论文部分内容阅读
近年来我国农田土壤重金属污染以及由此而带来的食品安全问题引起全社会的广泛关注。众多重金属污染土壤修复方法中，化学钝化修复，特别是利用黏土矿物，进行化学钝化的方法发挥了极其显著的作用。但是国内外众多的研究，多集中在盆栽和小规模田间试验，大规模的原位修复示范尚未见报道。本研究以黏土矿物坡缕石和海泡石作为钝化材料，在湖南省郴州市某县YS村进行了为期两年（2013，2014年），示范面积在100亩左右的修复示范项目。着重考察了两种黏土矿物对重金属镉污染的酸性水稻土壤进行原位钝化修复的效应以及机理研究。主要工作包括: (1)对研究区域的农田土壤进行重金属污染调查和生态风险评价，利用newmerow法和Hakanson潜在生态风险评价法并对其潜在生态风险进行了评估;利用地质统计学方法（Kriging插值法）和主成分分析(PCA)相结合的方法来推测污染的起源。根据500个样点的分析结果表明，5个调查区域的重金属污染程度依次为ZⅠ＞ZⅣ＞ZⅤ＞ ZⅡ＞ZⅢ，潜在生态风险评价指数显示整个调查区域处于严重污染以及重度生态风险水平，且ZⅠ的污染最为严重，占40.6％ Pb、100％Cd以及72.3％As超标。因此最终选定CJ-ZⅠ的YS村为主要示范点进行土壤修复。 (2)考察坡缕石、海泡石在不同添加剂量下对选定区域CJ-ZⅠ的YS村水稻田稻谷产量、糙米镉含量、土壤中有效态镉、土壤pH、土壤速效氮、有效磷含量以及相关酶活性的影响，并对各项理化指标进行相关性分析以表征其修复效应。结果表明，田间示范条件下两种黏土均提高了土壤pH，降低了土壤中镉的生物有效性，明显降低了糙米中镉含量。其中经2.00 kg/m2坡缕石和2.25 kg/m2海泡石处理后，糙米镉含量最大降幅分别达54.6％和73.5％，分别降低至0.32和0.18mg/kg。土壤过氧化氢酶、脲酶、酸性磷酸酶及蔗糖酶的活性均不同程度得到提高;两种黏土矿物对土壤中速效氮含量无明显影响，但降低了土壤有效磷含量。 (3)通过模拟酸雨、温度、土壤pH、土壤离子强度等自然因素考察坡缕石在应用过程中的修复稳定性;利用吸附动力学、热力学方程，伴以XPS，SEM-EDS，TEM，XRD，FTIR等现代谱学手段进一步揭示和探讨了坡缕石通过利用表面羟基进行络合以及表面沉淀产生碳酸镉的微观修复机理。 (4)为了克服天然黏土矿物目前应用中存在的局限性，提高其对重金属的吸附性能，分别对坡缕石、海泡石表面进行了修饰改性探索。分别利用巯基修饰坡缕石、氨基羧酸表面接枝海泡石，探索了该种表面修饰方法的可能性;利用XPS，SEM-EDS，TEM，XRD，FTIR，TG/DTG，DLS以及比表面积全分析揭示了改性机理以及修复机制。该探索对于发展重金属污染土壤的原位化学钝化理论和技术具有重要的科学意义。 本研究集钝化修复材料筛选、制备，大规模实地修复示范、修复评价以及微观机理探索为一体，系统的论证了我国酸性水稻田原位钝化修复的可行性和可操作性，为大规模的农田重金属污染修复奠定前期基础，具有较高的实践和推广意义。