添加秸秆对污染土壤重金属活度的影响及对水体重金属的吸附效应

摘要

我国工业化、城市化进程的加快，交通运输业的快速发展以及向农田投入大量化肥、农药等化学物质，土壤及水体重金属污染日益严重。探讨污染土壤与水体中重金属活度的影响因素与调控措施对生态环境的保护具有重要意义。作物秸秆资源来源丰富，且数量巨大，但目前我国秸秆资源未能得到充分利用。许多研究已经证实，土壤溶解性有机碳(DOC)可以通过络合/螯合作用促进土壤重金属的溶出，而农田施用秸秆后因其在腐解过程中可产生大量中间产物，成为DOC的重要来源。但目前针对施用秸秆对土壤重金属溶出的影响及其与DOC间的关系报道甚少。此外，秸秆自身带有可与重金属结合的活性基团，其对水体重金属的吸附效应尚未见相关的研究报道。本文以油菜、小麦、水稻等秸秆为材料，研究了添加秸秆对人工模拟的单一重金属元素污染中重金属元素镉、。铜活度以及溶解性有机碳(DOC)浓度的影响，并深入研究不同秸秆类型对土壤中重金属活度影响的差异，从污染土壤中重金属活度与DOC间的关系探讨造成该差异的原因，以期为秸秆还田的生态风险评价及合理施用秸秆提供依据。此外，本试验尝试利用作物(油菜)秸秆直接吸附水体中的重金属元素，以探讨将作物秸秆用于重金属污染水体处理的可行性。主要研究结果如下： (1)添加秸秆可明显促进土壤中重金属元素镉和铜的溶出，且随着秸秆加入量的增加，土壤溶液中的重金属元素浓度也增加。土壤溶液中DOC浓度也随秸秆加入量的增加而显著提高。相关分析表明污染土壤铜、镉的溶出与DOC间存在极显著的线性正相关关系，初步表明添加秸秆是通过增加土壤中DOC含量而促进污染土壤中重金属溶出的。 (2)EDTA对污染土壤中重金属有极好的溶出效果，特别是对铜的溶出效果远好于对镉的溶出效果。但另一方面也会加快对土壤中营养元素的流失，不利于对污染土壤的长久治理。 (3)小麦秸秆和水稻秸秆可以明显促进污染土壤中重金属镉和铜的溶出。但两处理间土壤溶液中铜、镉浓度的变化趋势存在差异。小麦秸秆处理污染土壤中铜、镉浓度的峰值出现在淹水培养的第5天，而水稻秸秆处理污染土壤中重金属峰值浓度出现在第3天。达到最大值后两种秸秆处理的污染土壤中重金属元素都呈现下降趋势，并在60天时最低。 (4)无论是小麦秸秆还是水稻秸秆均可显著提高土壤DOC的浓度，但在添加量相同的情况下，麦秸处理的DOC水平明显高于稻秸处理。(5)就同一种重金属污染而言，小麦秸秆促进重金属溶出的作用大于水稻秸秆；造成该差异的原因是小麦秸秆因碳氮比高于水稻秸秆，产生的DOC水平明显高于水稻秸秆。(6)同一种秸秆对Cu溶出的促进效应高于对Cd溶出的促进效应，可能与DOC中的活性基团对铜、镉的络合/螯合能力存在差异有关。(7)添加小麦秸秆和水稻秸秆对土壤的pH影响不大，而两者降低土壤Eh的幅度相近，可以进一步证实两种秸秆促进重金属溶出的差异主要来自DOC的差异。(8)供试秸秆材料对溶液中重金属元素镉和铜具有较强的吸附能力，最大吸附量分别在39.06mg·g-1和29.67mg·g-1，但秸秆材料对铜的亲和性大于对镉的亲和性，其原因有待与进一步的深入研究。

目录

声明

文献综述

1我国土壤重金属污染概况

2土壤重金属污染来源

3重金属污染的治理

3.1工程治理方法

3.2农艺调控措施

3.3植物修复法

4我国秸秆利用现状

5土壤溶解性有机碳DOC

5.1 DOC来源与存在状况

5.2影响土壤DOC含量的因素

6本实验的选题依倨与创新之处

第一部分秸秆对污染土壤中重金属活度的影响研究

1材料与方法

1.1供试土壤

1.2供试秸秆

1.3重金属标准溶液的配置

1.4试验设计

1.5 TOC测定方法

2结果与分析

2.1秸秆加入量对土壤溶液中镉及DOC浓度的影响

2.2油菜秸秆加入量对土壤溶液中铜及DOC浓度的影响

2.3 DOC对土壤中重金属溶出的作用

2.4 EDTA对污染土壤中重金属活度的影响

3讨论

3.1土壤对重金属有很强的固定作用

3.2关于土壤DOC的来源

3.3秸秆加入量对DOC的影响

3.4添加秸杆对污染土壤重金属溶出的影响

3.5添加秸杆影响重金属浓度活度的机理

3.6 EDTA对污染土壤中重金属的活化作用

4结论

第二部分不同秸秆对污染土壤中重金属活度影响的差异

1材料与方法

1.1供试土壤

1.2供试秸秆

1.3研究方法

2结果与分析

2.1添加小麦秸秆对土壤溶液中镉、铜及DOC浓度的影响

2.2添加水稻秸秆对土壤溶液中镉、铜及DOC浓度的影响

2.3小麦秸秆与水稻秸秆对土壤中重金属溶出差异

3讨论

3.1小麦、水稻秸秆对污染土壤重金属镉和铜活度的影响

3.2影响土壤重金属活度的主要因素

3.3重金属镉和铜的溶出与DOC的关系

3.4小麦秸秆与水稻秸秆对土壤中重金属溶出作用的差异

4结论

第三部分秸秆对溶液中重金属的直接吸附作用研究

1材料与方法

1.1供试秸秆

1.2重金属溶液的配置

1.3研究方法

2结果与分析

2.1低浓度下油菜秸秆对溶液中镉和铜的吸附作用

2.2油菜秸秆对溶液中镉和铜的恒温吸附曲线

3讨论

4展望

第四部分综合讨论

1.添加秸秆对土壤中重金属活度的影响

2添加秸秆对水体重金属的吸附效应

参考文献

致谢