化学钝化剂对铜镉复合污染土壤的钝化效果分析

　　摘要

　　目前，许多农田因土壤重金属污染严重成为废弃农用地，对废弃农用地的修复与再利用已经到了刻不容缓的关键时期。化学钝化修复技术以低的投入成本、操作工艺的简单、使用效果快等优点，在重金属污染土壤修复中得到广泛的重视和关注。

　　本文以黑麦草为指示植物，选取某铜冶炼厂周边重金属污染废弃农用地为供试土壤，通过一次平衡吸附解吸实验、恒温土壤培养实验和生物盆栽实验，监测分析天然麦饭石、盐改性麦饭石、麦饭石包膜尿素缓释肥、生物调理剂等多种化学钝化剂对土壤-植物小生境的钝化修复效果和作用机理。主要研究结果如下：

　　采用一次平衡吸附解吸实验筛选化学钝化剂钝化效果的实验结果表明，粉煤灰、石灰石、天然麦饭石、盐改性麦饭石、碱改性麦饭石、生物调理剂等 6 种化学钝化剂对土壤铜镉均有较好的固定效果。粉煤灰、石灰石、生物调理剂、天然麦饭石、盐改性麦饭石和碱改性麦饭石用量分别为 80g/kg 土、2g/kg 土、10g/kg土、50g/kg 土、50g/kg 土、50g/kg 土时对铜镉的固定效果达到最佳状态，对土壤Cu 固定率分别为 85.1%、89.6%、96.5%、89.6%、96.5%和 96.4%,对土壤 Cd 固定率分别为 47.8%、56.3%、74.2%、38.6%、63.94%和 61.69%.综合考虑经济和使用价值，筛选天然麦饭石、盐改性麦饭石、生物调理剂、麦饭石包膜尿素缓释肥等 4 种钝化剂进行恒温土壤培养实验和盆栽实验。

　　土壤培养实验和生物盆栽实验结果均表明合理施用上述 4 种钝化剂后可提高土壤 pH 和土壤阳离子交换量（CEC），降低土壤 Cu、Cd 的活性，有效地钝化复合污染土壤铜、镉。在土壤培养实验中，与对照相比，土壤 pH 由 4.74 分别提高至 5.53、6.37、6.09、4.92,土壤阳离子交换量（CEC）分别提高了 46%、52%、49%、45%,土壤 Cu 弱酸提取态百分含量由 45.96%分别降至 33.26%、32.92%、33.51%、31.39%,土壤 Cd 弱酸提取态百分含量由 68.04%分别降至 34.04%、27.08%、30.42%、38.33%,土壤铜镉弱酸提取态百分含量与残渣态百分含量表现极显著负相关关系（P<0.01），与土壤 pH 和 CEC 表现显著负相关关系（P<0.05），土壤脲酶、酸性磷酸酶活性的变化可以指示这一结果。

　　生物盆栽实验与土壤培养实验结果对比可知，施加上述 4 种钝化剂后，土壤铜镉弱酸提取态百分含量持续降低，土壤Cu弱酸提取态百分含量分别降低了21%、23%、30%、2%,土壤 Cd 弱酸提取态百分含量分别降低了 26%、28%、20%、8%.

　　相比对照组，黑麦草地上部分Cu含量分别降低了74.35%、76.91%、71.78%、29.21%,地下部分 Cu 含量分别降低了 40.02%、52.52%、70.16%、1.36%;黑麦草地上部分Cd 含分别降低了 61.28%、65.00%、51.60%、52.10%,地下部分 Cd 含分别降低了38.27%、41.89%、46.71%、18.01%,地上部分 Cu、Cd 含量减少量显著高于地下部分，钝化剂可有效的抑制土壤铜镉由地下部分向地上部分迁移，降低了黑麦草对土壤铜镉的吸收和积累，达到修复污染土壤的目的。

　　XRD 表征分析说明麦饭石的主要组成物质为 NaAlSi3O8（钠长石），SEM 形貌和比表面积分析结果说明改性后其片状结构发生层间断裂，比表面积增大，增大麦饭石的吸附面积，从结构上证实了改性麦饭石较天然麦饭石具有更好的钝化效果的原因。

　　化学钝化剂对铜镉复合污染土壤具有良好的钝化效果，尤其是黏土矿物天然麦饭石及其改性材料的使用，既不会带入新的污染物质，避免二次污染的风险，又能够有效的改良土壤环境，为重金属污染土壤钝化修复工作提供新的方法。

