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石灰、活性炭对铬污染土壤的修复效果研究杨林陈志明刘元鹏王玉军ht
作者:管理员    发布于:2017-11-17 14:08:25    文字:【】【】【

  由于污水灌溉、采矿、工业三废排放、城市生活垃圾堆放等众多原因,农业土壤的铬(Cr)污染日益严重。Cr作为五毒元素之具有极强的致疾致癌作用,对人们的环境健康造成了严重的威胁。进入土壤中的重金属不仅能抑制植物生长发育,并能通过食物链传递与富集,终危害人体的健康。因此,对重金属污染土壤进行改良修复已成为土壤学和环境科学领域工作者研究的重点和热点0.土壤重金属污染修复技术有很多,董汉英等H采用批量淋洗对多金属污染土壤进行修复研究,结果表明,EDTA淋洗剂对土壤中Zn、Pb、Cu、Ni去除效果较好,而对Cr去除效果较差。崔红标等4利用磷灰石等改良剂对铜污染土壤进行修复研究,结果表明,磷灰石、石灰和木炭显著提高了土壤pH,降低了Cu的活性,增加了土壤酶活性和微生物数量,对Cu污染土壤具有较好的修复效果。施加改良剂因其经济、方便、不改变土壤结构的优势而被广泛应用M;除减少重金属溶解性之外,改良剂还可以有效地减少重金属生物有效性和对健康的负面作用7.Cheng等08通过在Cd、Pb和Zn污染的酸性土壤上进行小区试验,发现施用石灰和钙镁磷肥消除了小白菜重金属毒害的生物学性状,显著地降低了小白菜体内Cd、Pb、Cu和Zn的含量。陈宏等09研究表明,施加一定量的石灰、腐殖酸能显著抑制莴笋对汞的吸收,增加土壤中汞的含量。陈晓婷等010的研究发现,石灰、活性炭对减轻土壤中Cr污染对植株的毒害具有良好效果。鉴于此,为进一步研究石灰、活性炭及石灰+活性炭的作用,本文以小白菜(Brassicachinensis)为例,从土壤-植物系统角度出发,研究3种改良剂对Cr污染土壤的改良效果。具体考察了土壤pH、小白菜体内Cr含量及小白菜收获后土壤有效态Cr的变化,探讨其作为土壤改良剂的可行性,为重金属Cr污染土壤的修复提供。

  1材料与方法1.1供试材料棕壤在中国的分布纵跨辽东与山东半岛,带幅大致呈偏北方向。据山东省第二次土壤普查资料统计,棕壤占山东省土壤总面积的14. 09,是胶东、沭东丘陵区及鲁中南山区的代表性土壤。因此,本试验供试土壤选择棕壤,取自山东农业大学南校区试验站。采集0~20cm表层土,自然风干,剔除植物残体和石块,过5mm筛,备用。供试土壤的基本性状见表1. 3期杨林等:石灰、活性炭对铬污染土壤的修复效果研究表1供试土壤的理化性质土壤全氮碱解氮速效磷速效钾有机质棕壤7.20供试小白菜为市售新四月慢。

  供试改良剂为氢氧化钙(即石灰,天津市博迪化工有限公司),无定形粉末状活性炭(天津市塘沽滨海化工厂),石灰+活性炭。

  1.2试验设计试验为盆栽试验,各处理重复3次。供试风干土壤装入塑料盆(盆高25cm、直径30cm),每盆装土5kg.重金属Cr以分析纯K2Cr2O7形式施入土壤,土壤设置4个Cr浓度处理:0 2周。

  盆栽试验设计的污染水平所达到的土壤环境质量等级,可参照表2.表2土壤环境质量标准(GB156184995)级别-级二级三级自然背景容90注:一级标准:保护区域自然生态,维持自然背景的土壤环境质量的限制值;二级标准:保障农业生产,维护人体健康的土壤限制值;三级标准:保障农林业生产和植物正常生长的土壤临界值Note:2周后再按照下列方法分别施加改良剂。

