利用氧化钙、粉煤灰、硫及硫化钠固化土壤重金属

发布时间：2020-06-27 07:38

【摘要】：重金属(HMs)污染土壤严重威胁到人类健康。多年来,人们将多种不同土壤改良剂施用于重金属污染土壤中进行短期培养试验来评估其对重金属的固化/稳定化效果。然而,环境工作者逐渐意识到,针对生态工程实践,需要通过延长重金属固化的培养时间来评估不同土壤改良剂对重金属的的长期固化/稳定化效果。因此,本研究的目的是用氧化钙、粉煤灰、硫及硫化钠这四种土壤改良剂来固化三种不同区域污染土壤的重金属(Cd、Cu和Pb),通过一年期培养试验对上述改良剂的固化效果和老化因子进行评价,并结合种植小白菜(Brassica rapa chinensis)盆栽试验来评估经过钝化处理后土壤中Cd、Cu和Pb的生物有效性潜力。为此,将分别采自陕西凤县(褐土,粉砂壤土)、湖南郴州(黄壤,粉砂壤土)、云南昆明(砖红壤,砂质壤土)这三个研究地点的重金属污染土壤(分别标记为S1、S2、S3,下同),施加四种不同比例(T1、T2、T3和T4)的土壤改良剂进行固化;然后在室温下培养一年,并在第2、6、12个月采集土壤样品,分别测定土壤pH、EC,以及TCLP法可提取态Cd、Cu和Pb含量。此后,经过处理的土壤用于为期45天的盆栽试验,并测定土壤样品中的pH、EC和DTPA可提取态重金属含量,以及植物样品地上部分和地下部分的重金属总量、叶绿素含量和生物量。本研究结果概括如下:(1)高浓度的氧化钙和粉煤灰钙处理(T3和T4)对土壤中的Cd有明显固化效果,与S1和S3的对照处理相比,硫处理对土壤中Cd固化有一定效果。硫化钠处理对土壤(尤其是S3)中Cd有明显固化效果。(2)氧化钙处理后S2和S3中Cu的迁移性有所增加。与之相反,氧化钙处理后S3中Cu的固化效果较好。T1和T3处理浓度下的氧化钙处理显著降低了S3的Cu含量。粉煤灰处理也明显减少了整个培养期土壤中的Cu含量,特别是在S3,其次是S1和S2。硫磺处理对Cu固化也有明显效果,除在S2土壤的T3和T4处理中Cu含量与对照组比较略微升高。硫化钠处理在整个培养期也明显降低了铜的含量;四个不同浓度的硫化钠处理都表现出同样明显的固化效果。(3)氧化钙处理在S2土壤的T3、T4处理和S3土壤的T1、T2处理中对Pb固化效果尤为明显且变化趋势类似。对S1土壤,不论何种施用比例,氧化钙处理对Pb表现出稳定的固化效果。粉煤灰处理在固化两个月内对Pb仍有固化效果,但两个月后Pb的迁移性逐渐增加。硫处理在S1和S3土壤中被证明能有效减少铅含量,但在S2土壤的T3和T4处理中,Pb的迁移性增加。与对照组比较,硫化钠处理对铅也有显著的固化效果;其中S1和S3土壤中的T3和T4处理效果更稳定更明显,S3土壤的T1和T2处理次之。(4)盆栽试验结果显示,与对照相比,除了硫处理的S1土壤中Cd含量略微升高外,其它处理土壤中DTPA可提取态Cd含量显著降低。此外,土壤中Cu的变化趋势不同,S1和S2土壤中Cu含量略微增加;然而,S3土壤中的Cu明显被固化。同样的,土壤(尤其是S3)中的Pb能被所有改良剂有效固化。总之,Cd、Cu和Pb在土壤系统中的溶解度会因土壤p H和其它因子的变化而更大程度地增加,更利于小白菜的根和茎对重金属的吸收。与对照相比,氧化钙处理和粉煤灰处理对S1的地上部分Cd摄取量有明显提高,S2和S3次之。S3的硫化钠处理也能提高地上部分Cd摄取量。同时,所有土壤改良剂对所有土壤的处理地上部分Cu摄取量明显提高,而对Pb摄取量仅略有增加。与地上部分相比,小白菜的地下部分重金属的摄取量具有较大潜力。氧化钙和粉煤灰处理对小白菜地下部分Cd的摄取量有明显增强,而对Cu的摄入量较少甚至很少,对Pb的摄入量仍较大。硫处理明显降低了土壤pH(除S1外),因此小白菜很难在硫处理的S2和S3土壤中生长。研究结果表明,为达到更好的固化效果,硫可用于碱性土重金属固化修复,但不适用于酸性土壤。为了对氧化钙、粉煤灰和硫化钠处理后土壤Cd、Cu和Pb的植物有效性进行更广泛的植物甄别,建议在今后的研究中要研究更多的非食用超富集植物或普通植物。通过对能源作物而非可食用作物进行植物提取试验,可以控制碱性改良剂施用的生态风险。总之,本研究结果将有助于土壤科学家在面对世界各地污染土壤的修复实践中,以蔬菜作物中Cd、Cu、Pb的植物甄别为目的,更有效地对碱性改良剂的施用过程进行决策。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X53

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