农田重金属污染土壤的化学微生物修复及植物效应研究摘要
土壤重金属污染是世界农业可持续发展所面临的重要环境问题之一。本文针对铜矿和铅锌矿开采导致的两种类型农田重金属污染土壤,利用化学修复方法,研究了淋洗剂种类、土壤颗粒度、温度、淋洗时间、淋洗液pH等因素对污染土壤重金属去除率影响,同时也首次研究了外生菌根真菌发酵液对土壤重金属的溶解效果。通过分析淋洗前后土壤酶活性、植物生物量等指标,评价了化学淋洗对土壤理化性质和植物生长的影响,并对淋洗后土壤进行功能恢复性研究,以期为化学淋洗修复技术的应用提供理论依据。主要研究结果如下:采用振荡浸提的方法,比较了柠檬酸、草酸、乙酸、EDDS、Na2EDTA、盐酸、硝酸和硫酸等浸提剂对污染土壤重金属的浸提效果。结果表明,水土比10:1时,25℃振荡浸提24h后,0.1 mol·L-1柠檬酸对土壤Cu和Zn的浸出率分别为35.4%和35.1%;10 mmol·L-1EDDS对Cu、Pb、Zn的浸出率分别为80.2%、27.3%和 15.6%;10mmo1·L-1 Na2EDTA对Cu、Pb、Zn的浸出率分别为67.2%、48.2%和45.1%;无机淋洗剂中盐酸的浸提效果最佳,1mol·L-1盐酸对Cu、Pb、Zn的浸出率分别为55.3%、39.4%和44.6%。对于浸提前后土壤铜各级形态进行分析发现,水土比10:1时,0.1 mol·L-1柠檬酸浸提后,铜污染土壤的总铜含量下降了 35.3%,其中铁锰氧化态、残渣态、有机结合态和碳酸盐结合态分别下降了 22.9%、9.8%、3.9%和1.1%,而离子交换态则上升了2.5%。10mmo1·I-1Na2EDTA浸提后,铜污染土壤的总铜含量下降了 64.2%,其中残渣态、铁锰氧化态、有机结合态、碳酸盐结合态和离子交换态分别下降了 34.2%、17.7%、4.7%、3.9%和3.8%。10mol·L-1EDDS浸提后,铜污染土壤的总铜含量下降了 78.1%,其中残渣态、铁锰氧化态、有机结合态、碳酸盐结合态和离子交换态分别下降了 40.8%、25.1%、4.8%、3.7%和3.6%。说明对于铜污染土壤,EDDS具有最好的浸提效果,EDDS和EDTA主要溶解残渣态和铁锰氧化态铜,而柠檬酸主要溶解土壤铁锰氧化态铜。比较了复合添加十二烷基硫酸钠(SDS)对Na2EDTA溶解土壤重金属的效果,结果表明,水土比10:1时,1~10 mmol·L-1SDS可以提高EDTA对土壤重金属的浸提效果。添加10mmol·L-1SDS,使EDTA对Cu的去除效率从66.5%增加到了83.9%,对Pb的去除效率从49.3%增加到了74.3%,对Zn的去除效率从44.9%增加到了58.1%。当SDS浓度高于10mmol·L-1时,SDS对溶解土壤Cu、Pb、Zn产生了抑制作用。比较了 45种真菌发酵液对土壤重金属的浸提效果。结果表明,Zjj2菌和K11菌对土壤Cu有最好的溶解效果,Cu浸出率分别达到22.1%和17.4%;对土壤Zn浸提效果最好的为Zj27菌、Zj6菌发酵液,对Zn的浸出率分别为29.8%和25.4%;对土壤Pb有最好溶解作用的为X16菌发酵液,其浸出率为8.3%。研究发现,Zj15菌对溶解土壤重金属具有广谱性,对Cu、Pb、Zn的浸出率分别为11.9%、7.1%和28.5%。。采用土柱试验,研究了淋洗剂Na2EDTA对土壤重金属的去除效果。结果发现,在Na2EDTA质量相同的情况下,土壤重金属的淋出率随着淋洗液体积的增加而增加,当土:液体积比为1:20时浸出率为39.2%,在淋洗体积比为1:40时EDTA对重金属的浸出率达到44.3%,然后趋于平缓。EDTA/去离子水交替淋洗试验结果表明,EDTA淋洗后土壤中仍留存大量溶解态重金属。研究了 Na2S对土柱淋滤液重金属的沉淀作用以及淋滤液的回收再利用。结果表明,用50mmo1·-1Na2S处理后,回收淋洗液中的Cu、Pb、Zn含量分别降低了 96.8%、80.5%和90.9%。处理后的淋洗液再次进柱淋洗,在水土比14:1时,Cu的浸出率达到平衡,此时Cu的浸出率为23.4%。淋洗剂施加会影响土壤理化性质,从而破坏土壤的正常功能。与未施用淋洗剂处理相比,10mmol·L-1Na2EDTA淋洗后的土壤脲酶、过氧化氢酶、转化酶三种酶活性分别降低了 32.7%、20.8%和16.6%,土壤放线菌、细菌和真菌数也分别降低了 50.0%、35.1%和 57.5%。比较分析了双子叶植物麻皮豌豆和单子叶植物黑麦草在不同淋洗剂淋洗后土壤上的生长状况。结果表明,与不用淋洗剂处理的对照相比,Na2EDTA淋洗后,豌豆和黑麦草的干重以及株高分别下降了 43.7%、25.5%和30.9%、13.4%。研究了蚯蚓肥、营养土和土壤浸出液等对Na2EDTA淋洗后土壤的改良作用,结果表明,添加5%营养土的处理组,豌豆的株高和生物量均为最高;添加5%蚯蚓肥处理组,黑麦草的株高和生物量要明显高于其它处理。
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