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钝化剂种类和粒径对复合污染土壤镉铅有效态的影响

文章来源: 云叶   发布时间:2019-03-28   

我国的土壤重金属污染形势严峻,且具有长期性、隐蔽性和不可逆性,对生态系统存在潜在的威胁。我国土壤污染主要以无机型重金属污染为主,其中重金属Cd和Pb无机污染物点位超标率达到7.0%和1.5%,一部分地区已达到严重污染程度。
当前国内外常用的重金属污染土壤修复方法包括物理化学、微生物、植物修复等,其中,采用较多的钝化修复技术既经济廉价又快速高效。钝化技术主要通过直接氧化和还原重金属、调节土壤pH值、改变其在土壤中的存留形式,来降低重金属在土壤中的流动性和有效性,减少对土壤环境受体的毒害。尽管从土壤中完全去除重金属是不可能的,但可以使其在土壤中以更稳固的形式存在。钝化剂可分为无机类和有机类,常用的种类包括黏土矿物、石灰性物质、炭材料、有机肥、含磷材料和农业废弃物等。近年来,一些学者将生物质炭、硅藻土、石灰等材料运用于重金属污染土壤的原位钝化修复中,取得了较好的成果。国内外研究表明,钝化剂粒径对土壤重金属的生物有效性和地球化学稳定性有很大的影响,但当前的研究对钝化剂的粒径探讨较少。陈志霞等研究表明0.8μm的磷矿粉比200 μm和22 μm的磷矿粉更能降低玉米吸收累积重金属的效果。崔红标等、Dong等发现,微米和纳米级羟基磷灰石降低污染土壤铜和镉的有效性较微纳米级羟基磷灰石弱。Chen等发现,磷矿粉颗粒在小于35 μm时比133~266 μm时更能有效降低土壤重金属的生物有效性,可能是因为粒径越小,比表面积大,越易形成金属磷酸盐。
土壤中重金属有效态含量与重金属移动性、毒性和生物有效性等直接相关,能更准确地反映重金属对土壤的生态危害状况。本试验采用自制无机型钝化剂、生物质炭、熟石灰、硅藻土、磷矿粉5种材料,研究钝化剂种类和粒径对污染土壤中重金属Cd、Pb有效态含量的影响,初步分析其钝化机理,以期为重金属重度污染土壤修复中原位化学钝化技术的应用提供理论依据。

1 材料与方法

       1.1 供试材

       供试土壤样品采自云南省某铅锌矿区冶炼厂附近玉米地0~20 cm土层,置于干燥通风处,自然风干,于室内去除石块及植物残渣,经四分法弃取后过100目尼龙筛再装于自封袋中备用。土壤基本理化性质各指标均值:电导率103.1 μS·cm-1、有机质47.36 g·kg-1、pH值5.84、速效磷115.7 mg·kg -1、速效钾158.28mg·kg-1、碱解氮14 mg·kg-1,土壤Pb、Cd 全量分别为550 mg·kg -1、28.6 mg·kg -1,土壤有效态Pb、Cd含量分别为139.46 mg·kg -1、17.95 mg·kg -1。钝化材料为自制无机型钝化剂、生物质炭、熟石灰、硅藻土和磷矿粉。

      1.2 试验方法

      将自然风干的土壤样品,除去杂物,混合均匀,碾碎后过1 mm尼龙筛,准确称取200 g处理后的土样多份置于小型塑料花盆中。除CK(对照,不添加任何钝化剂)外,共设置12种不同处理。分别添加钝化剂A(自制无机型钝化剂)、钝化剂B(石灰+生物质炭)、钝化剂C(硅藻土)、钝化剂D(磷矿粉),每种钝化剂分别设3个粒径范围:60~100(粒径0.250~0.149 mm)、100~200(粒径0.149~0.075 mm)、>200 目(粒径

      依据公式,计算钝化效果:

      式中:E 为钝化效果;X1为对照土壤中有效态Cd或Pb含量,mg·kg -1;X2为添加不同粒径钝化剂处理之后土壤中有效态Cd、Pb 含量,mg·kg-1。各处理下土壤中有效态Cd、Pb的钝化效果是培养60d后的值,变化幅度以标准偏差表示。

      1.3 测定方法

      采用重铬酸钾容量法-外加热法测定土壤有机质含量;土壤pH用酸度计测定,土水比为1∶2.5;采用0.5 mol·L-1 NaHCO3提取法测定土壤速效磷含量;测定土壤速效钾和土壤碱解氮的具体操作方法参照鲍士旦《土壤农化分析》。用王水-高氯酸消解的方法测定土壤中总Pb和总Cd含量;采用二乙三胺五醋酸-三乙醇胺(DTPA-TEA)法单级提取土壤中有效态Pb和有效态Cd,用原子吸收分光光度计测定土壤样品中有效态Cd、有效态Pb的含量。

      1.4 数据处理

     试验数据采用Microsoft Excel 2007 和SPSS 20.0统计软件进行方差分析和相关性分析(α=0.05),试验作图采用Origin 9.1软件。

2 结果与分析

      2.1 钝化剂种类和粒径对土壤pH的影响

      由表1可以看出,与对照(CK)相比,添加钝化剂均使土壤pH呈现不同程度的增加,增加范围在0.15~1.05个单位。其中,钝化剂B的规律性最明显,随着粒径的减小土壤pH 逐渐增大,在>200 目时pH 增加最大,酸碱度接近中性(pH 6.89),且与对照相比差异显著(P<0.05)。钝化剂A、C、D 规律性不明显,不同物料的钝化剂对土壤pH的影响不同。