【摘要】：近年來(lái),隨著工業(yè)化和城市化的迅猛發(fā)展,污泥的產(chǎn)生量在急劇增加,如何處置這些大量污泥成為人們高度關(guān)注的問(wèn)題。由于污泥含有促進(jìn)作物生長(zhǎng)發(fā)育的有機(jī)質(zhì)、氮、磷和鉀等養(yǎng)分,其農(nóng)業(yè)應(yīng)用被認(rèn)為是經(jīng)濟(jì)可行和環(huán)境可持續(xù)的方法。但除養(yǎng)分外,污泥所含重金屬可隨污泥施加進(jìn)入土壤,若在土壤和作物中積累到一定濃度,則會(huì)危害生態(tài)安全和人類健康。因此,研究重金屬在污泥農(nóng)用土壤中的積累、形態(tài)和植物有效性,對(duì)污泥的安全合理施用和農(nóng)田作物生長(zhǎng)都具有重要的指導(dǎo)意義。本研究以山東省德州市陵縣定位試驗(yàn)站的小麥-玉米輪作系統(tǒng)為研究樣地,選用北京市城市排水集團(tuán)的污泥為供試污泥,進(jìn)行為期10年的污泥連續(xù)農(nóng)用田間試驗(yàn),研究污泥農(nóng)用后土壤和作物中鋅(Zn)、銅(Cu)、鉻(Cr)、鎳(Ni)、鎘(Cd)、鉛(Pb)、砷(As)和汞(Hg)的含量變化及累積模型,并預(yù)測(cè)污泥的安全施用年限;采用連續(xù)浸提法對(duì)污泥農(nóng)用后土壤中Zn、Cu、Ni、Cd和Pb的形態(tài)分布進(jìn)行研究,并分析其主控因子。取得主要研究結(jié)果如下:首先,經(jīng)過(guò)10年的污泥連續(xù)施加,耕層(0~20 cm)土壤中Hg、Zn、Cu、Pb和Cd的含量與污泥施加量之間呈顯著正相關(guān)關(guān)系,每年每公頃增施1 t污泥,這五種重金屬的增加量分別為6.20、619、92.9、49.2和0.500μg?kg~(-1);而Ni、As和Cr的含量則無(wú)明顯變化。按照農(nóng)用泥質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)(CJ/T 309-2009),污泥施用量為7.5 t·ha~(-1)·year~(-1)的情況下,土壤中Hg含量達(dá)到土壤環(huán)境質(zhì)量(GB 15618-1995)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)之前,污泥可以安全施用18年,對(duì)Zn來(lái)說(shuō)為51年,對(duì)其他重金屬來(lái)說(shuō),時(shí)間更長(zhǎng)(Cu:112年;Cd:224年;Pb:902年)。因此,Hg是污泥農(nóng)用的優(yōu)先控制污染元素。污泥農(nóng)用對(duì)小麥和玉米籽粒及秸稈中重金屬含量的影響因重金屬種類的不同而存在一定差異。小麥籽粒中Zn和Ni的含量,玉米籽粒中Zn、Cu和Cr的含量,小麥秸稈中Zn、Cr和Ni的含量,玉米秸稈中Zn、Cu和As的含量隨污泥施加量的增加而線性增加;而小麥秸稈中Cu的含量和玉米秸稈中Cr的含量則具有相反的變化趨勢(shì),其余重金屬含量無(wú)明顯變化。雖然作物中有些重金屬含量隨污泥施加量及施加年限的增加出現(xiàn)積累現(xiàn)象,但其含量遠(yuǎn)低于國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762-2005)規(guī)定的限值。因此,對(duì)于德州小麥和玉米來(lái)說(shuō),污泥連續(xù)農(nóng)用10年不會(huì)造成農(nóng)產(chǎn)品的重金屬污染,作物籽�？梢园踩秤�,作物秸稈可以用作秸稈還田和其他用途。通過(guò)對(duì)重金屬在作物中的生物富集系數(shù)(BCF,Bioconcentration factor)的研究表明,重金屬在小麥和玉米籽粒中的平均BCF均小于0.4,且具有相似的富集順序(小麥籽粒:ZnCuCdHgNiCrPbAs;玉米籽粒:ZnCuCdHgCrNiPbAs);此外,小麥對(duì)重金屬的富集能力高于玉米,因此,在進(jìn)行污泥農(nóng)用試驗(yàn)時(shí),要更注意可能造成的小麥籽粒中的重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)。采用連續(xù)浸提方法對(duì)污泥連續(xù)施用8年后石灰性土壤中重金屬Zn、Cu、Ni、Cd和Pb的形態(tài)進(jìn)行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):土壤中Zn、Ni、Cd和Pb主要為殘?jiān)鼞B(tài)(61%~84%),其次為乙二胺四乙酸(EDTA)提取態(tài),而Cu主要為EDTA提取態(tài)(42%);污泥農(nóng)用提高了土壤中Zn、Cu和Cd的EDTA提取態(tài)、Zn和Cu的有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)和Cd的殘?jiān)鼞B(tài)比例,降低了Zn的殘?jiān)鼞B(tài)、Zn和Cu的晶體鐵鋁氧化物結(jié)合態(tài)、Cu的醋酸-醋酸鈉提取態(tài)和Cd的可交換態(tài)比例,而對(duì)土壤中Ni和Pb的形態(tài)分布無(wú)顯著影響。研究還發(fā)現(xiàn)土壤重金屬總量、pH值和有機(jī)質(zhì)含量是影響重金屬形態(tài)分布的主控因子。綜上所述,本研究可為污泥的資源化利用、農(nóng)用環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善提供可靠的理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2642502