稻麦轮作条件下两种典型钝化剂修复重金属污染土壤的稳定性研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shuijing0328
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
重金属在土壤中具有难降解、隐蔽性强、毒性高的特点,能通过食物链进入人体,并在人体中累积,危害人体健康。重金属污染土壤的修复已成为当前国际关注的重要问题之一。化学钝化修复作为污染土壤修复技术的一种,具有投入低、修复快速、操作简单等特点,且对大面积中低度土壤污染的修复具有较好的优越性,因此得到广泛的应用。然而,由于化学钝化修复只是暂时改变了重金属的存在形态,降低其生物有效性,但重金属元素仍保留在土壤中,土壤环境条件的改变可能会引起重金属的再次释放。由于钝化剂在长期应用中受到土壤、水、植物、微生物等多种环境因素的影响,评估钝化修复的持久性对于研究钝化剂的长期固定机制、指导污染土壤的钝化修复具有重要意义。  本文以贵溪冶炼厂周边重金属Cu/Cd污染农田土壤为研究对象,采用一次性添加钝化剂,进行连续三年的稻麦轮作,研究了重金属Cd/Cu在土壤-植物系统中的迁移,考察了纳米羟基磷灰石和生物质炭修复重金属污染土壤的稳定性;基于两种不同水分管理方式的温室稻麦轮作盆栽试验,研究了不同水分管理方式对生物质炭钝化重金属稳定性的影响;通过文献检索并结合本研究,分析了年际变化对钝化剂修复重金属污染土壤稳定性的影响,同时评估了两种修复材料自身稳定性和其修复效果的稳定性。主要研究结果如下:  (1)基于三年的温室盆栽试验,考察了纳米羟基磷灰石修复重金属污染土壤的稳定性。施用纳米羟基磷灰石在三年内分别使水稻籽粒重最高增加了12.68%、29.68%和71.03%;使水稻根重最高增加了15.57%、2.76%和4.40%,表现为随种植年限的延长对水稻籽粒重的提高作用增强,对根重的作用减弱;对小麦生物量的作用类似。不同生长季内,纳米羟基磷灰石使土壤pH值提高了0.48~1.26个单位,使有效态Cd和Cu含量分别降低了61.7%~91.9%和57.1%~94.5%,且随着种植年限的延长,纳米羟基磷灰石对土壤pH和土壤有效态Cd/Cu含量的影响较稳定。施用纳米羟基磷灰石降低了水稻和小麦籽粒中的Cd/Cu含量,但对作物籽粒中重金属含量的年际间稳定性因重金属种类不同有所差异,且对Cu的作用较Cd更稳定。  (2)通过三年的温室盆栽试验,施用生物质炭在三年内分别使水稻籽粒重最高增加了104%、121%和188%,使根重最高增加了32.0%、63.4%和17.8%,表明生物质炭对水稻籽粒重的促进作用在增强,而对根重则减弱;对小麦生物量的作用也有类似规律。不同生长季内,生物质炭使土壤pH提高了0.01~0.75个单位,使有效态Cd和Cu含量分别减少了4.17%~53.5%和8.72%~87.7%,且随种植年限的延长而减弱。施用生物质炭降低了作物籽粒中Cd/Cu含量,对小麦的效果大于水稻,且在不同生长季间的的波动较大,总体上表现为随时间延长作用减弱。  (3)基于两种不同水分管理方式(淹水、旱作)的三年稻麦轮作盆栽试验,考察了不同水分管理对生物质炭钝化重金属稳定性的影响。不同水分管理方式下生物质炭对于土壤中全碳、全氮的影响不明显,淹水和旱作处理在不同生长季内分别使土壤pH增加了0.11~0.31个单位和0.17~0.56个单位,使土壤有效态Cd含量减少了12.9%~17.7%和23.9%~31.5%,使有效态Cu含量减少了15.2%~62.7%和16.1%~65.0%。