　　关键词：钝化剂，麦饭石，黑麦草，重金属铜镉污染，废弃农用地

　　目录
　　
　　摘要
　　
　　第 1 章 文献综述
　　
　　1.1 研究背景
　　1.2 研究目的与意义
　　1.3 土壤重金属污染现状及修复方法
　　1.4 重金属污染土壤化学钝化修复研究现状
　　1.4.1 无机物料的应用
　　1.4.2 有机物料的应用
　　1.4.4 新型包膜缓释肥的研究现状
　　1.5 存在的问题与研究展望
　　1.5.1 存在的问题
　　1.5.2 研究展望
　　1.6 研究的主要内容
　　1.7 技术路线
　　
　　第 2 章 材料与方法
　　
　　2.1 供试材料
　　2.1.1 供试土壤
　　2.1.2 供试钝化剂
　　2.1.3 供试植物
　　2.2 实验方案的设计
　　2.2.1 几种钝化剂对土壤 Cu2+、Cd2+的解吸实验
　　2.2.2 几种钝化剂对土壤恒温培养实验
　　2.2.3 几种钝化剂对土壤-黑麦草盆栽实验
　　2.2.4 天然及改性麦饭石的制备及性能分析
　　2.2.5 麦饭石包膜尿素缓释肥的制备及配比分析
　　2.3 测定项目与方法
　　2.3.1 土壤基本理化性质的测定
　　2.3.2 土壤酶活性的测定
　　2.3.3 土壤重金属含量的测定
　　2.3.4 植物生理生化指标的测定
　　2.3.5 尿素包膜缓释肥尿素含量的测定
　　2.5 数据处理与分析
　　
　　第 3 章 几种钝化剂对污染土壤 Cu、Cd 的固定效果
　　
　　3.1 粉煤灰、石灰石、生物调理剂对土壤 Cu、Cd 解吸的影响
　　3.2 天然及改性麦饭石对土壤 Cu2+、Cd2+解吸的影响
　　3.3 本章小结
　　
　　第 4 章 几种钝化剂对铜镉污染土壤理化特征的影响--恒温培养实验
　　
　　4.1 几种钝化剂对土壤理化性质的影响
　　4.2 几种钝化剂对土壤阳离子交换量（CEC）的影响
　　4.3 几种钝化剂对土壤酶活性的影响
　　4.4 几种钝化剂对土壤铜镉形态的影响
　　4.4.1 对土壤 Cu 形态分布的影响
　　4.4.2 对土壤 Cd 形态分布的影响
　　4.5 土壤生理生化性质与土壤铜镉形态的相关性分析
　　4.5.1 各形态 Cu 与土壤生理生化性质相关性分析
　　4.5.2 各形态 Cd 与土壤生理生化性质相关性分析
　　4.6 本章小结
　　
　　第 5 章 几种钝化剂联合黑麦草对铜镉污染土壤的修复--盆栽实验
　　
　　5.1 几种钝化剂修复对黑麦草生理指标的影响
　　5.1.1 几种钝化剂对黑麦草生物量的影响
　　5.1.2 几种钝化剂对黑麦草叶绿素含量的影响
　　5.1.3 几种钝化剂对黑麦草根系活力的影响
　　5.2 几种钝化剂对污染土壤理化性质的影响
　　5.3 几种钝化剂修复对黑麦草铜镉含量的影响
　　5.4 黑麦草铜镉含量与土壤铜镉各形态的相关性分析
　　5.4.1 黑麦草 Cu 含量与土壤 Cu 各形态的相关性分析
　　5.4.2 黑麦草 Cd 含量与土壤 Cd 各形态的相关性分析
　　5.5 土壤培养和盆栽实验土壤 Cu、Cd 弱酸提取态和残渣态分布的影响38
　　5.6 本章小结
　　
　　第 6 章 麦饭石及改性麦饭石的性能分析
　　
　　6.1 天然麦饭石 X 射线衍射（XRD）表征
　　6.2 改性麦饭石扫描电子显微镜（SEM）表征
　　6.3 改性麦饭石比表面积
　　6.4 麦饭石包膜尿素缓释肥的配比分析
　　6.5 本章小结
　　
　　第 7 章 全文结论与展望
　　
　　7.1 全文结论
　　7.2 展望
　　7.3 创新点
　　
　　参考文献