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以重金属污染土壤为研究对象,采用试验室提取试验与温室盆栽试验,系统研究了可降解螯合剂乙二胺二琥珀酸EDDS施加后土壤金属元素的溶出顺序、土壤重金属随不同EDDS施加量的溶出率;EDDS不同施加方式下,即单次施加和分次施加,油菜地上部富集重金属效率及地上部各器官富集重金属的差异;EDDS不同施加量下,油菜地上部富集重金属的效率差异及土壤溶液重金属与油菜体内重金属的关系。
主要研究结果如下:
EDDS对土壤金属元素的螯合有不同的优先顺序选择性,其顺序为Cu>Fe>AI>Zn>Mn>Pb>Mg>Ca,这大致与金属-EDDS的螯合稳定常数的大小一致;土壤重金属随EDDS溶出具有不同特性,可分为3类:第一类为:Cu、Fe、Al、Zn。在达到其各自的最大溶解量前,它们在提取液中的浓度随着EDDS施加量的增加而快速增加;第二类包括以下3种金属:Mn,Pb及Mg。它们与EDDS的螯合并被大量溶出之前要经历一个滞后阶段;第三类为Ca,在本研究的处理范围内,其对EDDS的变化无明显响应; EDDS最适宜活化的土壤重金属为Cu、其次是Zn;本试验中,供试土壤EDDS最大可提取态Cu、Zn、Pb及Cd分别占其对应土壤总量的56%、31%、60%及71%。
对于Cu的植物吸收,一次性施加6 mmol kg-1 EDDS是最为有效的施加方式;相同EDDS施加量下,由于EDDS的降解速率与其在土壤中的初始浓度有关,单次施加EDDS是最有效的施加方式。它能促使土壤溶液在较长时间内维持高浓度的DOC与Cu,从而使油菜累积更多的Cu;EDDS对油菜吸取土壤Cu有显著的提升作用,而对土壤Zn、Pb及Cd无显著作用;EDDS的施加促使了Cu在油菜地上部各器官间含量分异性的增加。油菜地上部Cu浓度的分配顺序为老叶≈新叶>茎。
基于上述6 mmol kg-1,进一步增加EDDS施加量能够诱导油菜累积更多的Cu,并且极大地促进了土壤Pb、Zn的溶解,同时使油菜能够大量吸收Pb。EDDS施加量为18 mmol kg-1时,本试验油菜地上部叶中及茎中累积Cu达327及347 mg kg-1,Pb达181及115 mg kg-1,为各处理中最高;油菜累积重金属的量与EDDS施加后土壤溶液重金属浓度密切相关。施加EDDS后,油菜极有可能通过非选择性质外体途径吸取Cu、Pb;EDDS对Cu具有极强选择性。因此不宜用EDDS修复复合污染土壤中的其他重金属,如Pb、Zn及Cd,这可能会增加修复成本;使用螯合剂并不一定能诱导植物大量吸收某种重金属,这除了与重金属能否被螯合剂大量增溶有关,还与植物对重金属-螯合物的吸收特性有关。