4 本章小结77-79
• 第6章 纳米沸石施用量对大田大白菜产量、品质及Cd吸收的影响79-85
• 6.1 试验材料与方法79-80
• 6.1.1 试验材料79
• 6.1.2 试验方法79-80
• 6.1.3 样品分析80
• 6.1.4 数据处理与统计分析80
• 6.2 结果分析80-83
• 6.2.1 大白菜产量80
• 6.2.2 大白菜品质80-81
• 6.2.3 大白菜Cd含量和Cd积累量81-82
• 6.2.4 土壤全Cd及有效Cd含量82
• 6.2.5 沸石施用量、土壤有效Cd含量、大白菜Cd含量间的相关性82-83
• 6.3 讨论83-84
• 6.4 本章小结84-85
• 第7章 结论85-87
• 参考文献87-97
• 致谢97-99
• 论文发表及参研课题情况99

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1 郑喜s，

本文编号：1085496