【摘要】：重金屬(HMs)污染土壤嚴(yán)重威脅到人類健康。多年來,人們將多種不同土壤改良劑施用于重金屬污染土壤中進(jìn)行短期培養(yǎng)試驗(yàn)來評(píng)估其對(duì)重金屬的固化/穩(wěn)定化效果。然而,環(huán)境工作者逐漸意識(shí)到,針對(duì)生態(tài)工程實(shí)踐,需要通過延長(zhǎng)重金屬固化的培養(yǎng)時(shí)間來評(píng)估不同土壤改良劑對(duì)重金屬的的長(zhǎng)期固化/穩(wěn)定化效果。因此,本研究的目的是用氧化鈣、粉煤灰、硫及硫化鈉這四種土壤改良劑來固化三種不同區(qū)域污染土壤的重金屬(Cd、Cu和Pb),通過一年期培養(yǎng)試驗(yàn)對(duì)上述改良劑的固化效果和老化因子進(jìn)行評(píng)價(jià),并結(jié)合種植小白菜(Brassica rapa chinensis)盆栽試驗(yàn)來評(píng)估經(jīng)過鈍化處理后土壤中Cd、Cu和Pb的生物有效性潛力。為此,將分別采自陜西鳳縣(褐土,粉砂壤土)、湖南郴州(黃壤,粉砂壤土)、云南昆明(磚紅壤,砂質(zhì)壤土)這三個(gè)研究地點(diǎn)的重金屬污染土壤(分別標(biāo)記為S1、S2、S3,下同),施加四種不同比例(T1、T2、T3和T4)的土壤改良劑進(jìn)行固化;然后在室溫下培養(yǎng)一年,并在第2、6、12個(gè)月采集土壤樣品,分別測(cè)定土壤pH、EC,以及TCLP法可提取態(tài)Cd、Cu和Pb含量。此后,經(jīng)過處理的土壤用于為期45天的盆栽試驗(yàn),并測(cè)定土壤樣品中的pH、EC和DTPA可提取態(tài)重金屬含量,以及植物樣品地上部分和地下部分的重金屬總量、葉綠素含量和生物量。本研究結(jié)果概括如下:(1)高濃度的氧化鈣和粉煤灰鈣處理(T3和T4)對(duì)土壤中的Cd有明顯固化效果,與S1和S3的對(duì)照處理相比,硫處理對(duì)土壤中Cd固化有一定效果。硫化鈉處理對(duì)土壤(尤其是S3)中Cd有明顯固化效果。(2)氧化鈣處理后S2和S3中Cu的遷移性有所增加。與之相反,氧化鈣處理后S3中Cu的固化效果較好。T1和T3處理濃度下的氧化鈣處理顯著降低了S3的Cu含量。粉煤灰處理也明顯減少了整個(gè)培養(yǎng)期土壤中的Cu含量,特別是在S3,其次是S1和S2。硫磺處理對(duì)Cu固化也有明顯效果,除在S2土壤的T3和T4處理中Cu含量與對(duì)照組比較略微升高。硫化鈉處理在整個(gè)培養(yǎng)期也明顯降低了銅的含量;四個(gè)不同濃度的硫化鈉處理都表現(xiàn)出同樣明顯的固化效果。(3)氧化鈣處理在S2土壤的T3、T4處理和S3土壤的T1、T2處理中對(duì)Pb固化效果尤為明顯且變化趨勢(shì)類似。對(duì)S1土壤,不論何種施用比例,氧化鈣處理對(duì)Pb表現(xiàn)出穩(wěn)定的固化效果。粉煤灰處理在固化兩個(gè)月內(nèi)對(duì)Pb仍有固化效果,但兩個(gè)月后Pb的遷移性逐漸增加。硫處理在S1和S3土壤中被證明能有效減少鉛含量,但在S2土壤的T3和T4處理中,Pb的遷移性增加。與對(duì)照組比較,硫化鈉處理對(duì)鉛也有顯著的固化效果;其中S1和S3土壤中的T3和T4處理效果更穩(wěn)定更明顯,S3土壤的T1和T2處理次之。(4)盆栽試驗(yàn)結(jié)果顯示,與對(duì)照相比,除了硫處理的S1土壤中Cd含量略微升高外,其它處理土壤中DTPA可提取態(tài)Cd含量顯著降低。此外,土壤中Cu的變化趨勢(shì)不同,S1和S2土壤中Cu含量略微增加;然而,S3土壤中的Cu明顯被固化。同樣的,土壤(尤其是S3)中的Pb能被所有改良劑有效固化�？傊�,Cd、Cu和Pb在土壤系統(tǒng)中的溶解度會(huì)因土壤p H和其它因子的變化而更大程度地增加,更利于小白菜的根和莖對(duì)重金屬的吸收。與對(duì)照相比,氧化鈣處理和粉煤灰處理對(duì)S1的地上部分Cd攝取量有明顯提高,S2和S3次之。S3的硫化鈉處理也能提高地上部分Cd攝取量。同時(shí),所有土壤改良劑對(duì)所有土壤的處理地上部分Cu攝取量明顯提高,而對(duì)Pb攝取量?jī)H略有增加。與地上部分相比,小白菜的地下部分重金屬的攝取量具有較大潛力。氧化鈣和粉煤灰處理對(duì)小白菜地下部分Cd的攝取量有明顯增強(qiáng),而對(duì)Cu的攝入量較少甚至很少,對(duì)Pb的攝入量仍較大。硫處理明顯降低了土壤pH(除S1外),因此小白菜很難在硫處理的S2和S3土壤中生長(zhǎng)。研究結(jié)果表明,為達(dá)到更好的固化效果,硫可用于堿性土重金屬固化修復(fù),但不適用于酸性土壤。為了對(duì)氧化鈣、粉煤灰和硫化鈉處理后土壤Cd、Cu和Pb的植物有效性進(jìn)行更廣泛的植物甄別,建議在今后的研究中要研究更多的非食用超富集植物或普通植物。通過對(duì)能源作物而非可食用作物進(jìn)行植物提取試驗(yàn),可以控制堿性改良劑施用的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)�？傊�,本研究結(jié)果將有助于土壤科學(xué)家在面對(duì)世界各地污染土壤的修復(fù)實(shí)踐中,以蔬菜作物中Cd、Cu、Pb的植物甄別為目的,更有效地對(duì)堿性改良劑的施用過程進(jìn)行決策。
【學(xué)位授予單位】：西北農(nóng)林科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X53

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本文編號(hào)：2731521