原位钝化对抑制土壤铅和镉生物有效性的稳定同位素标记研究

摘要

菜园土壤受到重金属污染的现象越来越被关注，尤其是铅和镉的污染。Pb和Cd的环境行为和生态效应与其在土壤中存在的形态密不可分。化学原位钝化作为控制土壤重金属生物有效性的治理手段，是通过添加化学钝化剂改变土壤重金属的赋存形态，从而降低其生物有效性。因此，本论文以稳定同位素标记为手段，研究化学原位钝化对土壤Pb和Cd生物有效性的钝化作用。
　　 本文由四章组成：
　　 第一章：综述了菜园土壤Pb、Cd的污染及危害，以及重金属Pb、Cd生物有效性的意义及研究方法，并对国内外土壤重金属污染的治理技术进行了归纳、总结。
　　 第二章：污染菜园土壤Pb和Cd的化学原位钝化试验。以污染土壤Pb和Cd为研究对象，通过在土壤中添加不同种类的钝化剂，采用改进的Tessier连续提取法对钝化后的土壤进行提取，以筛选出能够有效钝化Pb和Cd的单一钝化剂。结果表明，油菜粉(RP)和壳聚糖(CHI)对降低水溶态和可交换态Cd的效果较好，分别达到22%和29%。而对于水溶态和可交换态Pb的钝化，腐殖酸(HA)和椰糠(COH)的效果最好，与对照组相比，分别降低了30%和20%。
　　 第三章：土壤Pb和Cd化学原位钝化的稳定同位素标记研究。根据之前的单一钝化剂筛选试验结果，在土壤中分别加入几种应用较为成熟的无机钝化剂，形成复合钝化剂组合。在污染土壤中采用稳定同位素对Pb和Cd进行标记，并采用复合钝化剂进行钝化试验。结果表明，与对照组相比，钝化土壤中活性较强的水溶态和可交换态206Pb含量明显降低，而残渣态Pb含量则有一定程度的上升。同样地，水溶态和可交换态标记112Cd含量有一定程度的降低，而碳酸盐结合态、铁锰氧化态和残渣态的标记12Cd均有不同程度的升高。不同钝化剂的钝化结果表明：椰糠和石灰(COH+LM)的组合对水溶态和可交换态206Pb均有较好的钝化效果，钝化率分别达到24%和73%。活性炭和米糠组合(AC+RH)对水溶态112Cd的钝化率最高，可达96%；沸石和壳聚糖组合(ZL+CHI)对可交换态Cd的钝化效果最明显，达到59%。
　　 第四章：原位钝化抑制土壤Pb和Cd生物有效性的稳定同位素标记研究。通过同位素标记并结合盆栽试验，研究钝化过程中土壤不同形态Pb和Cd的迁移和转化特征。结果表明，石灰和椰糠(LM+COH)组对蔬菜可食部分吸收206Pb的抑制率为53%。而沸石和壳聚糖(ZL+CHI)组对蔬菜可食部分吸收112Cd的抑制率达到了56%。三组钝化剂的应用有效降低了蔬菜不可食部分对标记206Pb的吸收，均达到了显著的钝化效果(p<0.05)。从钝化剂降低蔬菜不可食部分对112Cd的吸收情况看，HA+RP组和AC+RH组均达到了显著的钝化效果(p<0.05)，与对照组相比，降幅分别为70%和67%。由于有机配位键能够与过渡金属形成稳定的配合物，而腐殖酸是有机质腐烂分解后最主要的成分，因此腐殖酸和腐败油菜(HA+RP)的组合可以有效降低根部对标记112Cd的吸收；而石灰的施入提高了土壤本身的pH和有机质含量，使可交换态Pb更多的与有机质结合在一起，从而减低其植物可利用性。同时，试验采用DGT法对钝化剂抑制112Cd的效率进行评价，并与盆栽试验比对，结果表明DGT装置中的有效态112Cd与土壤中具有生物活性的112Cd有显著的相关性(R2>0.89)，但同位素标记法可揭示种植过程中土壤206Pb、112Cd形态间的迁移和转化，并可准确地反映原位化学钝化对土壤Pb、Cd生物活性的抑制，可为土壤重金属污染的进一步治理提供理论依据。

目录

文摘

英文文摘

主要符号表

第1章 引言

1.1 菜园土壤重金属Pb和Cd的污染和危害

1.1.1 土壤Pb和Cd的污染

1.1.2 土壤Pb和Cd的危害

1.2 菜园土壤中Pb和Cd生物有效性的评价方法

1.3 土壤Pb和Cd的修复技术

1.4 选题依据及研究路线

1.4.1 选题依据

1.4.2 研究内容

第2章 污染菜园土壤Pb和Cd的化学原位钝化试验

2.1 引言

2.2 试验部分

2.2.1 仪器与试剂

2.2.2 土壤样品的采集

2.2.3 土壤样品的处理

2.2.4 钝化剂的处理及钝化试验

2.2.5 改进Tessier法连续提取

2.2.6 Pb和Cd形态的测定

2.3 结果与讨论

2.3.1 钝化剂对Pb的钝化效果

2.3.2 钝化剂对Cd的钝化效果

2.4 本章小结

第3章 污染菜园土壤Pb和Cd稳定同位素标记及原位钝化对活性的研究

3.1 引言

3.2 试验部分

3.2.1 仪器和试剂

3.2.2 供试土壤

3.2.3 土壤Pb和Cd形态的稳定性同位素定量标记方法的研究

3.2.4 同位素标记土壤Pb和Cd的原位钝化试验

3.2.5 土壤中标记Pb和Cd形态的测量方法

3.2.6 统计分析

3.3 结果与讨论

3.3.1 土壤Pb和Cd形态的同位素标记结果

3.3.2 原位钝化对土壤Pb和Cd形态迁移转化的影响

3.4 本章小结

第4章 原位钝化抑制土壤Pb和Cd生物有效性的稳定同位素标记研究

4.1 引言

4.2 试验部分

4.2.1 仪器和试剂

4.2.2 土壤同位素标记及钝化处理

4.2.3 芥菜盆栽试验

4.2.4 DGT装置的安装

4.2.5 土壤中Pb和Cd形态的提取

4.2.6 统计分析

4.3 结果与讨论

4.3.1 种植过程中根际土壤基本性质(pH、OM、CEC)的变化

4.3.2 种植过程中根际土壤Pb和Cd生物有效态的迁移转化

4.3.3 钝化对植物吸收土壤Pb和Cd及其在植株体内分布的影响

4.3.4 土壤Pb和Cd生物有效性的DGI、试验结果

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

在学期间发表的学术论文