本文關(guān)鍵詞：生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對Cd污染土壤修復效應(yīng)及機理研究

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【摘要】：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)外常見的修復方法有物理工程修復、化學修復、生物修復和農(nóng)業(yè)修復。在眾多修復方法中,原位鈍化修復技術(shù)成本低廉、操作方便、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的積累及化學形態(tài)的影響,以及對土壤Cd形態(tài)及含量的影響。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:(1)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Cd~（2+）的吸附特性試驗表明,生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對Cd~（2+）的吸附量隨平衡液Cd~（2+）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Cd~（2+）的吸附符合二級動力學模型。溶液p H對生物炭和土壤調(diào)理劑吸附Cd~（2+）有較大的影響,在p H2~9范圍時,生物炭和土壤調(diào)理劑對Cd~（2+）的吸附量隨p H的增大而上升在p H7時趨于平衡,其中在p H5~7范圍時,生物炭對Cd~（2+）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)(FNa Cl)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、FNa Cl、FHAc、FHCl和FR各形態(tài)的Cd含量和Cd總提取量,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。(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)(Fe Mn-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、Fe Mn-Cd和OM-Cd則顯著增加。生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑及其復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。兩種鈍化劑復合配施比單施低濃度量(0.5%~2%)的生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑的改良效果好。(5)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/C 2:1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。(6)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)(Fe Mn-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/C 1:2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。(7)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(P0.01)。小白菜地上部和根部個含量均與EXC-Cd極顯著正相關(guān)(P0.01),與CAB-Cd、Fe Mn-Cd、OM-Cd和RES-Cd呈顯著負相關(guān)(P0.01)。土壤中EXC-Cd含量與CAB-Cd、Fe Mn-Cd、OM-Cd和RES-Cd含量呈顯著負相關(guān)。
【關(guān)鍵詞】：生物質(zhì)炭 土壤調(diào)理劑 吸附特性 Cd積累 Cd形態(tài) 小白菜
【學位授予單位】：西南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X53
【目錄】：

• 中文摘要8-11
• Abstract11-14
• 第1章 文獻綜述14-28
• 1.1 我國農(nóng)田菜地Cd污染現(xiàn)狀14-15
• 1.2 土壤中Cd的來源15-16
• 1.2.1 工業(yè)污染15
• 1.2.2 農(nóng)業(yè)污染源15-16
• 1.3 土壤Cd污染危害16-19
• 1.3.1 Cd對植物的影響16-19
• 1.3.2 Cd對人體和動物的危害19
• 1.4 土壤重金屬污染修復方法19-20
• 1.5 原位鈍化修復研究現(xiàn)狀20-26
• 1.5.1 原位鈍化劑種類20-24
• 1.5.2 原位鈍化修復機制24-26
• 1.6 展望26-28
• 第2章 引言28-32
• 2.1 研究背景和意義28-29
• 2.2 研究內(nèi)容29-30
• 2.1.1 吸附試驗29
• 2.1.2 土培試驗29-30
• 2.1.3 大田試驗30
• 2.3 技術(shù)路線30-32
• 第3章 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對Cd的吸附特性32-42
• 3.1 材料與方法32-34
• 3.1.1 供試材料32
• 3.1.2 試驗方法32-34
• 3.2 結(jié)果與分析34-39
• 3.2.1 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑的表征34-36
• 3.2.2 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對Cd的吸附特性36-39
• 3.3 討論39-40
• 3.4 小結(jié)40-42
• 第4章 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜吸收Cd的影響研究42-62
• 4.1 材料與方法42-45
• 4.1.1 供試材料42
• 4.1.2 試驗設(shè)計與實施42-43
• 4.1.3 樣品懫集和處理43
• 4.1.4 分析測試方法43-45
• 4.1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析45
• 4.2 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜生理生化的影響45-52
• 4.2.1 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜生物量的影響45-46
• 4.2.2 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜葉綠素的影響46-47
• 4.2.3 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜抗氧化酶系統(tǒng)的影響47-49
• 4.2.4 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜丙二醛（MDA）的影響49
• 4.2.5 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜品質(zhì)的影響49-52
• 4.3 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜Cd含量和土壤中Cd形態(tài)的影響52-56
• 4.3.1 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜體內(nèi)的Cd含量與Cd積累量的影響52-53
• 4.3.2 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜地上部Cd形態(tài)的影響53-54
• 4.3.3 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對土培試驗土壤Cd形態(tài)的影響54-55
• 4.3.4 小白菜各部位Cd含量與土壤Cd形態(tài)的相關(guān)性55-56
• 4.4 討論56-59
• 4.5 小結(jié)59-62
• 第5章 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對礦區(qū)Cd污染菜地修復效果62-72
• 5.1 材料與方法62-63
• 5.1.1 供試材料62
• 5.1.2 試驗設(shè)計與實施62
• 5.1.3 分析測試方法62-63
• 5.2 結(jié)果與分析63-69
• 5.2.1 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜生物量的影響63-64
• 5.2.2 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜品質(zhì)的影響64-66
• 5.2.3 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對小白菜體內(nèi)Cd含量和Cd積累量的影響66-67
• 5.2.4 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對土壤p H的影響67-68
• 5.2.5 生物質(zhì)炭和土壤調(diào)理劑對土壤Cd形態(tài)的影響68-69
• 5.2.6 大田試驗中小白菜各部位Cd含量與土壤Cd形態(tài)的相關(guān)性69
• 5.3 討論69-71
• 5.4 小結(jié)71-72
• 第6章 全文總結(jié)72-74
• 參考文獻74-84
• 致謝84-86
• 論文發(fā)表及參研課題情況86

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1 鄭喜s，

本文編號：802848