不同堆肥产品和凹凸棒土联用修复镉污染土壤的应用

来源 :四川农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chen19881220
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钝化修复技术因其修复效率快捷、操作便捷、经济等优势,成为近年来大面积土壤重金属轻度污染修复领域研究的热点技术之一。当前,单独施用凹凸棒土、单独施用堆肥产品用于修复重金属污染土壤已得到证实,但单独施用堆肥产品腐殖质中富里酸对土壤重金属具有一定的活化作用,降低堆肥产品修复重金属的钝化效果,这些限制了它们钝化修复土壤重金属的应用。在堆肥过程中,不同原生生物质、腐殖化条件和腐殖化程度都会对腐殖质的化学组成、官能团及结构造成差异。此外,凹凸棒土具有特殊的链层状结构,具有比表面积大、吸附能力强的特点,可以与堆肥产品结合形成腐殖质-无机矿物-重金属三元复合物。因此,不同堆肥产品中腐殖质差异,会影响堆肥产品中腐殖质、重金属、凹凸棒土两两之间或者三者之间的络合、螯合作用等,对土壤重金属钝化修复的成败至关重要。所以,将堆肥产品和凹凸棒土联用,进行一些优势互补,似乎是钝化土壤重金属、改善土壤理化性质的更有效途径。然而,堆肥产品和凹凸棒土联用对镉污染土壤的钝化修复效果和作用机理尚不去清楚。因此,仍需更多的证据去证明堆肥产品和凹凸棒土联用钝化修复镉污染土壤应用的可行性。本研究拟通过4种不同原料堆肥(猪粪:秸秆=1:1;猪粪:秸秆:豆渣=4.5:4.5:1;猪粪:秸秆:茶叶=3:3:2;猪粪:秸秆:豆渣:茶叶=4:4:1:1),将4种不同原料堆肥产品和凹凸棒土联用钝化修复镉污染土壤(单独施用堆肥产品、单独施用凹凸棒土、4种不同堆肥产品和凹凸棒土联用处理的添加量分别为:2%、2%和1%+1%)。系统评价了不同堆肥产品和凹凸棒土联用对土壤肥力、土壤酶活等土壤质量的影响,研究了堆肥产品和凹凸棒土联用对镉的钝化效果和小白菜的镉富集的影响,为其用于镉污染土壤治理提供理论基础和科学依据。本文主要研究结果如下:(1)堆肥产品和凹凸棒土联用处理土壤p H、电导率、有机质、全氮、全钾、溶解性有机碳、速效氮、速效磷、速效钾均显著增加(p<0.05)。与无任何添加处理(CK)相比,所有添加土壤钝化剂处理p H增加了0.07-1.94,土壤电导率增加了0.07-0.19ds.m-1,且添加1%凹凸棒土和1%由猪粪:秸秆:豆渣=4.5:4.5:1堆置的堆肥产品处理(C2+A)、单独添加2%凹凸棒土处理(A)分别增加1.82和1.94。与单独施用凹凸棒土处理相比,4种堆肥产品和凹凸棒土联用处理,溶解性有机碳均分别增加4.65 ml.L-1-25.41 ml.L-1,碱解氮均分别增加0.1-2.8mg.kg-1,速效均分别增加0.19-0.31 mg.kg-1,速效钾均分别增加45.77-61.66 mg.kg-1。可见,堆肥产品和凹凸棒土联用能增加土壤养分。(2)与CK相比,所有添加土壤钝化剂处理,对脲酶、蔗糖酶、过氧化氢酶均显著增加,但对磷酸酶存在一定的抑制作用,其中脲酶分别增加1.24-2.16倍,C2+A对脲酶活性增加最显著,蔗糖酶分别增加1.02-2.93倍,过氧化氢酶分别增加2.42-3.31倍。(3)与CK相比,所有处理Ca Cl2-Cd含量分别降低30.65%-96.47%,其中C2+A处理Ca Cl2-Cd含量降低了96.38%。所有处理均降低了酸溶态镉、还原态的含量,氧化态的比例变化差异不大,均增加残渣态镉含量。C2+A处理最显著降低6%酸溶态,显著降低4%还原态,最显著增加7%残渣态。可见,堆肥和凹凸棒土联用后更有利于钝化土壤镉。(4)本试验对比最优处理C2+A钝化修复前后土壤的傅里叶变换光谱和扫描电镜。扫描电镜图显示,与原始土壤相比,C2+A修复后的土壤表面出现大量颗粒。傅里叶红外光谱图进一步显示,在官能团区域,部分特征峰有位移、峰强增强、新单峰形成等现象。综上,推测可能是堆肥产品和凹凸棒土的活性官能团,如羧基、羟基等,通过吸附、络合、层间离子交换、共沉淀等作用与土壤中的镉发生反应,或是凹凸棒土-腐殖质-镉三者之间形成三元复合物,从而在土壤表面形成颗粒,增强镉的沉淀。(5)评价了不同堆肥产品和凹凸棒土联用对植物地上可食用部分生长量和镉含量的影响。盆栽实验表明,与CK相比,所有处理小白菜可食用部分鲜重均增加1.18-2.97倍,镉含量均降低0.12-0.32 mg.kg-1,生物富集系数均降低0.09-0.24,其中C2+A最优处理组中的,小白菜可食用部分鲜重显著增加2.97倍,可食用部分镉含量显著降低0.32 mg.kg-1,生物富集指数降低0.24。可见,堆肥产品和凹凸棒土联用更有利于增加小白菜可食用部分鲜重,减少小白菜可食用部分镉含量,降低生物富集系数。
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