添加秸秆对污染土壤重金属活度的影响及对水体重金属的吸附效应

【摘要】： 我国工业化、城市化进程的加快,交通运输业的快速发展以及向农田投入大量化肥、农药等化学物质,土壤及水体重金属污染日益严重。探讨污染土壤与水体中重金属活度的影响因素与调控措施对生态环境的保护具有重要意义。作物秸秆资源来源丰富,且数量巨大,但目前我国秸秆资源未能得到充分利用。许多研究已经证实,土壤溶解性有机碳(DOC)可以通过络合/螯合作用促进土壤重金属的溶出,而农田施用秸秆后因其在腐解过程中可产生大量中间产物,成为DOC的重要来源。但目前针对施用秸秆对土壤重金属溶出的影响及其与DOC间的关系报道甚少。此外,秸秆自身带有可与重金属结合的活性基团,其对水体重金属的吸附效应尚未见相关的研究报道。本文以油菜、小麦、水稻等秸秆为材料,研究了添加秸秆对人工模拟的单一重金属元素污染中重金属元素镉、铜活度以及溶解性有机碳(DOC)浓度的影响,并深入研究不同秸秆类型对土壤中重金属活度影响的差异,从污染土壤中重金属活度与DOC间的关系探讨造成该差异的原因,以期为秸秆还田的生态风险评价及合理施用秸秆提供依据。此外,本试验尝试利用作物(油菜)秸秆直接吸附水体中的重金属元素,以探讨将作物秸秆用于重金属污染水体处理的可行性。主要研究结果如下: (1)添加秸秆可明显促进土壤中重金属元素镉和铜的溶出,且随着秸秆加入量的增加,土壤溶液中的重金属元素浓度也增加。土壤溶液中DOC浓度也随秸秆加入量的增加而显著提高。相关分析表明污染土壤铜、镉的溶出与DOC间存在极显著的线性正相关关系,初步表明添加秸秆是通过增加土壤中DOC含量而促进污染土壤中重金属溶出的。 (2) EDTA对污染土壤中重金属有极好的溶出效果,特别是对铜的溶出效果远好于对镉的溶出效果。但另一方面也会加快对土壤中营养元素的流失,不利于对污染土壤的长久治理。 (3)小麦秸秆和水稻秸秆可以明显促进污染土壤中重金属镉和铜的溶出。但两处理间土壤溶液中铜、镉浓度的变化趋势存在差异。小麦秸秆处理污染土壤中铜、镉浓度的峰值出现在淹水培养的第5天,而水稻秸秆处理污染土壤中重金属峰值浓度出现在第3天。达到最大值后两种秸秆处理的污染土壤中重金属元素都呈现下降趋势,并在60天时最低。 (4)无论是小麦秸秆还是水稻秸秆均可显著提高土壤DOC的浓度,但在添加量相同的情况下,麦秸处理的DOC水平明显高于稻秸处理。 (5)就同一种重金属污染而言,小麦秸秆促进重金属溶出的作用大于水稻秸秆;造成该差异的原因是小麦秸秆因碳氮比高于水稻秸秆,产生的DOC水平明显高于水稻秸秆。 (6)同一种秸秆对Cu溶出的促进效应高于对Cd溶出的促进效应,可能与DOC中的活性基团对铜、镉的络合/螯合能力存在差异有关。 (7)添加小麦秸秆和水稻秸秆对土壤的pH影响不大,而两者降低土壤Eh的幅度相近,可以进一步证实两种秸秆促进重金属溶出的差异主要来自DOC的差异。 (8)供试秸秆材料对溶液中重金属元素镉和铜具有较强的吸附能力,最大吸附量分别在39.06mg·g~(-1)和29.67mg·g~(-1),但秸秆材料对铜的亲和性大于对镉的亲和性,其原因有待与进一步的深入研究。 【关键词】：土壤 重金属 水溶性有机碳 秸秆
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：X53
【目录】：

