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随着土壤重金属污染危害日益加剧,土壤重金属污染修复技术受到了世界各国的广泛关注和应用。通过添加化学改良剂来降低土壤重金属生物可利用性的化学修复方法,可以兼修复和经济创收双重优势,具有重大经济和社会意义。有机肥,作为化学改良剂之一,既可以吸附重金属,又可以非常有效地改良土壤理化性质,为植物生长提供营养元素和良好的生长环境,是一种非常有潜力的改良材料。但是有机肥成分复杂,应用效果存在很大差异,对于引起吸附效果差异的原因,文献中大多进行推测性解释,未能对有机肥结构进行充分剖析,并从中解读结构组成对吸附效果的影响。本文通过定量分析两种不同原料有机肥的结构组分特征、吸附重金属能力以及修复重金属污染土壤效果,来判断影响有机肥修复效果的潜在冈素。主要研究结果如下:
1.有机肥结构组分特征
文中两种有机肥,一种由草木和市政污泥堆制成(有机肥1),另一种由鸡粪堆制成(有机肥2)。有机肥1和2中均以不溶于水、不溶于碱的残渣为主,分别占总有机碳量55.4%和64.1%,其次为腐殖酸(胡敏酸HA+富里酸FA的混合物),分别占39%和32.7%。腐殖酸中又以HA为主,超滤分级方法显示HA中85%以上的有机碳量集中于>100KDa分子量组分中。紫外-可见光谱中吸光度随分子量增加向长波长偏移的现象说明HA大分子量组分中存在更多π键结合,且有机肥2中HA(HA2)偏移现象比HA1更加明显,再结合可溶性有机碳DOC含量的结果,可得出有机肥2更加熟化,多聚化联合与芳香化程度更高的结论。
2.有机肥修复污染土壤效果存在差异,对引起差异的原因进行分析
(1)有机肥1整体修复效果优于有机肥2有机肥1和2均能显著降低受污染土壤中可交换态Cd、Zn、Cu和Pb含量,且有机肥1的效果显著优于有机肥2。土培实验水稻根、茎、叶中Cd和Pb一致表现出随有机肥添加量增多而含量显著降低的趋势,且依然是有机肥1效果较佳。
(2)腐殖酸和残渣对有机肥吸附Cd起决定性作用,配位数和基团配位能力会直接影响腐殖酸对Cd的吸附量
由于Cd的强毒性,在所用土壤中超标最严重,并且两种有机肥及同种有机肥两个梯度在降低可交换态Cd的效果上均有显著性差异。故本文选择对有机肥种类及剂量均很敏感的Cd为对象,研究有机肥结构组分对其吸附Cd能力的影响。结果表明腐殖酸和残渣对吸附Cd有较大决定作用,前者优势在于单位最大吸附量较大,而后者在有机肥中含量较高,且不易溶,更稳定。因为有机肥1中腐殖酸和残渣对Cd的最大吸附量均大于有机肥2相应组分,且有机肥1和2中HA主要配位基团分别为羧基和酚羟基,而羧基配位能力强于酚羟基,这些作用共同导致了有机肥1吸附Cd效果强于有机肥2。
(3)有机肥腐熟化程度决定其吸附的稳定性
有机肥2因为腐熟化程度强,多聚化联合及芳香化程度大,单齿配体向多齿配体转化程度高,增大了其与Cd发生络合反应的稳定性,因而有机肥2中腐殖酸和残渣吸附Cd的条件稳定系数1ogK均大于有机肥1。
3.有机肥修复效果的可能限制因素和提高效果的措施
富里酸对Cd有较大络合作用,但由于其分子量小,稳定性较差。故提高有机肥中大分子量且含较多易配位基团(如羧基)的HA含量,尽量排除其中稳定性差的小分子有机物含量(如富里酸),同时重视有机肥中残渣的作用,可达到较好改良效果。如果稳定性是要达到的主要修复效果,则腐熟化、芳香化程度是选择有机肥的主要依据。