不同蚕沙钝化修复多重(类)金属污染土壤的效果及其机制研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:dongmeizi1988
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当前我国土壤复合重(类)金属污染日益严重,以矿区周边最为典型,导致矿区周边植被破坏且农作物体内的重(类)金属过量富集,严重威胁当地居民健康。以往研究表明,蚕沙(SE)作为钝化剂对中轻度Pb、Cd、As土壤的钝化修复效果良好,但蚕沙是否能对重度重(类)金属复合污染土壤也同样具有修复效果还未知。我们前期的研究发现:蚕沙巯基改性材料(SH)可较好的提高原始蚕沙的钝化修复效果。但关于原始蚕沙和改性蚕沙的钝化修复机制还未得到全面阐述,特别是改性蚕沙对土壤中重(类)金属淋滤、迁移以及微生物群落的影响机制还不清楚。因此,本研究因地制宜地将养蚕产生的农业废弃物蚕沙和团队前期制备的巯基改性蚕沙作为钝化材料:1)采用土柱淋滤试验,研究了不同剂量的SE和SH对多重重(类)金属复合污染土壤的吸附效果,试图评估其在现实应用过程中是否能有效避免重(类)金属淋滤而导致的二次污染问题。2)采用土培试验,以小白菜为研究对象,研究了不同剂量SE和SH对土壤中多重重(类)金属的钝化修复效果,以期探明这些材料在恢复重度多重重(类)金属污染土壤生态的可行性。3)通过分析土培实验中土壤的微生物群落变化,试图阐明不同处理对土培小白菜土壤中微生物群落及功能的影响机制。主要结论如下:(一)土柱淋滤实验1.土壤淋滤液相关性质变化。与对照相比,SH和SE的添加降低了土壤淋滤液中的p H,增加了EC值,以5%添加剂量下的降低/增加幅度最大。SH和SE的添加均增加了淋滤液中NH4+、Ca2+、K+、Mg2+、Na+、Cl–、NO3–和SO42–离子及DOC(可溶性有机碳)的含量,但随着淋滤时间的延长,其含量基本呈现降低趋势(除NO3–外)。SH和SE的添加在前3周增加了土壤淋滤液中Sb、As和Pb的含量,但在第4周后基本与对照相似。2.各层土壤基本性质变化。与对照相比,SH和SE添加降低了淋滤后土壤的p H。高剂量(2%和5%)SH和SE添加均显著增加了淋滤后不同土层(2 cm和18 cm)土壤中EC、阳离子(NH4+、Ca2+、Mg2+、K+和Na+)、阴离子(Cl–、NO3–和SO42–)、DOC和DOM(溶解性有机质)的含量,以5%剂量下效果最佳。添加SH和SE后在大多数情况下降低了18cm处土层中的Sb、As、Cd、Cr、Pb的含量,而2 cm处土壤中上述元素含量在某些处理下呈现降低趋势。其中,在2 cm土层土壤,添加高剂量SH和SE在大多数情况下显著增加了淋滤后中Sb的易溶态和碳酸盐结合态(F1)、As的F1及有机结合态(F3)、Cd的氧化结合态(F2)、Pb的F3形态。而18 cm土层土壤,只在高剂量(2%和5%)SH和SE添加下显著增加了土壤中Sb的F1和F3形态、As的F1形态、Cd的F2形态,降低了Cd的F1形态、Pb的F1和F3形态。(二)土培试验1.植物生长及元素吸收。通过土培实验发现:1)高剂量(2%和5%)SH和SE的添加显著促进了小白菜生长,增加了叶绿素的含量,以5%剂量下效果最佳。2)添加SH和SE增加了小白菜种植土壤中的p H。3)添加SH和SE降低了小白菜地上部和根系中的重(类)金属含量,在高剂量(2%和5%)处理下其含量最低;其中各处理地上部中As的含量均低于叶菜类中食品安全国家标准(GB 2762–2017),Cd在SE5处理下低于限定标准,Pb在SH5和SE5处理下低于限定标准,Cr的含量均高于限定值,而Sb缺少限量标准值。2.土壤微生物群落分析。通过土培土壤微生物群落分析发现:1)添加SH和SE增加了土壤中细菌的OTUs个数,均在2%剂量下其数量最多;菌门以Proteobacteria的相对丰度最高(>40%),其次依次为Bacteroidota、Acidobacteriota和Gemmatimonadota;菌属以Sphingomonas的相对丰度最高,其次依次为Massilia、Gemmatimonas、Ramlibacter和TM7。2)土壤中真菌的OTUs个数以SE2和SH0.5处理下数量最高;菌门以Ascomycota的相对丰度最高(>49%),其次是Basidiomycota、Zygomycota和Rozellomycota;菌属Fusarium的相对丰度最高,其次依次为Trichoderma、Cephaliophora和Scolecobasidium。
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