然而,淹水处理更有利于生物质炭提高作物的生物量,减少作物对Cd/Cu的累积,但随时间延长不同水分管理间的差异不显著。对稻麦轮作盆栽试验后生物质炭性质的分析表明,旱作处理的生物质炭颗粒破坏更加严重,固持在生物质炭上的重金属更容易释放,而两种水分管理方式对生物质炭的结构没有明显影响。  (4)基于三年的水稻盆栽试验,比较了两种钝化材料的自身稳定性和修复效果的稳定性。通过对纳米羟基磷灰石释放磷元素和生物质炭释放钾元素能力的评估,发现两种材料在第一年有较好的稳定性,其后钝化材料自身的性质会发生明显改变,导致其释放元素的能力下降。不同年份内,纳米羟基磷灰石和生物质炭使土壤pH分别提高了19.84%~20.06%和1.28%~6.54%,使有效态Cd含量分别减少了78.3%~82.3%和12.9%~15.7%,使有效态Cu含量减少了77.8%~91.5%和25.8%~57.3%,表明纳米羟基磷灰石对土壤pH和有效态重金属作用的稳定性强于生物质炭,水稻籽粒中的Cd/Cu含量也有类似规律。通过文献检索并结合本研究分析发现,在钝化修复中钝化剂对土壤pH和土壤有效态重金属的作用受年际变化影响较小,而对作物体内重金属含量的影响受年际变化影响较大。因此,考虑长期修复过程中的年际气候和环境因素的影响对于钝化修复稳定性研究是非常必要的。
其他文献
钛酸锶钡(BaSrTiO,BST)是典型的非线性电介质材料。其交变小信号介电常数较大,并随外加直流偏压的改变而变化显著,因而有望成为电可调射频/微波集成器件的关键材料。然而,大量研
高职教育培养的人才是职业型的,其职业性特色十分鲜明,它是按职业岗位专门人才的要求,制定与之相适应的教学大纲、教学计划、课程设置、教学内容和教学方法,教学全过程以实践
本文通过对荣华二采区10
期刊
供应链从性质和特征上来看,整体性和综合性是其主要特征,信息的完整性、物流的通畅性、资金流的贯通性是衡量供应链管理过程中的三大关键因素,各关键环节之间的无缝衔接和有
针对海外钢铁工程EPC项目,从工程设计、设备选定、施工安装等方面与国内钢铁建设项目的差异进行比较分析,提出了设计规范、设计理念、规范标准、地方行业政策、劳工政策、宗
有机污染是水体污染的一个主要方面,生化需氧量(BOD)是表征水体有机污染的重要指标之一。准确快速的测定水体BOD是环境监测领域的一个难题,现有的BOD一些检测方法虽然有时能够完成BOD的快速检测,但普遍具有测量所需时间太长、测量范围小、重现性差等缺陷,而应用双室无介体型微生物燃料电池能达到快速准确检测水体BOD的目标,并且还具有响应时间短、测量范围大、稳定性强等优势。本文设计了一套双室无介体型微生
近年来,随着我国的湖泊、河流、水库富营养化加剧,蓝藻水华频繁暴发,由蓝藻引发的生态灾害已越来越受到全社会的广泛关注。水体异味的研究开展始于上世纪五十年代,但与其他国家相
土地利用总体规划是对一定区域未来土地利用超前性的计划和安排,土地承载着区域社会经济与生态环境,对土地利用总体规划进行环境影响评价可以从源头上预防或减缓规划实施以后对
砷(Arsenic,As)是具有高毒性和致癌作用的类金属元素。由于其在自然环境中广泛存在,在生产和生活中被大量使用,水体和土壤砷污染已成为全球突出且急需解决的环境问题之一。砷具
由于纳米尺度的一维材料在基础科学研究和潜在的技术应用方面极其重要而引起人们的广泛关注。准一维纳米材料,主要包括纳米线/棒、纳米管、纳米带、纳米针、纳米同轴电缆、异质结和超晶格纳米线等。在这些材料中,氧化物一维纳米材料是人们重点的研究对象。尽管一维氧化物纳米材料的研究已经取得了相当大的进步,但如何在所需形貌、成分、结构和性质的制备上实现可控仍然是一个很大的挑战。本论文的第一部分内容就是如何用简单的热