  在所设每个土壤浓度下,再设4个石灰在所设每个土壤Cr浓度下,再设4个活性土,各处理重复3次。

  在所设每个土壤Cr浓度下,再设4个石灰土,各处理重复3次。

  按盆栽作物对养分的需求,氮、磷、钾施用量分gkg-1土。将土壤、肥料及各改良剂混和均匀,装入盆中,加入去离子水使土壤含水量为田间大持水量的60左右,平衡2周。2周后每盆播入小白菜种子20粒,间苗后每盆留10株。试验期间,土壤湿度控制在田间持水量的60,并保持正常的日光照射。

  在小白菜生长60d后收获,测定小白菜地上部和根部干重、Cr含量及土壤pH、土壤有效态Cr含量。

  1.3测定分析1.3.1土壤pH的测定土壤pH采用土壤水浸提液pH测定法,具体。

  由可知,Cr污染水平越高,对小白菜的生长危害越大。低浓度石灰的施入有助于小白菜的生长,2处理下,L2石灰浓度处理与对照相比小白菜根部干重增加显著,为对照处理的1.89倍和1.61倍(p<0.05),但高浓度石灰的施入反而对小白菜生长产生很强的抑制作用。石灰浓度为L3时,小白菜地上部干重小,与对照相比差异显著,分别为对照处理的35. 62、18.31和11.94(户<0.05)。处理下,石灰浓度为L3时,小白菜生长却极其缓慢,植株很小,甚至枯萎死亡,这可能有两个原因:(1)高浓度Cr对小白菜产生毒害作用。从、、可发现,在Cr浓度为Cr.~C(0 ~100mgkg-1)范围内,随着Cr浓度的增加,小白菜地上部干重和根部干重均在增高,这说明在此范围内Cr对小白菜的生长起到了促进作用。当Cr浓度达到C受到抑制,且较对照的地上部干重明显降低。由此可见,土壤含Cr浓度为100mgkg-1很可能是小白菜受Cr毒害的临界浓度。这与邓波儿等18的研究结果相一致。(2)高浓度石灰(2gkg-1)和高浓度Cr起作用,对小白菜生长产生毒害。

  I.曰L目I ofCr石灰对Cr污染土壤上小白菜根部干重和地上部干重的影响2活性炭对Cr污染土壤上小白菜根部干重和地上部十重的影响性炭的加入对小白地上部干重的影响与对照相比均差异显著(P炭加入浓度为C2时,地上部干重达到大,分别为对照处理的1.42倍、1.57倍、1.63倍。3处理下,活性炭加入浓度为C3时,地上部干重达到大,为对照处理的1. 37倍,与对照相比差异不显著。由此可知,活性炭对低、中等Cr污染土壤修复效果较好,能够显著增加小白菜地上部生物量,但在高浓度Cr污染土壤上,活性炭修复效果不明显。将和对比可发现,经活性炭改良后小白菜的干重明显高于经石灰改良后小白菜的干重,这进1步说明活性炭对Cr污染土壤的改良效果要好于石灰。

  的石灰+活性炭对Cr污染土壤上小白菜根部干重和地上部干重的影响57、9.27和29.54,与对照相比差异显著(户<0. 05),可见高浓度石灰+活性炭的施入对小白菜生长有抑制作用。

  将和对比可发现,经石灰+活性炭改良后小白菜的干重明显低于经活性炭改良后小白菜的干重,说明活性炭作为改良剂效果较石灰+活性炭作为改良剂好。以上结论可以看出石灰、活性炭、石灰+活性炭三种改良剂中,活性炭效果好。

  3改良剂对小白菜吸收重金属Cr的影响不同改良剂处理对Cr胁迫下小白菜体内Cr含量的影响如表4所示。

  由可知,不同Cr处理下,小白菜地上部干重和根部干重均随石灰+活性炭施加量的增加先增加后降低。除在处理下,石灰+活性炭施加浓度为L2C2时,小白菜地上部干重大,是空白对照的1.66倍,差异显著(p<0.05)。Cr0处理下,石灰+活性炭施加浓度为L2C2时,小白菜根部干重大,是空白对照的1.37倍,差异显著(p<0.05);其他Cr处理下,小白菜地上部干重和小白菜根部干重均在石灰+活性炭施加浓度为L2C2时达到大,差异显著(P<0.05)。不同Cr处理下,石灰+活性炭浓度为L3C3时小白菜地上部干重和根部干重小,分别是对照的70.表4不同改良剂处理小白菜体内Cr的含量处理叶部根部叶部根部叶部根部叶部根部一注:一未长出小白菜,下同Note:处理)达到空白的23.3倍,根部大值(C对照处理)达到空白的29.1倍(p<0.01),差异极显著。