• 中文摘要6-8
• 英文摘要8-11
• 文献综述11-29
• 1 我国土壤重金属污染概况11-13
• 2 土壤重金属污染来源13-14
• 3 重金属污染的治理14-20
• 3.1 工程治理方法14-16
• 3.1.1 深耕翻土、换土及去表土法14
• 3.1.2 电化学法14-15
• 3.1.3 土壤淋洗15
• 3.1.4 热处理法15
• 3.1.5 固化法15-16
• 3.2 农艺调控措施16-17
• 3.2.1 提高土壤pH16
• 3.2.2 调节土壤Eh16
• 3.2.3 增加有机肥的施用16-17
• 3.2.4 离子拮抗17
• 3.3 植物修复法17-20
• 3.3.1 植物萃取技术18
• 3.3.2 根际过滤技术18-19
• 3.3.3 植物固化技术19
• 3.3.4 植物挥发技术19-20
• 4 我国秸秆利用现状20-23
• 5 土壤溶解性有机碳 DOC23-29
• 5.1 DOC 来源与存在状况24-25
• 5.2 影响土壤 DOC 含量的因素25-29
• 5.2.1 土地利用方式的改变25
• 5.2.2 耕作25-26
• 5.2.3 施肥26-29
• 第一部分 秸秆对污染土壤中重金属活度的影响研究29-39
• 1 材料与方法29-31
• 1.1 供试土壤29
• 1.2 供试秸秆29
• 1.3 重金属标准溶液的配置29
• 1.4 试验设计29-30
• 1.5 TOC 测定方法30-31
• 1.5.1 原理30
• 1.5.2 试剂30-31
• 1.5.3 标准曲线31
• 2 结果与分析31-36
• 2.1 添加秸秆对土壤溶液中镉及 DOC 浓度的影响31-33
• 2.2 添加秸秆对土壤溶液中铜及 DOC 浓度的影响33-34
• 2.3 DOC 对土壤中重金属溶出的作用34-35
• 2.4 EDTA 对污染土壤中重金属活度的影响35-36
• 3 讨论36-38
• 3.1 土壤对重金属有很强的固定作用36
• 3.2 关于土壤DOC 的来源36
• 3.3 秸秆加入量对DOC 的影响36-37
• 3.4 添加秸杆对污染土壤重金属溶出的影响37
• 3.5 添加秸杆影响重金属浓度活度的机理37
• 3.6 EDTA 对污染土壤中重金属的活化作用37-38
• 4 结论38-39
• 第二部分 不同秸秆对污染土壤中重金属活度影响的差异39-54
• 1 材料与方法39-40
• 1.1 供试土壤39
• 1.2 供试秸秆39-40
• 1.3 研究方法40
• 2 结果与分析40-49
• 2.1 添加小麦秸秆对土壤溶液中镉、铜及 DOC 浓度的影响40-43
• 2.2 水稻秸秆加入量对土壤溶液中镉、铜及 DOC 浓度的影响43-45
• 2.3 小麦秸秆与水稻秸秆对土壤中重金属溶出差异45-49
• 3 讨论49-52
• 3.1 小麦、水稻秸秆对污染土壤重金属镉和铜活度的影响49
• 3.2 影响土壤重金属活度的主要因素49-51
• 3.3 重金属镉和铜的溶出与DOC 的关系51-52
• 3.4 小麦秸秆与水稻秸秆改变土壤 DOC 能力的差异52
• 4 结论52-54
• 第三部分 秸秆对溶液中重金属的直接吸附作用研究54-59
• 1 材料与方法54
• 1.1 供试秸秆54
• 1.2 重金属溶液的配置54
• 1.3 研究方法54
• 2 结果与分析54-58
• 2.1 低浓度下油菜秸秆对溶液中镉和铜的吸附作用54-56
• 2.2 油菜秸秆对溶液中镉和铜的恒温吸附曲线56-58
• 3 讨论58
• 4 展望58-59
• 第四部分 综合讨论59-61
• 1 添加秸秆对土壤中重金属活度的影响59
• 2 添加秸秆对水体重金属的吸附效应59-61
• 参考文献61-70
• 致谢70-71

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