生物质炭和土壤调理剂对Cd污染土壤修复效应及机理研究

发布时间：2017-09-06 11:25

  本文关键词：生物质炭和土壤调理剂对Cd污染土壤修复效应及机理研究

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【摘要】：Cd在土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、潜伏性、积累性和长期性,能通过食物链进入生物体,长期积累,从而危及人体健康。随着我国大规模的工业城市化进程,工业“三废”、污水灌溉、固体废弃物堆积、大气沉降以及农药和肥料的施用,我国农田Cd污染日益严重,菜地土壤Cd污染情况也不容乐观。我国农田土壤大多为中轻度污染的面源污染土壤。目前国内外常见的修复方法有物理工程修复、化学修复、生物修复和农业修复。在众多修复方法中,原位钝化修复技术成本低廉、操作方便、效果快速,在对污染土壤的治理中得到广泛应用,尤其对耕作土壤轻中度的面源污染的治理。生物炭具有很大的比表面积、表面能和结合重金属离子的作用,因此能够较好地去除和钝化土壤中的重金属。由无机-有机钝化剂混合制成的土壤调理剂,可以降低土壤中重金属的有效性。本研究以生物质炭和土壤调理剂为修复材料,通过吸附试验、土培试验和大田试验,分析生物质炭和土壤调理剂的吸附特性和对对小白菜的生长生理特性、Cd的积累及化学形态的影响,以及对土壤Cd形态及含量的影响。探讨生物质炭和土壤调理剂对Cd污染土壤的作用机制以及其对小白菜累积Cd的影响机制,找到生物质炭和土壤调理剂修复土壤的适宜添加量,以期为生物质炭和土壤调理剂修复Cd污染土壤的应用和蔬菜Cd污染的合理防治提供理论依据。主要结果如下:(1)从生物质炭和土壤调理剂的的比表面积与吸附前后的FE-SEM的扫描电镜和能谱分析可以知道,生物质炭表面光滑,炭层结构致密,有很多孔隙,且孔洞分布不均。土壤调理剂表面粗糙,形状极不规则,疏松多孔结构较多。两者吸附前后Cd元素质量百分含量明显增加,其他元素均有相应变化。生物质炭和土壤调理剂对Cd~（2+）的吸附特性试验表明,生物质炭和土壤调理剂对Cd~（2+）的吸附量随平衡液Cd~（2+）浓度的升高而增大,其吸附曲线能用Langmuir等温线较好地拟合。生物质炭和土壤调理剂具有很大的吸附能力,吸附效率较高,能在短时间内达到平衡,其对Cd~（2+）的吸附符合二级动力学模型。溶液p H对生物炭和土壤调理剂吸附Cd~（2+）有较大的影响,在p H2~9范围时,生物炭和土壤调理剂对Cd~（2+）的吸附量随p H的增大而上升在p H7时趋于平衡,其中在p H5~7范围时,生物炭对Cd~（2+）的吸附效果较好。(2)土培试验中,生物质炭和土壤调理剂及其复合配施处理均提高了小白菜地上部、根系和植株总干质量,小白菜的地上部、根系和总干重均随调理剂和生物质炭施加量的增加呈增长趋势。大多数情况下,施入土壤调理剂和生物质炭及其复合配施,小白菜叶绿素A、叶绿素B、叶绿素总量和类胡萝卜素的含量均显著提高。施加生物质炭和土壤调理剂均能使叶片CAT、SOD、POD活性和MDA含量都显著下降,并能提高小白菜还原糖百分含量、游离氨基酸含量和维生素C含量,降低了小白菜可食部位的硝酸盐含量,改善了小白菜的营养品质。(3)Cd在土培试验小白菜叶片中主要以氯化钠提取态(FNa Cl)和醋酸提取态(FHAc)存在。向Cd污染土壤上施加不同浓度的生物质炭和土壤调理剂均能显著降低叶片中FE、FW、FNa Cl、FHAc、FHCl和FR各形态的Cd含量和Cd总提取量,降幅分别为12.9%~58.9%,13.0%58.2%,6.6%~50.7%,16.3%~41.4%,13.3%~47.5%,7.7%39.1%和11.9%~48.0%。Cd主要积累在小白菜的根部。施加生物质炭和土壤调理剂及其复配后,小白菜植株各部位Cd含量以及植株Cd总积累量均有所下降。综合考虑Cd含量和Cd积累量,生物质炭和土壤调理剂降低了小白菜地上部Cd含量和Cd积累量以及植株总Cd积累量的作用以生物质炭土壤调理剂。(4)土培试验土壤中Cd形态大小顺序为可交换态(EXC-Cd)碳酸盐态(CAB-Cd)残留态(RES-Cd)铁锰氧化态(Fe Mn-Cd)有机态(OM-Cd)。向Cd污染土壤中施加生物质炭和土壤调理剂,土壤中可交换态Cd(EXC-Cd)含量随施加量的增加而降低,而CAB-Cd、Fe Mn-Cd和OM-Cd则显著增加。生物质炭和土壤调理剂及其复配处理显著降低了土壤中Cd形态的总提取量,降幅均在5%左右。两种钝化剂复合配施比单施低浓度量(0.5%~2%)的生物质炭和土壤调理剂的改良效果好。(5)大田试验中,Cd污染土壤上,施加不同浓度的生物质炭和土壤调理剂及其复合配施不同程度地降低了小白菜地上部和根系的Cd含量,其降低幅度分别为24.3%~52.2%和15.5%~34.3%,18.5%~40.9%和18.1%~28.5%,31.2%~41.5%和26.9%~33.2%。除T1处理和T/C 2:1处理有所增加外,施加土壤调理剂和生物质炭均能不同程度降低了小白菜地上部Cd积累量,且均随施加量的增加而降低。综合考虑Cd含量和Cd积累量,降低小白菜各部位和植株总Cd积累量的效果以生物质炭土壤调理剂。(6)在矿区农田土壤中Cd形态大小顺序为可交换态(EXC-Cd)残留态(RES-Cd)碳酸盐态(CAB-Cd)铁锰氧化态(Fe Mn-Cd)有机态(OM-Cd),其中可交换态(EXC-Cd)和残留态(RES-Cd)的Cd含量分别为1.565~2.953 mg·kg-1和1.118~1.425 mg·kg-1,分别占Cd总提取量29.0%~49.4%和18.7%~26.4%。生物质炭和土壤调理剂及其复配显著降低了土壤中Cd总提取量和可交换态Cd(EXC-Cd)含量,生物质炭的改良效果明显高于土壤调理剂;两种钝化剂混合配施以T/C 1:2处理效果较单施低浓度(0.5和1%)的生物质炭和土壤调理剂效果更好。(7)相关性分析中,小白菜地上部Cd含量与根系Cd含量的相关性达到极显著正相关水平(P0.01)。小白菜地上部和根部个含量均与EXC-Cd极显著正相关(P0.01),与CAB-Cd、Fe Mn-Cd、OM-Cd和RES-Cd呈显著负相关(P0.01)。土壤中EXC-Cd含量与CAB-Cd、Fe Mn-Cd、OM-Cd和RES-Cd含量呈显著负相关。
【关键词】：生物质炭 土壤调理剂 吸附特性 Cd积累 Cd形态 小白菜
【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】：

