超声波活化风化煤对土壤中Hg形态及土壤酶活性的影响研究

摘要

重金属汞(Hg)具有持久性、易迁移性、高度生物富集性，且毒性很强，其可以通过大气沉降、工业生产废料和城市生活垃圾的堆放、农用耕作不合理地施用含汞的肥料和农药以及灌溉等途径进入土壤，不仅危害土壤质量、地下水安全、作物的产量和质量，而且可以通过食物链危害人类的健康。近几年，风化煤作为土壤改良剂广泛受到关注，风化煤中含有大量的再生腐植酸和多种含氧活性功能团，如羧基、醌基、酚羟基、醇羟基等，不仅可以改良土壤的环境条件，还可以治理土壤重金属污染。现有的研究工作主要集中于湖泊、河流等水生态系统中汞的迁移富集研究，而对汞在陆地生态系统中的行为及其影响研究较少。本课题研究超声波活化风化煤对土壤中汞形态和土壤酶活性的影响，旨在为汞污染的区域施加风化煤肥料提供理论依据。主要研究结果如下:
　　(1)超声波能够明显提高风化煤中游离腐植酸的产率，但是活化受多个因素的影响。一定条件下，风化煤中游离腐植酸的含量与超声波功率、超声时间及水煤比呈现正相关性。本实验条件下，超声波活化风化煤中腐植酸的最优条件是:水煤比8∶1、超声波功率500 W、超声时间40 min，此条件下风化煤中游离腐植酸含量为8.36％，较未活化风化煤中游离腐植酸含量提高了7.67倍。
　　(2)超声波活化风化煤对土壤中汞形态和总汞含量的影响研究结论为:在风化煤添加量20、40、60、80 g/kg条件下，土壤中汞的形态主要以有机结合态和残渣态为主。在风化煤添加量20、40、60、80g/kg条件下，土壤中溶解态与可交换态、特殊吸附态、氧化态的Hg的量均低于对照，有机结合态、残渣态Hg的量均显著高于对照值。而且添加活化风化煤的溶解态与可交换态、特殊吸附态、氧化态的Hg的量低于添加未活化风化煤条件下的汞形态含量，说明活化风化煤能够更好地降低土壤中Hg的可移动性，从而降低了土壤中Hg的生物毒性，使得植物中Hg的含量降低，小白菜对Hg的富集减弱。在土壤中汞添加量0、1.0、1.5、2.0mg/kg条件下，添加活化风化煤80g/kg时，土壤中总汞含量达到最大值，而小白菜中Hg的含量最小，小白菜对Hg的富集作用最弱。
　　(3)风化煤对土壤酶（过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶）活性的影响研究结论为:随着土壤中重金属汞浓度的增加，土壤酶（过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶）的活性逐渐降低，说明重金属汞对土壤酶活性有一定的抑制作用。在风化煤添加量20、40、60、80g/kg条件下，与对照相比，土壤酶活性均升高，且添加超声波活化风化煤条件下的土壤酶活性高于添加未活化的风化煤，说明风化煤可以缓解重金属汞对土壤酶的抑制作用，且超声波活化后的风化煤较未活化的风化煤能更大程度缓解重金属对土壤酶活性的抑制作用，形成更多的NH4+和利于土壤中碳的转化，有利于植物的生长。在添加超声波活化风化煤量60-80g/kg条件下:汞污染土壤中土壤酶（过氧化氢酶、脲酶、蔗糖酶）活性与空白组中土壤酶活性最相近。因此施入适量超声波活化风化煤（60-80g/kg，以风化煤计），可以有效地减轻土壤中重金属汞污染对小白菜的毒害。