改性沸石对镉污染土壤性质及辣椒生长的影响

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随着社会经济的快速发展,土壤重金属污染已经成为当前不可忽略的环境问题之一。镉(Cd)是一种毒性很强的重金属元素,其在农田土壤中过量积累,不仅会影响植株对氮、磷、钾等营养元素的吸收,抑制作物生长,降低作物产量,还可能会随着食物链进入人体,威胁人体健康。因此,如何实现重金属Cd污染土地的安全生产,成为当前土壤重金属Cd修复研究的首要任务和研究热点。沸石具有良好的吸附和离子交换能力,对Cd、Pb等重金属离子均具有很强的吸附能力,是一种很有潜力的重金属污染土壤钝化修复材料。本研究以天然斜发沸石(NZ)作为原材料,从提高比表面积、增大孔隙度等方面进行Na OH改性(JZ)、高温改性(HZ)、Na2S改性(SZ)、腐植酸改性(FZ)以及超声波改性(CZ),通过吸附解吸试验,探究初始Cd2+浓度、温度、p H及吸附时间对沸石吸附性能的影响,并通过吸附动力学和等温吸附试验探讨沸石对Cd2+的吸附机理;采用辣椒盆栽试验,探究不同沸石对Cd污染土壤的钝化效应,研究沸石对土壤有效态Cd含量、土壤酶活性、土壤p H、辣椒生长特性和品质的影响,以期为改性沸石修复重金属污染土壤提供理论依据和技术支持。主要研究结果如下:(1)随着溶液初始Cd2+浓度的升高,沸石吸附的Cd2+量越来越多,并最终达到吸附饱和,Na OH改性沸石及Na2S改性沸石最大饱和吸附量较天然沸石显著提高了35.54%和18.54%。Na OH改性沸石的解吸率较天然沸石降低了8.39%。当温度为25-35℃、p H值在4-8之间、吸附时间为0-6h时,最有利于沸石对Cd2+的吸附。Langmuir吸附等温方程对沸石的Cd2+吸附过程拟合效果较好(R~2>0.9765),沸石的吸附过程属于单分子层吸附且升温会促进沸石对Cd2+吸附。Na OH改性沸石、Na2S改性沸石和天然斜发沸石对Cd2+的吸附动力学模型符合准二级动力学方程,吸附平衡时浓度分别为1.996mg/g、1.994mg/g和1.779mg/g。(2)不同改性处理及添加比例的沸石对土壤中有效态镉含量、土壤p H及土壤酶活性影响显著,随着沸石添加比例的增加,沸石对Cd的钝化作用逐渐增强。Na OH改性沸石对Cd污染土壤的钝化效果最好,当沸石添加比例为10%时,与对照组CK相比,土壤有效态Cd含量降低0.09%-46.10%,土壤p H增长0.02%-6.03%,过氧化氢酶及磷酸酶活性分别提高27.90%-41.10%及4.40%-43.01%。(3)当沸石添加比例为10%时,Na OH改性沸石处理中辣椒根和果实中的Cd含量,分别为0.024mg/kg、0.022mg/kg,富集系数最低,为0.011,Na OH改性沸石处理的辣椒单株果重、Vc含量差异显著,相比于对照组CK,单株果重提升了39.59%,Vc含量提升了25.50%。添加10%比例的Na2S改性沸石时成熟期辣椒叶绿素b含量显著增加,为5.91mg/L。(4)相比其他改性沸石,Na OH改性沸石及Na2S改性沸石可有效缓解Cd对辣椒的胁迫作用,降低了土壤Cd的生物有效性,综合分析表明,当沸石添加比例为10%时,Na OH改性沸石的评价效果最优,其次是Na2S改性沸石。通过聚类分析发现,Na OH改性沸石的添加比例为5%及10%时属于一个大类,其效果相似,因此,综合改良效果和经济状况优先选用5%的Na OH改性沸石。
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