生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對Cd污染土壤修復(fù)效應(yīng)及機理研究.pdf

1、Cd在土壤系統(tǒng)中的污染過程具有隱蔽性、潛伏性、積累性和長期性，能通過食物鏈進入生物體，長期積累，從而危及人體健康。隨著我國大規(guī)模的工業(yè)城市化進程，工業(yè)“三廢”、污水灌溉、固體廢棄物堆積、大氣沉降以及農(nóng)藥和肥料的施用，我國農(nóng)田Cd污染日益嚴重，菜地土壤Cd污染情況也不容樂觀。我國農(nóng)田土壤大多為中輕度污染的面源污染土壤。目前國內(nèi)外常見的修復(fù)方法有物理工程修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和農(nóng)業(yè)修復(fù)。在眾多修復(fù)方法中，原位鈍化修復(fù)技術(shù)成本低廉、操作方便

2、、效果快速，在對污染土壤的治理中得到廣泛應(yīng)用，尤其對耕作土壤輕中度的面源污染的治理。生物炭具有很大的比表面積、表面能和結(jié)合重金屬離子的作用，因此能夠較好地去除和鈍化土壤中的重金屬。由無機-有機鈍化劑混合制成的土壤調(diào)理劑，可以降低土壤中重金屬的有效性。本研究以生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑為修復(fù)材料，通過吸附試驗、土培試驗和大田試驗，分析生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑的吸附特性和對對小白菜的生長生理特性、Cd的積累及化學(xué)形態(tài)的影響，以及對土壤Cd形態(tài)及含量的

3、影響。探討生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對Cd污染土壤的作用機制以及其對小白菜累積Cd的影響機制，找到生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑修復(fù)土壤的適宜添加量，以期為生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑修復(fù)Cd污染土壤的應(yīng)用和蔬菜 Cd污染的合理防治提供理論依據(jù)。主要結(jié)果如下：
　?。?）從生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑的的比表面積與吸附前后的FE-SEM的掃描電鏡和能譜分析可以知道，生物質(zhì)炭表面光滑，炭層結(jié)構(gòu)致密，有很多孔隙，且孔洞分布不均。土壤調(diào)理劑表面粗糙，形狀極不規(guī)則，疏松

4、多孔結(jié)構(gòu)較多。兩者吸附前后Cd元素質(zhì)量百分含量明顯增加，其他元素均有相應(yīng)變化。生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對Cd2+的吸附特性試驗表明，生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對Cd2+的吸附量隨平衡液Cd2+濃度的升高而增大，其吸附曲線能用Langmuir等溫線較好地擬合。生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑具有很大的吸附能力，吸附效率較高，能在短時間內(nèi)達到平衡，其對Cd2+的吸附符合二級動力學(xué)模型。溶液pH對生物炭和土壤調(diào)理劑吸附Cd2+有較大的影響，在pH2~9范圍時，生物

5、炭和土壤調(diào)理劑對Cd2+的吸附量隨pH的增大而上升在pH>7時趨于平衡，其中在pH5~7范圍時，生物炭對Cd2+的吸附效果較好。
　　（2）土培試驗中，生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑及其復(fù)合配施處理均提高了小白菜地上部、根系和植株總干質(zhì)量，小白菜的地上部、根系和總干重均隨調(diào)理劑和生物質(zhì)炭施加量的增加呈增長趨勢。大多數(shù)情況下，施入土壤調(diào)理劑和生物質(zhì)炭及其復(fù)合配施，小白菜葉綠素A、葉綠素B、葉綠素總量和類胡蘿卜素的含量均顯著提高。施加生物質(zhì)炭和

6、土壤調(diào)理劑均能使葉片CAT、SOD、POD活性和MDA含量都顯著下降，并能提高小白菜還原糖百分含量、游離氨基酸含量和維生素 C含量，降低了小白菜可食部位的硝酸鹽含量，改善了小白菜的營養(yǎng)品質(zhì)。
　　（3）Cd在土培試驗小白菜葉片中主要以氯化鈉提取態(tài)（FNaCl）和醋酸提取態(tài)（FHAc）存在。向Cd污染土壤上施加不同濃度的生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑均能顯著降低葉片中FE、FW、FNaCl、FHAc、FHCl和FR各形態(tài)的Cd含量和Cd總提取

7、量，降幅分別為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主要積累在小白菜的根部。施加生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑及其復(fù)配后，小白菜植株各部位Cd含量以及植株Cd總積累量均有所下降。綜合考慮 Cd含量和 Cd積累量，生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑降低了小白菜地上部 Cd含量和Cd積累量以及植株總Cd積累量的作用以生物質(zhì)炭>土壤調(diào)理劑。<

8、br>　　（4）土培試驗土壤中 Cd形態(tài)大小順序為可交換態(tài)(EXC-Cd)＞碳酸鹽態(tài)(CAB-Cd)＞殘留態(tài)(RES-Cd)＞鐵錳氧化態(tài)(FeMn-Cd)＞有機態(tài)(OM-Cd)。向 Cd污染土壤中施加生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑，土壤中可交換態(tài)Cd（EXC-Cd）含量隨施加量的增加而降低，而CAB-Cd、FeMn-Cd和OM-Cd則顯著增加。生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑及其復(fù)配處理顯著降低了土壤中Cd形態(tài)的總提取量，降幅均在5%左右。兩種鈍化劑復(fù)合配施

9、比單施低濃度量（0.5%~2%）的生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑的改良效果好。
　?。?）大田試驗中，Cd污染土壤上，施加不同濃度的生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑及其復(fù)合配施不同程度地降低了小白菜地上部和根系的Cd含量，其降低幅度分別為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處理和T/C2:1處理有所增加外，施加土壤調(diào)理劑和生物質(zhì)炭均能不同程

10、度降低了小白菜地上部Cd積累量，且均隨施加量的增加而降低。綜合考慮Cd含量和Cd積累量，降低小白菜各部位和植株總Cd積累量的效果以生物質(zhì)炭>土壤調(diào)理劑。
　?。?）在礦區(qū)農(nóng)田土壤中 Cd形態(tài)大小順序為可交換態(tài)(EXC-Cd)＞殘留態(tài)(RES-Cd)＞碳酸鹽態(tài)(CAB-Cd)＞鐵錳氧化態(tài)(FeMn-Cd)＞有機態(tài)(OM-Cd)，其中可交換態(tài)(EXC-Cd)和殘留態(tài)(RES-Cd)的Cd含量分別為1.565~2.953 mg·kg-1

11、和1.118~1.425 mg·kg-1，分別占Cd總提取量29.0%~49.4%和18.7%~26.4%。生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑及其復(fù)配顯著降低了土壤中Cd總提取量和可交換態(tài)Cd(EXC-Cd)含量，生物質(zhì)炭的改良效果明顯高于土壤調(diào)理劑；兩種鈍化劑混合配施以T/C1:2處理效果較單施低濃度（0.5和1%）的生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑效果更好。
　?。?）相關(guān)性分析中，小白菜地上部Cd含量與根系Cd含量的相關(guān)性達到極顯著正相關(guān)水平(P<0