土壤重金属Cu、Cd和F复合污染评价及修复技术探讨

【摘要】： 土壤重金属和氟污染是全球环境面临的一个重要问题,我国土壤重金属和氟污染问题日益严重,特别是在重金属矿区周边地区。本文选在我国铜冶炼重要基地的江西省贵溪市某工业园区,对该工业园区周边农田土壤Cu、Cd与F复合污染土壤进行评价;并选择了污染最严重的土壤,于2008年5～10月,在中国科学院红壤生态实验站进行了室内盆栽水稻实验,研究了新型材料纳米羟基磷灰石、木炭、竹炭、磷灰石、石灰和猪粪等6种改良剂和水洗物理处理对该复合污染土壤改良修复技术研究。主要研究结果如下: 1.贵溪市九牛岗义门陈家村小组和印石里村农田土壤Cu、Cd含量分别是背景值的10.96～25.11和2.28～8.05倍,按国家国家土壤二级标准(Cu:50mg/kg,Cd:0.3 mg/kg,Cu、Cd的超标率为100%、93%;其土壤pH值与对照相比也下降了0.17～1.08个单位,同时容重、P和有效P与清洁区比均有所增加;用尼梅罗综合污染指数评价,该调查区农田属于重金属重度污染。 2.Cu、Cd与F复合污染土壤添加纳米羟基磷灰石等6种改良剂,水稻分蘖期、抽穗期和成熟期的土壤pH值均有不同程度的增加,呈先增加后减少再增加的趋势。不同处理土壤pH值的高低顺序为:石灰猪粪磷石灰竹碳木炭纳米羟基磷石灰水洗CK。其中,分蘖期以石灰处理的增幅最大,平均增加了0.89个单位、猪粪增加了0.51个单位、磷石灰增加了0.44个单位、纳米羟基磷石灰增加0.18个单位、木炭和竹碳分别增加0.30和0.35个单位。 3.添加纳米羟基磷灰石等6种改良剂后,均显著降低了复合污染土壤中交换态Cu、Cd和水溶态F的含量。在水稻整个生育期土壤交换态Cu、Cd和水溶态F含量存在着动态变化,其变化趋势因改良剂的不同而有所差异。改良剂的添加在降低土壤重金属Cu、Cd交换态和F水溶态和交换态的含量的同时,也不同程度上增加碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态和残渣态比例,从而降低了土壤重金属Cu、Cd和F的生态毒性。 4.添加纳米羟基磷灰石等改良剂后,土壤中部分Cu、Cd、F由生物毒性大的形态向生物毒性小的形态转化,对水稻分蘖期、抽穗期和成熟期的生长均有一定的改善效果。其不同处理水稻茎叶和根生物量大小顺序为石灰磷石灰猪粪水洗木炭竹碳纳米羟基磷石灰CK。 5.添加纳米羟基磷灰石等改良剂后,水稻籽粒、茎叶和根中Cu、Cd和F的含量与对照相比下降了,下降幅度且均达到了显著水平。其中在不同处理土壤中水稻籽粒、茎叶和根中的Cu、Cd和F含量大小顺序分别为: CK竹碳纳米羟基磷石灰水洗木炭磷灰石猪粪石灰、CK水洗木炭竹碳磷灰石猪粪纳米羟基磷石灰石灰和CK竹碳水洗木炭猪粪磷灰石纳米羟基磷石灰石灰。 6.在水稻生长的整个生育期,水稻茎叶对土壤污染修复过程Cu、Cd和F的吸收是动态的。从到分蘖期到抽穗期,水稻茎叶中的Cu、Cd和F含量是随着水稻生长而逐渐升高,到水稻成熟期随着水稻生物量的增加其含量有不同程度减少。因此,对重金属Cu、Cd和F污染土壤的改良修复应该贯穿于水稻的整个生育期。 7.添加纳米羟基磷灰石等改良剂后提高了土壤pH值,降低了土壤中交换态Cu、Cd和水溶态F的含量,从而降低了水稻中Cu、Cd和F的含量。相关分析结果表明,土壤pH值与土壤中交换态Cu、Cd及水溶态F含量呈显著负相关;水稻各部位Cu含量间与土壤中交换态含量呈显著相关;水稻糙米和茎叶中Cd的含量与土壤中交换态Cd含量呈显著正相关,而与根不相关;水稻茎叶和根中F的含量与土壤中水溶态含量呈显著正相关,糙米不相关。 8.研究发现,在6种改良剂中,纳米羟基磷灰石、石灰、木炭是修复重金属和氟污染土壤最为经济、环保和效果最理想的改良剂。