• 中文摘要8-11
• Abstract11-14
• 第1章 文献综述14-28
• 1.1 我国农田菜地Cd污染现状14-15
• 1.2 土壤中Cd的来源15-16
• 1.2.1 工业污染15
• 1.2.2 农业污染源15-16
• 1.3 土壤Cd污染危害16-19
• 1.3.1 Cd对植物的影响16-19
• 1.3.2 Cd对人体和动物的危害19
• 1.4 土壤重金属污染修复方法19-20
• 1.5 原位钝化修复研究现状20-26
• 1.5.1 原位钝化剂种类20-24
• 1.5.2 原位钝化修复机制24-26
• 1.6 展望26-28
• 第2章 引言28-32
• 2.1 研究背景和意义28-29
• 2.2 研究内容29-30
• 2.1.1 吸附试验29
• 2.1.2 土培试验29-30
• 2.1.3 大田试验30
• 2.3 技术路线30-32
• 第3章 生物质炭和土壤调理剂对Cd的吸附特性32-42
• 3.1 材料与方法32-34
• 3.1.1 供试材料32
• 3.1.2 试验方法32-34
• 3.2 结果与分析34-39
• 3.2.1 生物质炭和土壤调理剂的表征34-36
• 3.2.2 生物质炭和土壤调理剂对Cd的吸附特性36-39
• 3.3 讨论39-40
• 3.4 小结40-42
• 第4章 生物质炭和土壤调理剂对小白菜吸收Cd的影响研究42-62
• 4.1 材料与方法42-45
• 4.1.1 供试材料42
• 4.1.2 试验设计与实施42-43
• 4.1.3 样品懫集和处理43
• 4.1.4 分析测试方法43-45
• 4.1.5 数据统计和分析45
• 4.2 生物质炭和土壤调理剂对小白菜生理生化的影响45-52
• 4.2.1 生物质炭和土壤调理剂对小白菜生物量的影响45-46
• 4.2.2 生物质炭和土壤调理剂对小白菜叶绿素的影响46-47
• 4.2.3 生物质炭和土壤调理剂对小白菜抗氧化酶系统的影响47-49
• 4.2.4 生物质炭和土壤调理剂对小白菜丙二醛（MDA）的影响49
• 4.2.5 生物质炭和土壤调理剂对小白菜品质的影响49-52
• 4.3 生物质炭和土壤调理剂对小白菜Cd含量和土壤中Cd形态的影响52-56
• 4.3.1 生物质炭和土壤调理剂对小白菜体内的Cd含量与Cd积累量的影响52-53
• 4.3.2 生物质炭和土壤调理剂对小白菜地上部Cd形态的影响53-54
• 4.3.3 生物质炭和土壤调理剂对土培试验土壤Cd形态的影响54-55
• 4.3.4 小白菜各部位Cd含量与土壤Cd形态的相关性55-56
• 4.4 讨论56-59
• 4.5 小结59-62
• 第5章 生物质炭和土壤调理剂对矿区Cd污染菜地修复效果62-72
• 5.1 材料与方法62-63
• 5.1.1 供试材料62
• 5.1.2 试验设计与实施62
• 5.1.3 分析测试方法62-63
• 5.2 结果与分析63-69
• 5.2.1 生物质炭和土壤调理剂对小白菜生物量的影响63-64
• 5.2.2 生物质炭和土壤调理剂对小白菜品质的影响64-66
• 5.2.3 生物质炭和土壤调理剂对小白菜体内Cd含量和Cd积累量的影响66-67
• 5.2.4 生物质炭和土壤调理剂对土壤p H的影响67-68
• 5.2.5 生物质炭和土壤调理剂对土壤Cd形态的影响68-69
• 5.2.6 大田试验中小白菜各部位Cd含量与土壤Cd形态的相关性69
• 5.3 讨论69-71
• 5.4 小结71-72
• 第6章 全文总结72-74
• 参考文献74-84
• 致谢84-86
• 论文发表及参研课题情况86

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1 郑喜s，

本文编号：802848