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草坪草修复污泥营养土中重金属及其调控

吴兴飞  
【摘要】:将城市污泥堆肥后作为绿化园林土是一项经济环保的废物资源化技术。本研究以本地常用的四种草坪草及其套种方式结合土壤和植物调控强化技术进行污泥营养土中重金属(Cu、Zn、Pb、Cd、Ni)的修复,设计三因素三水平的大田试验,分别进行单种高羊茅、套种马尼拉+黑麦草、套种狗牙根+黑麦草,并喷洒柠檬酸(CA)和生长素(吲哚乙酸IAA和赤霉素GA_3)进行调控,主要研究结果如下:(1)营养土中有机质高达204.8 g/kg,pH为7.6,是一种较高价值的绿化基质,重金属Cu、Zn、Pb、Cd、Ni含量分别为48.75、658.2、80.70、3.71、71.16mg/kg,除Cd略大于2mg/kg的标准值外,均符合CJ/T340-2016绿化种植土壤各项标准要求;(2)三种因素对植物生物量有明显促进作用,主要影响因素为CA,其次是草种类和生长素;其中马尼拉+黑麦草组合中生物量最大的为T3(400 ppm CA+30ppm GA_3+5 ppm IAA,下同),高羊茅中生物量最大的为T6(400 ppm CA+60ppm GA_3,下同),狗牙根+黑麦草中则为T9(400 ppm CA+10 ppm IAA,下同),分别为3.632、3.147、2.885 kg/(a.m~2),以T3组最佳。(3)通过土壤重金属形态分析,Cd和Zn活性态比例较Cu、Pb、Ni大;加入的CA有活化重金属的作用,使部分较稳定的残渣态和可氧化态的重金属向活性较强的可还原态和酸可提取态转化,而草坪草的套作以及生长素喷洒一定程度上强化了此作用,其中Cu、Pb、Cd的酸可提取态有所提高;而Zn和Ni可还原态占比降低,残渣态有所提高。(4)草坪草对重金属有较明显的富集作用,处理组地上部分各重金属浓度是对照组的0.97~1.23、0.95~1.15、1.03~1.45、0.94~1.55、0.99~1.40倍。其中草种类对Pb的富集作用影响明显,其余金属的富集作用则主要受CA的影响。Cu、Zn、Pb的最佳修复组合是T9,Cd、Ni则为T3。草坪草地下部分重金属富集量大于地上部分,各处理组重金属相比于对照组的浓度倍数分别为Cu:0.92~1.24、Zn:0.97~1.09、Pb:0.96~1.11、Cd:1.00~1.42、Ni:0.89~1.36倍;其中Cu、Zn、Ni的最佳组合为T9,Pb、Cd分别为T6和T3,且地下部分Cu、Cd、Ni的富集主要受CA的影响,Pb和Zn主要受草种类的影响;(5)对植物富集系数BCF和转运系数TF分析表明,各处理增加了植物的富集系数,分别是对照组的1.04~1.52、1.04~1.96、1.05~2.07、1.10~2.62、1.03~6.00倍,且受CA影响最大,其中Cu和Pb的最佳组为T9,Ni和Zn则出现在T5(高羊茅+200 ppmCA+5 ppmIAA+30 ppmGA_3,下同),Cd则为T3。各金属元素的转运系数大于富集系数,三种因素影响程度依次为草种类柠檬酸生长素,其中Cu、Cd、Ni的最佳组为T1(马尼拉+黑麦草+CA 0 ppm+GA_3 60 ppm,下同),Pb最高值出现在T8(狗牙根+黑麦草+CA 200 ppm+GA_3 60 ppm,下同),Zn的则为T3;(6)污泥营养土的理化性质显著影响植物对重金属的富集,通过相关性分析,各金属的BCF与pH成负相关,其中污泥营养土pH与Cu的BCF呈极显著相关,与Cd为显著相关;除Ni外,污泥营养土有机质与重金属的BCF呈负相关,其中Cd的BCF与有机质为极显著相关,说明有机质起到了一定程度的稳定化作用,降低了重金属的活性;土壤阳离子交换量CEC与重金属富集系数呈现正相关,表明较高的CEC有利于重金属元素的活化。pH和有机质与重金属元素的TF的关系则要复杂的多;CEC与元素的TF值多呈正相关,表明有利于重金属元素的迁移;各种金属的都呈现正相关。由于本研究中的污泥制营养土的pH呈略碱性,有机质含量高,并不利于草坪对重金属的吸收,通过添加柠檬酸可降低污泥营养土pH,促进重金属的富集。(7)草坪草种植一年后,采用污泥营养土中重金属残留量来评价修复效果,结果表明营养土中重金属含量显著降低,各重金属修复效果最佳组均为T3,修复效率为Cu:36.4%、Zn:74.0%、Pb:34.8%、Cd:62.3%、Ni:27.1%,Cd达到CJ/T340-2016要求;通过潜在生态危害风险评价发现,营养土中重金属风险显著降低,风险最低组为T3,Cd的风险值从265降到79,总风险值从329降低为117,修复效果明显。综上所述,T3组为修复最佳组,根据Cd年修复量,预计修复0.7年,可达到CJ/T340-2016的要求。通过人为调控,可有效增加植物重金属的富集系数和转运系数,促进重金属在土/草界面上的迁移,缩短修复时间。本研究对营养土的资源化推广具有很大的意义,同时也为草坪草修复土壤重金属的商业化提供一定的理论依据。


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