本文關(guān)鍵詞：納米沸石對Cd污染土壤的修復(fù)效應(yīng)及機(jī)理研究

  更多相關(guān)文章： 納米沸石 土壤Cd污染 Cd化學(xué)形態(tài) Cd吸收 大白菜

【摘要】：我國土壤鎘污染問題日趨嚴(yán)重,土壤鎘污染修復(fù)越來越受到關(guān)注。原位化學(xué)固定修復(fù)主要通過固定土壤中的鎘來降低鎘的移動性和生物有效性,被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)高效且易于實(shí)施的鎘污染土壤修復(fù)技術(shù),該技術(shù)的關(guān)鍵在于選擇適合的修復(fù)劑。沸石作為土壤改良劑,具有較強(qiáng)的吸附性能和離子交換能力,在土壤Cd污染修復(fù)方面應(yīng)用廣泛。但普通沸石存在孔道易堵塞等缺陷,對重金屬Cd2+的吸附和固定能力受到限制。納米沸石由于其特有的結(jié)構(gòu)使其具有巨大的比表面積和超強(qiáng)的吸附能力,在重金屬Cd污染土壤修復(fù)方面具有良好的應(yīng)用前景。而目前國內(nèi)外對納米沸石在鎘污染土壤修復(fù)方面的研究較少,關(guān)于納米沸石對土壤鎘污染的修復(fù)機(jī)制、施用量與土壤鎘修復(fù)效果和植物生長的關(guān)系更是尚未清楚。因此,本研究以納米沸石(NZ)和普通沸石(OZ)為修復(fù)劑,通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)分別研究了不同鎘污染水平(1、5、10和15 mg·kg~(-1) Cd)和不同p H(4.0、5.0、6.0、7.0和8.0)條件下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg~(-1))的納米沸石和普通沸石處理對土壤鎘形態(tài)隨培養(yǎng)時間(0、1、4、7、14、21和28d)的變化情況以及對土壤p H和陽離子交換量的影響,并通過土培試驗(yàn)進(jìn)一步研究了土壤低鎘(1 mg·kg~(-1)Cd)和高鎘(5 mg·kg~(-1)Cd)污染條件下,不同施用量(0、5、10和20 g·kg~(-1))納米沸石和普通沸石對大白菜生長、Cd吸收及土壤Cd形態(tài)、p H和陽離子交換量的影響,并在鎘污染菜園土壤上開展了納米沸石和普通沸石施用量(0、750、1500和3000kg·畝~(-1))的大田修復(fù)應(yīng)用研究。主要研究結(jié)果如下:(1)室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)中,不同鎘污染水平下,土壤鎘在培養(yǎng)0~4天、7~21天和28天發(fā)生了形態(tài)的再分配,土壤鎘形態(tài)以可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化態(tài)鎘變化最明顯。納米沸石和普通沸石有效降低了土壤可交換態(tài)鎘分配比例(FDC),增加了碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)FDC。培養(yǎng)結(jié)束(28天)時,在1、5、10和15 mg·kg~(-1) Cd污染土壤中,施用納米沸石和普通沸石使土壤可交換態(tài)鎘FDC分別降低了12.8%~24.1%和12.1%~40.9%、20.0%~29.7%和8.0%~14.1%、18.4%~30.9%和4.2%~8.0%、13.3%~29.7%和4.4%~10.3%。隨著沸石施用量的增加,土壤可交換態(tài)鎘FDC降低幅度越大,降低效果以納米沸石優(yōu)于普通沸石。(2)不同p H處理對土壤鎘形態(tài)分布存在不同影響。p H值為4.0~6.0的土壤中鎘形態(tài)在培養(yǎng)0~1天和4~28天發(fā)生了再分配,土壤鎘形態(tài)以可交換態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)變化較明顯。在p H值為7.0和8.0的土壤中,土壤鎘形態(tài)在培養(yǎng)0~4天、7~14天和21~28天發(fā)生了重新分配,土壤鎘形態(tài)以可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的變化較明顯。施用納米沸石和普通沸石均有效降低了土壤可交換態(tài)鎘分配比例,增加了碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)分配比例。