【摘 要】
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随着工业化和城市化的快速发展,土壤重金属污染已引起全球关注。目前,重金属污染土壤的修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复。在各种土壤修复技术中,重金属原位修复技术因其高效、经济、环保等优点而备受关注。含磷材料和生物炭作为原位修复技术中常见的两种土壤修复剂,在重金属固化方面发挥着重要作用。但是,多数研究仅限于单一重金属污染土壤的修复,以及对重金属固化效果的评价,缺少对重金属复合污染土壤修复的研究
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随着工业化和城市化的快速发展,土壤重金属污染已引起全球关注。目前,重金属污染土壤的修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复。在各种土壤修复技术中,重金属原位修复技术因其高效、经济、环保等优点而备受关注。含磷材料和生物炭作为原位修复技术中常见的两种土壤修复剂,在重金属固化方面发挥着重要作用。但是,多数研究仅限于单一重金属污染土壤的修复,以及对重金属固化效果的评价,缺少对重金属复合污染土壤修复的研究,以及修复剂对土壤微生物群落的影响。因此,本文通过盆栽实验,评估羟基磷灰石-硅酸钙复合材料和生物炭之间不同比例对单一Cd污染土壤和重金属Cu、Cd、Pb、Zn污染土壤的修复效果,以及二者联合修复对土壤细菌群落结构的影响,分析并探讨了可能的修复机理。研究的主要结果如下:(1)不同比例的羟基磷灰石-硅酸钙复合材料和生物炭添加到污染土壤后,土壤p H、水溶性碳、以及土壤可溶性磷含量均有不同程度的增加。其中,羟基磷灰石-硅酸钙复合材料和生物炭混合比例为4:6时,土壤p H增加了2.15个单位,水溶性碳含量明显增多,约为对照组的两倍。较高浓度的水溶性碳和p H值会诱导更多的吸附位点,有利于金属-有机物复合物的形成,从而降低重金属的流动性。(2)羟基磷灰石-硅酸钙复合材料和生物炭的联合施用能够降低重金属的生物有效性,改变重金属的形态分布。修复后,Pb的有效含量降低了83%,植物中的重金属含量降低了17.5%—72.8%,重金属残留分数的转化效率是对照组的1.05—3.95倍。不同比例修复剂的施用降低了重金属Cu、Cd、Pb、Zn的弱酸态比例,使得重金属与不同的土壤成分结合,从易溶的重金属转化为相对稳定的重金属,从而有效减少了作物对重金属的富集,大大降低了重金属的迁移和生物利用度(3)不同比例的羟基磷灰石-硅酸钙复合材料和生物炭添加到污染土壤后,土壤脱氢酶活性和土壤中的微生物生物量显著上升,二者混合比例为4:6时观察到最大值,分别为22.23mg/g、185.02mg/kg。这是由于修复剂的施入降低了土壤重金属有效浓度,为微生物生长提供了碳源和磷源,增强了C和N的矿化作用,使土壤脱氢酶活性增大,微生物活性增强(4)对土壤样品的高通量测序发现,不同比例的羟基磷灰石-硅酸钙复合材料和生物炭的施用会显著改变土壤细菌群落结构,增强土壤微生物多样性。在二者混合比例为4:6时,观察到变形杆菌(Proteobacteria)数量的减少,放线菌(Actinobacteria)和绿弯菌(Chloroflexi)的数量增加,这三种细菌数量的变化说明了土壤质量的改善和土壤生态环境的恢复。冗余分析(RDA)的结果表明,土壤p H和重金属浓度是驱动土壤细菌群落结构演替的主导因素。
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