有机酸对生物炭/磷钝化土壤重金属稳定性的影响

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本文以湖南临湘某矿区受铅镉铜锌复合污染的土壤为研究对象,通过添加3%、5%的稻壳生物炭(以下简称C3、C5)和0.1%、0.3%的磷酸氢二钾(以下简称P1、P3)两种钝化材料,测定土壤理化性质和重金属形态变化,在此基础上分别添加不同浓度的柠檬酸、酒石酸、草酸,分析有机酸对土壤pH和重金属化学形态变化的影响,以探明有机酸存在下两种钝化剂钝化土壤重金属的稳定性。主要结果如下:
  (1)添加生物炭和含磷物质有效增加了土壤pH、有机质和速效养分的含量,其中生物炭处理能有效增加土壤有机碳含量,磷酸盐处理能显著增加土壤pH、速效磷含量。其中C5处理中土壤pH增加了0.28,P3处理的土壤pH增加0.77。
  (2)添加钝化剂能显著降低有效态镉、铅、铜的含量,促进其向更稳定的形态转化。添加生物炭的处理中,弱酸提取态镉、铅向残渣态转化,弱酸提取态铜向可氧化态的转化;添加磷酸盐的处理中,弱酸提取态镉、铅含量降低,残渣态镉、铅含量增加,弱酸提取态铜向可还原态铜转化。生物炭对镉的修复效果较好,其中C5处理弱酸提取态镉含量降低了18.2%;磷酸盐对铅和镉的修复效果较好,其中P1处理的土壤弱酸提取态铅和镉含量分别降低了19.4%、39.3%。
  (3)添加供试有机酸均降低土壤pH,其中柠檬酸对土壤pH的影响最大,酒石酸和草酸次之,当有机酸浓度为20mmol/kg时,各处理土壤pH的降幅为0.24-0.41。另外,三种有机酸均能改变土壤中重金属的形态。三种有机酸对DTPA提取态重金属含量整体呈增加趋势,但低浓度柠檬酸和酒石酸能降低生物炭钝化处理中的DTPA提取态重金属的含量,其中添加5mmol/kg柠檬酸的DTPA-Cd含量降低5.4%。对于草酸而言,当其浓度为10mmol/kg时DTPA提取态含量达到最大值,之后随着浓度的增加,铅镉含量有降低的趋势。
  (4)三种有机酸均能改变钝化后重金属在土壤中的存在形态,其中酒石酸和柠檬酸对钝化重金属稳定性的影响较大。对于未添加生物炭/磷的土壤,随着有机酸浓度增加,土壤中弱酸提取态含量逐渐增加,可还原态和可氧化态含量有所降低。对于添加生物炭的土壤,低浓度(≤5mmol/kg)柠檬酸和酒石酸处理降低了弱酸提取态重金属含量,而高浓度(≥10mmol/kg)则增加了弱酸提取态重金属含量。对于添加磷酸盐的土壤,弱酸提取态重金属的含量随着酒石酸和柠檬酸浓度的增加而增大,可还原态和可氧化态含量有所降低,残渣态含量变化不大。高浓度(>10mmol/kg)草酸在一定程度上能够降低弱酸提取态镉、铅的含量。
  柠檬酸和酒石酸浓度较低时,生物炭钝化重金属的稳定性增强,浓度较高时,钝化稳定性降低。两种有机酸随着浓度的增加,对磷酸盐钝化重金属的稳定性逐渐减弱。草酸始终能降低生物炭钝化重金属的稳定性。
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