【摘 要】
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土壤p H和铁氧化物等理化性质以及土壤重金属来源是影响碱性钝化剂对红壤(及红壤母质发育的农用地)中Cu、Cd阻控效果的关键因子。研究逆境条件下碱性钝化剂对土壤中Cu、Cd作用效果与机制对恢复受污染农用地的生态服务功能,实现农用地的安全利用有重要意义。因此,论文选用铜冶炼厂周边Cu、Cd积累性污染水稻土和人工配制Cu、Cd突发性污染红壤两种土壤为供试对象,首先采用石灰石(LS)、生物炭(BC)和铁改
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土壤p H和铁氧化物等理化性质以及土壤重金属来源是影响碱性钝化剂对红壤(及红壤母质发育的农用地)中Cu、Cd阻控效果的关键因子。研究逆境条件下碱性钝化剂对土壤中Cu、Cd作用效果与机制对恢复受污染农用地的生态服务功能,实现农用地的安全利用有重要意义。因此,论文选用铜冶炼厂周边Cu、Cd积累性污染水稻土和人工配制Cu、Cd突发性污染红壤两种土壤为供试对象,首先采用石灰石(LS)、生物炭(BC)和铁改性生物炭(Fe-BC)3种钝化剂,研究其对积累性Cu、Cd污染水稻土的固持机制;然后以石灰石为钝化剂进一步研究碱性材料对铁含量丰富的污染红壤修复效果,探究铁氧化物对Cu、Cd阻控的机理;最后模拟酸雨逆境条件,采用土柱淋滤实验研究石灰石处理前后水稻土和红壤中Cu、Cd的迁转规律,阐明碱性钝化剂诱导下土壤内源铁氧化物对重金属的钝化机制。主要研究结果如下:(1)3种钝化剂对积累性污染水稻土Cu、Cd的钝化/固持效果表现为LS>Fe-BC>BC。LS处理后土壤可交换及碳酸盐结合态Cu质量分数减少8.19%,易还原铁锰结合态Cu质量分数增加8.00%,再次活化的风险较高;BC和Fe-BC处理后,易还原铁锰结合态Cu质量分数分别减少2.21%和5.90%,有机结合态Cu质量分数分别增加4.75%和3.48%,钝化效果更稳定。LS、BC和Fe-BC处理后,Cd再次活化的风险较低。水稻土胶体中Cu和Cd的含量远高于水稻土中的含量,且3种钝化剂施用后,水稻土胶体中非晶质氧化铁结合态Cu和Cd含量显著增加,说明这是重金属生物有效性降低的主要原因和路径。(2)石灰石添加量为2.076 g·kg-1(2A)和4.152 g·kg-1(4A)时,Cu、Cd突发性污染红壤p H分别提高0.93和1.91个单位。土壤Cu、Cd生物有效性随土壤p H升高而降低,土壤Cu形态表现为由可交换及碳酸盐结合态(-13.88%~-18.43%)向非晶质氧化铁结合态(5.27%~8.38%)和残渣态(7.25%~7.49%)转化;土壤Cd形态表现为由可交换及碳酸盐结合态(-9.78%~-14.39%)向残渣态(3.57%~8.90%)转化。石灰石钝化处理后红壤胶体中非晶质氧化铁结合态Cu显著降低,非晶质氧化铁结合态Cd显著增加,说明土壤内源铁氧化物参与了重金属钝化过程。铁形态提取和XRD分析结果表明,土壤胶体内源铁氧化物丰度明显高于土壤,但通过石灰石将土壤p H仅提高1~2个单位,不能使红壤内部矿物结构发生明显变化,这与红壤的成土条件有关。(3)模拟酸雨淋滤条件下,淋滤液p H随淋滤天数呈波浪式下降,石灰石钝化处理后土壤淋滤液p H升高。淋滤液Cu、Cd浓度随淋滤天数呈先上升后下降最后趋于稳定。红壤淋滤液Cd浓度峰值显著高于水稻土,说明突发性Cu、Cd污染土壤Cd的环境淋出风险较高。淋滤前后水稻土和红壤Cu、Cd形态变化规趋不完全一致,但总体表现为石灰石处理淋滤后土壤Cu、Cd生物有效性显著低于空白对照,说明经1a的酸雨淋滤,石灰石对Cu、Cd仍具有良好的钝化效果。淋滤后土壤胶体Cd形态含量显著降低,说明土壤胶体Cd的淋失是淋滤液中Cd的主要来源。淋滤后土壤和土壤胶体游离铁含量呈下降趋势。和Cu不同,土壤胶体Cd形态与土壤胶体铁形态总变化趋势一致,说明土壤胶体Cd的淋失可能与铁同步,Cu、Cd和土壤内源铁氧化物与黏土矿物的结合程度是Cu、Cd在土壤中长效钝化的关键。
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