论文部分内容阅读
随着我国经济的快速发展,多种具有潜在毒性的重金属进入人类生存的环境,引起农用土壤重金属污染及其导致的土壤生产能力下降、农产品质量降低等问题备受关注。施用改良剂是修复重金属污染农用土壤的有效方法之一。含磷材料可用于稳定化土壤重金属,而纳米颗粒具有比表面积大、反应活性高、吸附性能强等优点,在环境修复中渐渐受到重视。粉煤灰、石灰、人造沸石等因其吸附性能好、来源范围广、材料价格低等优点也倍受研究者亲睐。本文将纳米羟基磷灰石(nano-HAP)等多种土壤改良剂应用于修复重金属污染农用土壤,研究改良剂对重金属复合污染农用土壤的稳定化效果,通过溶液吸附实验和室内培养实验,研究nano-HAP对土壤吸附解吸重金属离子的影响和污染土壤作物生长的影响。主要研究结论如下：1)以富阳重金属污染农用土壤为对象,该土壤Cd含量为6.025 mg/kg, Cd含量严重超标,同时也存在一定的Cu、Zn、Pb污染。本文采用nano-HAP、石灰、粉煤灰和人造沸石四种改良剂修复该污染土壤,结果显示,改良剂施加均能显著提高土壤pH值,影响程度大小为：粉煤灰>人造沸石>石灰>nano-HAP,且都能有效降低土壤水溶态和生物有效态Cu、Cd、Zn、Pb含量。其中,nano-HAP对治理Cd、Pb污染土壤的效果较好,施加量为5%时,Cd、Pb生物有效态含量分别可降低64.7%和94.8%。粉煤灰对治理Cu污染土壤的效果较好,施加量为5%时,Cu生物有效态含量可降低31.6%。石灰对治理Zn污染土壤的效果较好,施加量为5%时,Zn生物有效态含量可降低79.9%。改良剂的施加均能促进土壤中重金属形态由可交换态、碳酸盐结合态向铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态转变。从上述研究可知,由于富阳污染土壤主要为Cd污染土壤,因此与其他改良剂相比,nano-HAP更适用于改良该污染土壤。2)为深入研究nano-HAP对重金属的吸附机制,本文采用nano-HAP对具有不同理化性质的土壤进行重金属吸附-解吸实验。研究发现,土壤对重金属的吸附可用Langmuir方程描述,重金属在土壤中亲和力顺序为：Pb (Ⅱ)> Cu (Ⅱ) >Cd (Ⅱ)>Zn(Ⅱ)。安吉土(AS)的pH值、土壤有机质(OM)和阳离子交换量(CEC)均高于富阳土(FS)和华家池土(HS),因此具有更强的吸附性能,土壤本身重金属含量对重金属离子的吸附特性并无显著影响。nano-HAP的施加显著提高了土壤对重金属的吸附量和吸附亲和力,添加量为3%时,AS、FS、HS的KCu值分别提高0.4、0.1、3.0倍,KPb值分别提高2.5、3.4、13.7倍,KCd值分别提高3.1、1.4、3.4倍,KZn值分别提高0.6、1.8、5.6倍,nano-HAP对pH值、OM、CEC含量较低的土壤具有更显著的改良吸附作用。nano-HAP的施加同时也降低了重金属的解吸百分数。3)为考察污染nano-HAP的安全施用阈值以及施加nano-HAP后对叶菜类作物的影响,本文采用盆栽实验研究不同浓度nano-HAP施加下对白菜和空心菜生长特性的影响,结果表明,施加不同浓度nano-HAP均能有效减轻重金属毒害症状,促进白菜和空心菜生长,提高白菜和空心菜生物量、叶绿素含量和营养元素P、S、K素的吸收量,减少白菜和空心菜对重金属Cd、Cu、Zn、Pb的吸收,施加量为5%时,白菜和空心菜可食部分即地上部Cd含量从5.97 mg/kg和7.33mg/kg降至1.28 mg/kg和3.51 mg/kg,分别降低78.5%和52.1%。白菜对各重金属的吸收量均比空心菜低。同时,低浓度的nano-HAP能降低白菜和空心菜叶片中的MDA含量,提高SOD和POD含量,有效缓解重金属对植物的氧化胁迫,但高浓度的外加改良剂将对植物生理生化特性产生一定影响,nano-HAP对白菜和空心菜的最佳施加浓度分别为3%和1%。