钝化材料复配对Cd污染土壤修复效果研究

摘要

目前，由重金属Cd造成的农田污染问题日益严重，Cd不仅影响作物的产量和安全，还能通过食物链威胁人体健康。在众多的修复方法中，原位钝化修复因具有修复速率快、效果好、操作简单的特点而较为适合大面积污染土壤的修复。钝化修复效果受到土壤类型、钝化剂种类、施用方式等的影响，针对不同污染特点选择合适的钝化剂及其施用方式是该技术达到较优效果的关键。本研究首先通过吸附试验探讨了生物炭、粉煤灰、汉白玉三种钝化材料的吸附特性，进一步通过正交设计探讨了三种钝化材料不同复配方式在土壤培养试验、盆栽试验、大田试验条件下对Cd污染土壤的修复效果，主要研究结果如下:
　　(1)生物炭、粉煤灰、汉白玉三种钝化材料对溶液中Cd2+的吸附符合Freundlich模型和准二级动力学模型，吸附过程为物理吸附和化学吸附共同作用。三种材料的饱和吸附量分别为50.61mg g-1、47.79mg g-1、42.92mg g-1，吸附难易程度和吸附亲和力大小表现为粉煤灰＞生物炭＞汉白玉，吸附速率表现为生物炭＞汉白玉＞粉煤灰。溶液初始pH值在3.5～8.5范围内，随着pH值的升高，生物炭和汉白玉对Cd2+的吸附量先升高，后降低，粉煤灰对Cd2+的吸附量持续升高，生物炭、粉煤灰、汉白玉的吸附量分别在pH值为7.5、8.5、6.5时达到最大。
　　(2)不同培养时间下，三种钝化材料不同复配方式均能显著提高土壤pH值，降低土壤有效Cd含量。培养30天后，中性和酸性土壤pH值分别升高0.27～0.52和0.20～1.34个单位，土壤有效Cd含量降幅分别为10.52％～25.63％和8.47％～32.66％。随着培养时间的延长，两种土壤有效Cd含量均表现为先降低后趋于稳定的趋势，不同处理之间存在差异。中性土壤上有效Cd含量0～3天降幅最大，9～15天不同处理陆续达到平衡;酸性土壤上有效Cd含量0～5天降幅最大，7～15天不同处理陆续达到平衡。以钝化效果作为评价指标，在中性土壤上，1.5％生物炭+1.5％粉煤灰+0.5％汉白玉复配效果最好;酸性土壤上1.5％生物炭+0.5％粉煤灰+1.5％汉白玉复配效果最好。
　　(3)盆栽条件下，三种钝化材料不同复配方式均能显著提高中性和酸性土壤pH值，降低土壤有效Cd含量，有效Cd含量降幅分别为7.24％～25.98％和9.46％～24.41％。钝化材料复配过程中，当汉白玉用量较高，生物炭用量较低时，小白菜生长受到一定抑制，其余复配处理能够保证小白菜的稳产或增产。不同复配处理下，种植在中性和酸性土壤上的小白菜可食部位Cd含量均显著降低，降幅分别为9.46％～22.51％和9.10％～24.39％。以小白菜可食部位Cd含量作为评价指标，中性土壤上，1％生物炭+0.5％粉煤灰+1％汉白玉、0.5％生物炭+1.5％粉煤灰+1.5％汉白玉、1.5％生物炭+1％粉煤灰、1％生物炭+1％粉煤灰+0.5％汉白玉四种复配处理效果最好;酸性土壤上，1.5％生物炭+1％汉白玉、1％生物炭+0.5％粉煤灰+1％汉白玉、1％生物炭+1％粉煤灰+0.5％汉白玉三种复配处理效果最好。
　　(4)大田条件下，钝化材料添加后连续种植三季小白菜，三种钝化材料不同复配处理均能显著提高土壤pH值，降低土壤有效Cd含量，保证小白菜的正常生长。钝化材料施用后，三季小白菜可食部位Cd含量均显著降低，降低幅度分别为12.60％～29.28％、7.83％～25.07％、3.12％～19.31％。三种材料的不同复配方式在连续三个白菜季中均具有一定的持续效果，材料的作用效果在第三季时有所减弱。以小白菜可食部位Cd含量作为评价指标，1％生物炭+0.5％粉煤灰+1％汉白玉、1.5％生物炭+1.5％粉煤灰+0.5％汉白玉两种复配方式效果最好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．2国内外研究现状

1．2．1钝化剂的种类

1．2．2钝化修复机理

1．2．3钝化修复效果评价方法

1．3研究内容和技术路线

1．3．1研究内容

1．3．2技术路线

第二章钝化材料对Cd的吸附特性

2．1材料与方法

2．1．1供试材料

2．1．2试验设计与处理

2．1．3测定项目及方法

2．1．4数据处理

2．2结果与分析

2．2．1钝化材料对溶液中Cd2+的等温吸附特征

2．2．2钝化材料对溶液中Cd2+的动力学吸附

2．2．3钝化材料在不同初始pH值条件下对溶液中Cd2+的吸附

2．3讨论

2．4小结

第三章钝化材料复配对土壤Cd的固定效果

3．1材料与方法

3．1．1供试材料

3．1．2试验设计与处理

3．1．3样品采集与制备

3．1．4测定项目及方法

3．1．5数据处理

3．2结果与分析

3．2．1钝化材料复配对土壤pH值的影响

3．2．2钝化材料复配对土壤有效Cd含量的影响

3．3讨论

3．4小结

第四章钝化材料复配对土壤Cd生物有效性的影响

4．1材料与方法

4．1．1供试材料

4．1．2试验设计与处理

4．1．3样品采集与制备

4．1．4测定项目及方法

4．1．5数据处理

4．2结果与分析

4．2．1钝化材料复配对土壤pH值和有效Cd含量的影响

4．2．2钝化材料复配对小白菜生物量的影响

4．2．3钝化材料复配对小白菜可食部位Cd含量的影响

4．3讨论

4．4小结

第五章钝化材料复配在Cd污染农田中的应用效果

5．1材料与方法

5．1．1供试材料

5．1．2试验设计与处理

5．1．3样品采集与制备

5．1．4测定项目及方法

5．1．5数据处理

5．2结果与分析

5．2．1钝化材料复配对土壤pH的影响

5．2．2钝化材料复配对土壤有效Cd含量的影响

5．2．3钝化材料复配对小白菜生物量的影响

5．2．4钝化材料复配对小白菜可食部位Cd含量的影响

5．2．5钝化材料复配对土壤Cd的后效作用

5．3 讨论

5．4小结

第六章全文主要结论和研究展望

6．1全文主要结论

6．2研究展望

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术论文