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不同钝化剂对石灰性土壤重金属形态转化和植物吸收的影响

赵永芹  
【摘要】:土壤重金属污染问题日益严峻,虽然碱性土壤中的重金属环境容量往往高于酸性土壤,在北方石灰性土壤中有些重金属会形成难溶的氢氧化物,但是超过环境容量后也会对环境产生严重污染。而且重金属一旦被植物吸收后会不断在体内积累并通过食物链进入人体,严重威胁着人类健康,所以重金属污染修复亟待解决。本研究通过盆栽试验和大田试验相结合的方式在两种不同污染程度的石灰性土壤中进行。菊苣盆栽试验和玉米盆栽试验均以生物炭、膨润土、褐煤及两者间的复配为钝化材料而展开,菊苣生长60天收获,玉米生长30天收获,探究施用钝化剂后土壤pH值的变化、土壤中Cd、Pb、Ni、Cu、Zn各赋存形态的变化、植物生长和吸收重金属的特征;大田试验以生物炭、鸡粪、褐煤为钝化材料进行单施,探究施用钝化剂后对不同生育时期下土壤pH值的变化、土壤中Cd、Pb、Ni、Cu、Zn各赋存形态的变化和小麦各个部位吸收重金属的特征,进而筛选出适合修复北方石灰性土壤重金属污染的钝化剂。主要研究结果如下:盆栽试验结果表明:(1)不同钝化剂由于其本身性质不同,对土壤pH值的影响存在差异。生物炭能够增加土壤pH值,膨润土对土壤pH值无显著影响,褐煤能够降低土壤pH值。4%添加水平下的钝化剂作用更显著,且单施的效果高于复配。(2)钝化剂处理对Cd、Pb、Ni、Cu、Zn均具有较好的钝化作用,加入钝化剂后,可交换态重金属比例均有不同程度的降低,并促进它们向不易被植物吸收利用的形态转化。其中,4%褐煤对玉米和菊苣盆栽土壤中Cd、Cu都能产生较好的钝化效果。(3)膨润土 2%+褐煤2%复配施用对菊苣株高增幅最大;生物炭2%+膨润土 2%复配施用对菊苣生物量增幅最大。膨润土 2%+褐煤2%复配增加玉米株高和生物量幅度最大。(4)钝化剂对菊苣和玉米吸收重金属均有一定的抑制作用,膨润土 2%+褐煤2%复配抑制菊苣茎叶和根吸收Cd、Pb、Cu的效果明显:4%褐煤抑制菊苣茎叶和根吸收Ni、Zn的效果明显。4%褐煤抑制玉米茎叶和根吸收Cd的效果明显;生物炭2%+褐煤2%复配抑制玉米茎叶和根吸收Pb、Cu、Zn的效果明显;4%生物炭抑制玉米根和茎叶吸收Ni的效果明显。但是钝化剂对玉米和菊苣地下和地上重金属转运的抑制作用较弱。小麦大田试验结果表明:(1)施入钝化剂后,土壤的pH值有一定变化,生物炭使土壤pH值增加,褐煤、鸡粪使pH值降低,但是生物炭和褐煤的作用效果并不显著,2%鸡粪显著降低土壤pH值,可降低0.20个单位。(2)在大田试验中2%褐煤的显著降低了各个生育时期Cd、Pb的可交换态以及Ni的碳酸盐结合态,促进Cd、Pb、Ni向残渣态转化,2%生物炭显著降低了各个生育时期Cu、Zn交换态,促进Cu向残渣态转化,Zn向有机结合态转化。(3)1%褐煤能够显著降低了小麦籽粒中Cd的含量降幅达56.47%;2%褐煤能够显著降低小麦籽粒中Pb的含量,降幅达25.11%。2%鸡粪能够显著降低小麦籽粒Ni的含量,降幅达46.48%。2%生物炭能够显著降低小麦籽粒中Cu、Zn的含量,降幅分别达18.19%、23.56%。整体来看,生物炭和褐煤的作用效果优于鸡粪。本文系统的研究了不同钝化剂对石灰性土壤重金属形态转化和植物吸收重金属的影响。盆栽试验和大田试验重金属污染程度不同,钝化剂的种类也存在一定的差异,但是添加钝化剂后对重金属都起到了一定的钝化作用,使重金属由活性高的形态向活性低的形态转化,降低了重金属的生物有效性,减少了植物的吸收利用,褐煤在不同污染程度下都表现出较好作用的效果。


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