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重金属是土壤中常见的污染物,由于不能被生物降解,在土壤中长期残留、不断积累,并能被作物吸收进入食物链,因此,农田重金属污染土壤的修复受到广泛关注。在众多重金属污染土壤的修复方法中,原位化学修复技术由于成本低、修复快速、操作简单,备受学术界的青睐,该技术的关键在于改良剂的选择。电气石具有辐射远红外线、释放负离子、持续发生直流静电,释放矿物质和微量元素等特性;能活化土壤,提高土壤保肥、保水能力。因此电气石是一种很有应用前景的改良剂。
本论文系统研究了电气石对酸性及碱性重金属污染农田土壤的修复,同时与沸石和生物碳进行了修复效果对比研究,对电气石的修复机理进行深入探讨,主要得到以下结论:
(1)电气石与沸石对重金属污染的碱性土壤分别进行修复时,均能促进盆栽植物小麦及生菜的生长、降低农作物对重金属的吸收。小麦及生菜的最大生物量、最大叶绿素含量、最低重金属含量均出现在2%电气石或5%电气石处理。其中小麦内Cd、Cu、Pb、Zn含量与对照相比最大分别降低37.93%、41.45%、16.35%和27.81%;电气石与沸石添加量相同时,电气石对植物生长的促进、对植物吸收重金属的抑制程度均优于沸石,因此电气石可用于重金属污染碱性土壤的修复。
(2)不同粒径(200目、1000目、16000目)及不同用量(1%、2%、5%)电气石的修复结果表明:电气石添加量相同时,粒径越小修复效果越好;粒径相同时,添加量越高修复效果越好,而2%与5%的16000目电气石修复效果没有显著性差异,从经济效益与修复效果角度综合考虑,16000目电气石的2%用量为最佳选择。
(3)电气石与生物炭作为改良剂修复重金属污染的酸性土壤时,添加改良剂均能使小麦生物量及叶绿素含量增加、小麦内重金属含量降低。其中在2%325目电气石、2%16000目电气石和2%生物炭处理组,小麦地上部分Cd含量与对照相比分别降低23.13%、35.63%和16.25%,Cu含量分别降低11.65%、12.60%、19.60%,因此,电气石对Cd改良优于生物炭,对于Cu生物炭优于电气石。此外,电气石与生物炭均能明显增加小麦根际土脲酶及转化酶活性,且生物炭对土壤酶活增加程度优于电气石。
(4)电气石修复土壤重金属污染的主要机理:电气石能够增加土壤中微生物的群落多样性、增加土壤中有益于植物生长的水溶性营养元素含量、能够降低土壤中DTPA提取态重金属含量、降低土壤中溶解性有机质含量、通过固定作用使土壤中淋出的重金属含量降低,并能将土壤中重金属由毒性高的形态向毒性低的形态转化,最终体现在电气石能促进植物生长,减少土壤重金属生物可利用性。
(5)电气石的淋滤实验和解析实验均表明,电气石对重金属离子吸附作用稳定,解析量少。因此,将电气石用于重金属污染农田土壤的修复,不具有再释放重金属产生污染的风险。