培養(yǎng)結(jié)束(28天)時,p H為4.0、5.0、6.0、7.0和8.0的土壤中,施用納米沸石和普通沸石使土壤可交換態(tài)鎘FDC分別降低了27.7%~42.0%和6.3%~37.1%、8.7%~30.1%和6.1%~11.2%、28.2%~32.5%和2.4%~10.7%(除10 g·kg~(-1) OZ處理)、26.3%~35.0%和17.2%~28.9%、17.0%~30.6%和1.6%~18.8%,低p H(4.0)條件下,土壤可交換態(tài)鎘FDC更高,但此時納米沸石和普通沸石對可交換態(tài)鎘的降低幅度也更大。(3)在不同鎘污染水平下,施用納米沸石和普通沸石明顯提高了土壤p H值和土壤CEC,且隨沸石施用量的增加而增加;不同p H條件下,施用納米沸石和普通沸石也有效提高了土壤陽離子交換量,且隨沸石施用量的增加而增加。土壤p H值和土壤CEC分別與土壤可交換態(tài)鎘含量存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系(P0.01)。對比兩種沸石,納米沸石對土壤p H值和CEC的增加效果優(yōu)于普通沸石。(4)土培試驗(yàn)中,隨著納米沸石和普通沸石用量的增加,大白菜地上部和根部鎘含量不斷降低。低鎘(1 mg·kg~(-1) Cd)和高鎘(5 mg·kg~(-1) Cd)污染條件下,與對照相比,施用納米沸石分別使2個品種大白菜(?山東四號‘和?新晉菜三號‘)各部位鎘含量降低了19.5%~82.4%和17.0%~68.7%。納米沸石對大白菜鎘含量的降低效果明顯優(yōu)于普通沸石,相同條件下,納米沸石處理的大白菜各部位鎘含量比普通沸石處理低10.5%~65.7%。普通沸石高施用量(20 g·kg~(-1))和納米沸石中(10 g·kg~(-1))、高(20 g·kg~(-1))施用量處理也顯著降低了大白菜鎘積累量。對比2個品種,無論在低鎘還是高鎘條件下,?新晉菜三號‘各部位鎘含量和鎘積累量均明顯高于?山東四號‘品種,?新晉菜三號‘品種對鎘吸收富集能力更強(qiáng)。(5)外源鎘污染(1和5 mg·kg~(-1) Cd)條件下,納米沸石不同施用量和普通沸石中低施用量(≤10 g·kg~(-1))處理均不同程度的增加了大白菜生物量,但兩種沸石施用量增至20 g·kg~(-1)時,?山東四號‘大白菜生物量呈降低趨勢,而?新晉菜三號‘大白菜在高鎘(5mg·kg~(-1) Cd)條件下,施用普通沸石和納米沸石則分別以中量(10 g·kg~(-1))和高量(20 g·kg~(-1))處理對大白菜生物量的提高效果較明顯。納米沸石和普通沸石均以中低用量(≤10 g·kg~(-1))處理整體上提高了2個品種大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量,但施用納米沸石和普通沸石增加了大白菜硝酸鹽含量。納米沸石和普通沸石以中低施用量(≤10 g·kg~(-1))處理對大白菜生物量和品質(zhì)提高效果較好。(6)大田試驗(yàn)中,施用納米沸石和普通沸石均明顯提高了大白菜產(chǎn)量,納米沸石中施用量(1500 kg·畝~(-1))處理大白菜產(chǎn)量最高,為8133.2 kg·畝~(-1),普通沸石高施用量(3000 kg·畝~(-1))處理次之,為7924.3 kg·畝~(-1),但大白菜產(chǎn)量在普通沸石和納米沸石處理間差異不顯著(P0.05)。納米沸石和普通沸石均以中低施用量(≤1500 kg·畝~(-1))處理提高了大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量,對硝酸鹽含量則無明顯影響。與普通沸石相比,納米沸石處理使大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量分別提高了3.6%~20.8%、30.9%~50.7%(除了3000 kg·畝~(-1) NZ處理)和28.5%~55.3%。但納米沸石處理硝酸鹽含量也比普通沸石高。施用納米沸石和普通沸石顯著降低了土壤有效鎘含量(19.1%~24.1%和11.1%~19.9%),從而明顯降低了大白菜各部位鎘含量(8.1%~37.4%和9.9%~25.4%),且降低幅度隨著沸石施用量的增加而增加。中低施用量(≤1500 kg·畝~(-1))的納米沸石處理的大白菜產(chǎn)量和品質(zhì)比普通沸石處理更好。
【關(guān)鍵詞】：納米沸石 土壤Cd污染 Cd化學(xué)形態(tài) Cd吸收 大白菜
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X53
【目錄】：

