调控稻田土壤中Pb、Cd和As复合污染组配改良剂的研发与应用

摘要

本论文将石灰石、海泡石、二氧化钛和硫酸铁等不同固化材料进行多比例的单一、两元和三元组配，加入重金属污染土壤中，通过30天熟化培养试验，筛选出效果较好的2个组配:石灰石+海泡石+二氧化钛(LST)和石灰石+海泡石+硫酸铁(LSF)。通过水稻盆栽试验，研究了在不同施用量下(0、1、2、4、8、16 g·kg-1)两种组配改良剂对模拟稻田系统中Pb、Cd和As的钝化效果，以及水稻各部位对Pb、Cd和As的吸收与累积。主要研究结果如下:
　　(1)多元组配改良剂钝化效果优于单一改良剂，几种组配中效果较好的是石灰石(L)+海泡石(S)+二氧化钛(T)和石灰石(L)+海泡石(S)+硫酸铁(F)，即(LST)和(LSF)。与对照相比，添加L8S4T2(数字2、4、8表示添加量g·kg-1，下同)时，土壤pH值上升了1.02个单位，土壤中交换态Pb、Cd和As含量分别降低了97.0％、42.7％和42.9％;土壤中的TCLP提取态Pb、Cd、As含量分别下降了51.7％、40.5％和32.5％;添加L8S4F2时，土壤pH值上升了0.61个单位，土壤中交换态Pb、Cd和As含量分别降低了95.2％、43.8％和52.4％;土壤中的T℃LP提取态Pb、Cd和As含量分别下降了46.3％、42.7％和54.5％。
　　(2)在水稻盆栽试验中，与对照相比，组配改良剂LST和LSF均使土壤pH值和阳离子交换量(CEC)上升，且与对照之间均存在显著差异(p＜0.05）;两种组配改良剂相比，LST比LSF使土壤pH值上升的更多，使土壤CEC值上升较少。施用1-16 g·kg-1的LST，熟化15天后的土壤(SH)中Pb、Cd交换态含量分别下降了76.0％-100.0％、43.1％-94.9％，Pb、Cd的TCLP提取态含量分别降低了21.0％-51.0％、7.9％-17.4％，As交换态含量则上升了23.6％-172.4％，As的TCLP提取态含量上升了41.7％-105.4％。水稻成熟后土壤(CS)中Pb、Cd和As的交换态含量分别降低16.8％-88.3％、22.4％-73.7％和2.25％-43.8％，Pb、Cd和As的TCLP提取态含量分别降低了14.4％-34.0％、10.8％-23.5％、14.3％-48.3％，均与对照之间存在显著差异。随着LSF施用量的增加(1-16 g·kg-1)，SH土壤中Pb、Cd交换态含量分别下降了72.3％-99.5％、41.9％-94.1％，Pb、Cd的TCLP提取态含量分别降低了30.6％-64.0％、13.5％-25.1％，As交换态含量上升了24.4％-90.2％，As的TCLP提取态含量上升了25.4％-91.1％; CS土壤中Pb、Cd和As的交换态含量分别降低20.2％-86.9％、20.7％-51.2％和18.0％-55.1％，Pb、Cd和As的TCLP提取态含量分别降低了4.3％-42.6％、10.8％-32.7％和8.1％-35.9％。
　　(3)在水稻盆栽试验中，施用LST和LSF均能显著降低水稻植株对Pb、Cd和As的吸收。当LST和LSF施加量为16 g·kg-1时，糙米中Pb、Cd和As的含量分别降低50.7％、64.7％、34.1％和40.7％、40.7％、36.2％。水稻各部位对Pb和As的转运能力为谷壳＞茎叶＞根系，对Cd的转运能力为谷壳＞根系＞茎叶，水稻中谷壳向糙米转运Pb、Cd和As的能力为Cd＞As＞Pb。施加LST和LSF后，水稻糙米中Pb、Cd和As含量与土壤Pb、Cd和As交换态含量之间存在极显著的正相关关系，与土壤pH值之间存在显著的负相关关系。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 土壤中Pb、Cd和As的基本性质

1．2 土壤中Pb、Cd和As污染的来源、危害以及污染现状

1．2．1 土壤中Pb、Cd等重金属污染的来源

1．2．2 土壤Pb、Cd等重金属污染的危害

1．2．3 土壤As污染的来源

1．2．4 土壤As污染的危害

1．2．5 湖南省土壤Pb、Cd和As污染现状

1．3 土壤Pb、Cd等重金属和As污染修复与控制技术

1．3．1 物理修复

1．3．2 化学修复

1．3．3 生物修复

1．4 稻田土壤Pb、Cd等重金属和As污染的治理

1．5 研究内容

1．6 研究意义

1．7 课题来源

第二章 材料与方法

2．1 供试材料、试剂与实验仪器

2．2 组配改良剂的筛选

2．3 水稻盆栽实验设计

2．4 样品分析方法

2．4．1 土壤pH值测定方法

2．4．2 重铬酸钾氧化-比色法测土壤有机质

2．4．3 氯化钡-硫酸强迫交换法测阳离子交换量

2．4．4 土壤重金属交换态含量

2．4．5 土壤As交换态含量

2．4．6 TCLP毒性浸出试验

2．4．7 干灰化法测植物中重金属总量

2．4．8 干灰化法测植物中总砷

2．5 质量监控

2．6 数据处理

第三章 组配改良剂的筛选

3．1 单一改良剂对土壤pH值及Pb、Cd和As有效态含量影响

3．2 两元组配改良剂对土壤pH值及Pb、Cd和As有效态含量影响

3．3 三元组配改良剂对土壤pH值及Pb、Cd和As有效态含量影响

3．4 讨论

3．5 小结

第四章 组配改良剂对水稻种植土壤性质的影响

4．1 土壤理化性质的变化

4．2 组配改良剂对土壤中Pb、Cd和As交换态含量影响

4．2．1 组配改良剂对SH土壤Pb、Cd和As交换态含量影响

4．2．2 组配改良剂对CS土壤中Pb、Cd和As交换态含量影响

4．3 组配改良剂对土壤中TCLP浸出态Pb、Cd和As含量的影响

4．4 SH和CS土壤中Pb各提取态含量与土壤理化性质的相关性

4．5 SH和CS土壤中Cd各提取态含量与土壤理化性质的相关性

4．6 SH和CS土壤中As各提取态含量与土壤理化性质的相关性

4．7 讨论

4．8 小结

第五章 组配改良剂对水稻生长和各部位重金属及As含量与转运的影响

5．1 组配改良剂对水稻植株生物量的影响

5．2 组配改良剂对水稻根系中Pb、Cd和As含量的影响

5．3 组配改良剂对水稻茎叶中Pb、Cd和As含量的影响

5．4 组配改良剂对水稻谷壳中Pb、Cd和As含量的影响

5．5 组配改良剂对水稻糙米中Pb、Cd和As含量的影响

5．6 组配改良剂对Pb、Cd和As在水稻各部位转运系数的影响

5．7 水稻糙米Pb、Cd、As含量与成熟期土壤pH值和Pb、Cd、As各提取态含量的相关性

5．8 讨论

5．9 小结

第六章 结论

6．1 组配改良剂的筛选

6．2 组配改良剂对土壤中Pb、Cd和As各提取态含量的影响

6．3 组配改良剂对水稻各部位中Pb、Cd和As含量的影响

第七章 创新点与展望

7．1 创新点

7．2 展望

参考文献

附录 攻读硕士学位期间的主要学术成果

致谢