  由表4可知,随着土壤Cr浓度的增加,小白菜叶部和根部Cr含量显著升高,叶部大值(C对照Cr处理下,Li石灰浓度时,小白菜叶部Cr含量降低为空白的88.41(P<0.05),差异显著,而后继续降低,但降低量变化差异不显著。Cn、2处理下,石灰的施用均显著降低了小白菜叶部和根部Cr含量,低含量(L3石灰浓度下)分别降至对照的74. 21、0.67和65.46、56.47(户<0.05)。Cr3处理下,施用石灰降低了小白菜叶部和根部Cr含量,但降低量与对照相比差异不显著,L2石灰浓度时叶部Cr含量为对照的68. 02,根部Cr含量为对Cr.处理下,活性炭用量为C3时,小白菜叶部、根部Cr含量分别为空白的54. 66、67.39,差异显著(P<0.05),其他处理与对照相比差异不显著。Cri处理下,活性炭浓度为C2和C3时,小白菜叶部Cr含量显著减少,分别为对照的66.量随活性炭浓度变化不显著,但总体随活性炭浓度的增加逐渐减少。Cr3处理下,活性炭的施用与对照相比显著降低了小白菜叶部Cr含量,C3活性炭浓度下小白叶部Cr含量与对照相比差异极显著,降至对降低了小白菜叶部Cr含量,低含量(L3C3浓度下)降至对照的66.00、71.15和54.52(户<0.05);而小白菜根部Cr含量在LiCi时减少量大,而后减少量变化不显著,低含量分别降为对照的由表4可发现,经不同改良剂处理后,叶菜中Cr含量明显降低,低于农产品安全质量无公害蔬菜安全要求(GB18406.1~2001)的国家标准U0.5mgkg-1),说明改良剂对Cr污染土壤有一定的改良效果;不同Cr浓度污染水平下,经活性炭改良后小白菜体内Cr的含量少,这进一步说明三种改良剂中,活性炭对Cr污染土壤的改良效果好。

  表5土壤pH及有效态Cr与小白菜吸收Cr间的相关系数改良剂项目土壤土壤有效态Cr叶部Cr含量Content根部Cr含量Content石灰土壤土壤有效态Cr活性炭土壤土壤有效态Cr石灰+活性炭土壤土壤有效态Cr注:和2.4土壤pH及有效态Cr含量与小白菜吸收Cr的关系由表5可知,土壤pH与土壤有效态Cr含量之间呈负相关,这与姜身永等9、章杰等20的研究结果一致。说明土壤的酸性条件是促进金属溶解和活化的一个因素。土壤的酸性增强时,土壤有效态Cr有增大的趋势,而土壤有效态Cr是可以被植物直接吸收的形态,所以在Cr污染的土壤中,可以增大土壤的pH,从而减小土壤Cr的植物有效性,使其向植物迁移的风险减小。小白菜叶部Cr含量和根部Cr含量与土壤有效态Cr含量表现出显著的正相关,说明土壤Cr含量对小白菜叶部和根部Cr吸收量影响显著。

  3结论在C3(8gkg-1)活性炭处理时,土壤有效态Cr分别降低为对照的22. 63、16.53、24.71和20.35,与对照相比呈显著性差异(p <0.05)。石灰、活性炭及石灰+活性炭这三种改良剂相比较而言,在相同Cr浓度处理下,活性炭对降低污染土壤中有效态Cr的效果好,与CK相比,有效态Cr的含量36.因此,三种改良剂对降低污染土壤中有效态的效果为:活性炭>石灰+活性炭>石灰,当将有效态重金属作为评价改良剂的修复效果时,使用活性炭这种材料。

  本试验的进步研究将从小白菜生理生化(细胞膜透性、叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)活性以及丙二醛(MDA)含量的变化等)方面去求证小白菜死亡到底是高浓度对其产生毒害作用还是高浓度和高浓度石灰(>2gkg-1)起作用导致的,并对其机理进行研究。

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