• 摘要6-8
• Abstract8-11
• 第1章 文獻(xiàn)綜述11-23
• 1.1 土壤Cd污染來源12-13
• 1.2 Cd對植物的影響13-14
• 1.3 土壤中Cd的化學(xué)形態(tài)及生物有效性14-15
• 1.4 土壤Cd污染修復(fù)方法及研究現(xiàn)狀15-19
• 1.4.1 工程修復(fù)15
• 1.4.2 植物修復(fù)15-16
• 1.4.3 化學(xué)固定16-18
• 1.4.4 微生物修復(fù)18-19
• 1.5 納米沸石在Cd污染土壤上的應(yīng)用19-20
• 1.5.1 納米沸石的基本性質(zhì)19-20
• 1.5.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀20
• 1.6 展望20-23
• 第2章 引言23-27
• 2.1 研究背景與意義23
• 2.2 研究內(nèi)容23-25
• 2.3 技術(shù)路線25-27
• 第3章 不同Cd水平下納米沸石施用量對土壤Cd形態(tài)變化的影響27-41
• 3.1 試驗(yàn)材料與方法27-29
• 3.1.1 試驗(yàn)材料27
• 3.1.2 試驗(yàn)方法27-28
• 3.1.3 樣品分析28-29
• 3.1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析29
• 3.2 結(jié)果分析29-37
• 3.2.1 不同Cd濃度下土壤Cd形態(tài)變化29-34
• 3.2.2 不同Cd濃度下土壤pH值34-35
• 3.2.3 不同Cd濃度下土壤陽離子交換量（CEC）35-36
• 3.2.4 土壤pH值、土壤CEC與土壤Cd形態(tài)含量的相關(guān)性36-37
• 3.3 討論37-39
• 3.4 本章小結(jié)39-41
• 第4章 不同pH條件下納米沸石施用量對土壤Cd形態(tài)變化的影響41-53
• 4.1 試驗(yàn)材料與方法41-42
• 4.1.1 試驗(yàn)材料41
• 4.1.2 試驗(yàn)方法41-42
• 4.1.3 樣品分析42
• 4.1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析42
• 4.2 結(jié)果分析42-50
• 4.2.1 不同pH條件下土壤Cd形態(tài)變化42-47
• 4.2.2 不同pH條件下土壤陽離子交換量（CEC）47-48
• 4.2.3 土壤pH值、土壤CEC與土壤Cd形態(tài)含量的相關(guān)性48-50
• 4.3 討論50-51
• 4.4 本章小結(jié)51-53
• 第5章 納米沸石施用量對土培大白菜生長、Cd吸收及土壤Cd形態(tài)的影響53-79
• 5.1 試驗(yàn)材料與方法53-55
• 5.1.1 試驗(yàn)材料53
• 5.1.2 試驗(yàn)方法53-54
• 5.1.3 樣品分析54
• 5.1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析54-55
• 5.2 結(jié)果分析55-74
• 5.2.1 大白菜生物量55-56
• 5.2.2 大白菜品質(zhì)56-59
• 5.2.3 大白菜光合特性59-62
• 5.2.4 大白菜抗氧化酶活性62-65
• 5.2.5 大白菜Cd含量及Cd積累量65-66
• 5.2.6 大白菜地上部位Cd形態(tài)含量66-68
• 5.2.7 土壤Cd形態(tài)含量68-70
• 5.2.8 土壤pH70-71
• 5.2.9 土壤CEC71-72
• 5.2.10 土壤pH和CEC與土壤Cd形態(tài)含量的相關(guān)性72-73
• 5.2.11 大白菜Cd含量與土壤Cd形態(tài)含量的相關(guān)性73-74
• 5.3 討論74-77
• 5.4 本章小結(jié)77-79
• 第6章 納米沸石施用量對大田大白菜產(chǎn)量、品質(zhì)及Cd吸收的影響79-85
• 6.1 試驗(yàn)材料與方法79-80
• 6.1.1 試驗(yàn)材料79
• 6.1.2 試驗(yàn)方法79-80
• 6.1.3 樣品分析80
• 6.1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析80
• 6.2 結(jié)果分析80-83
• 6.2.1 大白菜產(chǎn)量80
• 6.2.2 大白菜品質(zhì)80-81
• 6.2.3 大白菜Cd含量和Cd積累量81-82
• 6.2.4 土壤全Cd及有效Cd含量82
• 6.2.5 沸石施用量、土壤有效Cd含量、大白菜Cd含量間的相關(guān)性82-83
• 6.3 討論83-84
• 6.4 本章小結(jié)84-85
• 第7章 結(jié)論85-87
• 參考文獻(xiàn)87-97
• 致謝97-99
• 論文發(fā)表及參研課題情況99

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1 鄭喜s，

本文編號：1085496