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磷元素和有机质作为土壤中不可或缺的重要组成部分,不仅对土壤的肥力和植物生长有着重要影响,而且在重金属污染修复上也有着广泛的应用,本研究针对我国日益严重的土壤的重金属Pb、Cd的污染情况,在综合分析了国内外研究的基础上,应用农业综合修复手段(施加不同形态磷和有机质)对Pb、Cd复合污染的华南赤红壤进行修复机理研究。
首先通过土培试验陈化三种不同的形态磷(磷酸二氢钾、羟基磷灰石、磷酸)及其有机质处理在模拟Pb、Cd污染的土壤,在对不同时间段对Pb、Cd的形态分析中研究发现:(1)三种形态磷(磷酸二氢钾、羟基磷灰石、磷酸)能在短期内(7天左右)大幅度的降低Pb的水溶交换态含量,并促使水溶态Pb向铁锰氧化物结合态或有机硫化物态转化,使其活性及毒性极显著下降。其中以磷酸二氢钾与羟基磷灰石的处理反应最快,效果最好,磷酸作用相对最弱。而有机质的加入,不影响各形态磷对Pb活性抑制效应的发挥,甚至表现微弱的促进效应。(2)三种形态磷的投加,不能显著降低水溶交换态Cd的含量,试验期间其含量均稳定在39.63%-81.68%之间,但三种形态磷与有机质的复合处理,在陈化42天之后使土壤中Cd的水溶交换态极显著下降,其中尤以羟基磷灰石和有机质的处理最为明显,其Cd水溶交换态可降至5.16%,磷酸+有机质处理最差,但其Cd的水溶交换态也降至13.4%。单独投加有机质处理亦不能明显抑制Cd的活性。表明有机质与磷在抑制Cd活性反应中存在显著正向协同效应。
在土柱淋洗实验中,利用PH3.0的酸性溶液对模拟土柱进行淋溶后研究发现:
(1)各形态磷单因子处理对对Pb的水迁移未表现抑制效应,各形态磷与有机质双因子混合处理对Pb的水迁移则表现一定的抑制效应,但效应并不显著。有机质与羟基磷灰石的复合处理对Pb迁移性的抑制作用较之其它处理表现更优,二者的共存对Pb迁移性的抑制表现一种协同效应。
(2)酸性淋洗条件下,Cd比Pb具相对更高的水迁移活性。KH2PO4,羟基磷灰石及羟基磷灰石+有机质处理能够显著抑制Cd的垂直水迁移,降低其环境迁移风险,H3PO4则对Cd迁移表现促进效应。有机质能显著影响KH2PO4对Cd水迁移抑制效应的发挥,但对羟基磷灰石影响相对较弱。综上所述,羟基磷灰石与有机质复合处理不仅能有效降低土壤中Pb、Cd的活性形态含量,并促使之向稳定的,毒性小的形态转化,而且在对土壤Pb、Cd污染的垂直迁移性抑制效应较优,具相对较高的环境稳定性,能够抵抗强酸性淋溶的不利影响。KH2PO4和有机质处理虽然也能够降低Pb、Cd的有效性形态含量,但是对土壤PbCd的修复效应环境稳定性差,在酸性淋溶及还原性有机物存在条件下,存在二次释放环境风险。H3PO4对土壤中Pb、Cd的形态影响均不如前两者,而且在酸性淋溶条件下对土壤Cd则有促进活化,增进其环境毒性的负面效应。