矿物肥料联合稻壳生物炭对镉铅污染土壤的修复研究

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中国几十年的城市化与工业化导致相当一部分农田土壤铅镉含量已达到重金属污染程度。国内采用化学钝化技术治理时,经常侧重于某类或某种钝化材料的应用,容易导致钝化重金属的种类以及效果上的欠缺,因此本文将矿物肥料与生物炭联合起来研究它们对镉铅污染土壤的修复效果。论文依托“矿物肥料对农田土壤的调理与重金属修复技术方法研究(重点)”项目,进行了前期的室内吸附实验,中期的动态淋滤实验,后期的盆栽实验。研究发现矿物肥料联合稻壳生物炭对镉铅重金属污染土壤的治理效果比单一矿物肥料或稻壳生物炭效果更好,且两者不同的配比会有不同的治理效果。论文取得的主要成果如下:(1)吸附实验表明:C700(700℃制备的稻壳炭)吸附Pb2+与Cd2+的效果最好。C700吸附Pb2+的效果略优于矿肥,但对Cd2+的吸附效果不及矿肥。C700对Pb2+的等温吸附行为更加符合Freundlich等温吸附模型。矿肥对Cd2+的等温吸附行为更加符合Langmuir等温吸附模型。在镉铅复合溶液吸附实验中C700吸附Cd2+的能力受到了一定程度上的抑制。C700与矿肥复合后加强了对镉铅复合溶液中Cd2+与Pb2+的吸附效果。(2)淋滤实验表明:复合配方能够让整个淋滤过程中的Pb与Cd比较平稳并且更少的被淋滤出来。就Pb与Cd淋出总量而言:Pb淋出总量较小的两组为C3K7(较空白组降低74.6%)与C7K3(较空白组降低72.8%);而Cd淋出总量于矿肥添加量成正比,Cd淋出总量最少为C10K0(较空白组降低50.2%)与C7K3(较空白组降低13.4%)。(3)较长期的盆栽实验表明:单加矿肥,会导致根系土的Pb从可还原态向可氧化态迁移转化;单加矿肥虽对根系土Cd弱酸溶态影响较小,但会促进根系土中的Cd由可氧化态以及可还原态向残渣态迁移转化,而稻壳炭则相对促进土壤中弱酸溶态Cd向可还原态迁移转化。而矿肥与稻壳炭复合后,弱酸溶态或可还原态Cd含量降低时,残渣态或可氧化态Cd含量会增加。矿肥能够促进小白菜的生长,C1K2组达到最大促进值,相比空白组增重38.12%。单加矿肥会一定程度上促进小白菜对Pb的吸收,而复合配方C2K1组降低小白菜对Pb的吸收效果最佳,相比空白组降低了24%;所有配方组都降低了小白菜对Cd的吸收量,其中配方组C1K2组降低小白菜对Cd的吸收效果最佳,相比空白组降低了38%。由于采集土壤中Pb与Cd的污染程度不同,应优先考虑对Cd的钝化效果最优,对铅具有钝化效果即可,故选用C1K2配方(稻壳炭和矿肥按1:2比例复合)。此种配方使用下,植物中Pb含量相比空白组降低达到了9%,Cd含量相比空白组降低了38%;植物的生长量相比空白组增重38.12%。这样促进小白菜生长同时,又钝化了土壤中Pb与Cd,最后还减少了小白菜体内Pb与Cd的积累量。
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