论文部分内容阅读
土壤重金属库的饱和容量是预测与反映土壤对重金属污染缓冲能力的重要指标,研究土壤有机组分重金属(铅,铜)库和生物炭调控,对环境风险评估和土壤污染修复具有重要意义。本文中采用连续提取法和傅里叶变换红外分光镜(FTIR),X射线衍射(XRD)等技术研究了土壤重金属库的容量与组成;通过有机组分分级研究了不同有机质的橡胶园土壤主要有机质的组分(富啡酸,胡敏酸,球囊霉素,黑炭等)重金属(铅,铜)库的容量和贡献;然后,通过调控两种橡胶园土壤(铅+生物炭,铜+生物炭),并布置小生菜盆栽实验,研究了生物炭对重金属污染土壤的定量调控作用。研究结果如下:1)结果显示,随着铅污染浓度的升高,稳定的铅库如有机结合态残渣态先达到饱和,而不稳定的碳酸盐结合态和交换态后达到饱。3种土壤的铅库饱和容量范围为4.45～13.85 mg g-1。在土壤重金属库容饱和过程中铅的分配主要由残渣态(-32.74%)向交换态(+25.82%)和碳酸盐结合态(+8.94%)转化。铅的生物有效性库(交换态+碳酸盐结合态+铁锰氧化态)的积累主要受CEC,pH和土壤质地影响。特别的是,X射线衍射光谱结果表明土壤饱和库中交换态部分以铅磷络合形成的磷酸铅(Pb2(P4O12))为主,而铁锰氧化态部分以铁氧化物铅(PbFe205)形式存在。傅里叶红外光谱结果表明土壤饱和铅库有机结合态中可能有羧酸盐(C-O-Pb-O-C结构)的存在。而土壤铅库残渣态部分主要是铅硅沉淀反应形成的铅硅酸盐如Pb8Fe(Si2O7)3,Pb5Si8021,Pb2Si04。这些结果一定程度上解释了土壤重金属的形成和组成机制。2)研究结果发现,土壤中有机质及其各组分结合铅,铜含量在高浓度下均达到饱和。不同有机组分重金属库(铅、铜)的容量饱和后,其重金属的分配随不同土壤和重金属类型而变化。不同有机组分结合铅、铜的分配规律分别为(%):黑炭(37.96)>胡敏酸(29.92)>富啡酸(12.68)>颗粒有机质(10.53)>球囊霉素(8.90)和富啡酸(44.37)>颗粒有机质(21.83)>球囊霉素(13.07)>黑炭(13.01)>胡敏酸(7.96)。单位质量有机组分碳吸附铅的能力大小(mg(100 g)-1C)为:黑炭(68361.18)＞胡敏酸(44073.42)＞颗粒有机质(13424.53)＞富啡酸(12065.8＞球囊霉素(7879.24)。而不同有机组分结合铜的能力大小(mg(100 g)-1C)分别为:颗粒有机质(28764.67)＞富啡酸(26443.92)＞胡敏酸(15889.16)＞黑炭(13311.81)＞球囊霉素(8893.8)。特别的是,土壤球囊霉素结合重金属的能力低于其他4个组分,其与单位球囊霉素碳吸附铅、铜的比率(mg(100g)-1C)分别为2646.64～7879.24和3106.68～8893.8。总之,该结果表明不同有机组分对重金属的结合能力差异很大,甚至同一种组分在不同土壤中的重金属亲和力也有差异,这可能与土壤的腐质化程度有关。3)结果表明,与未添加生物炭土壤相比,生物炭处理后铅、铜库容量变化显著,分别增加1.14～1.98,0.98～1.7倍。玉米秸秆生物炭修复使土壤重金属库的比例组成在从生物有效性向更稳定的库转化。同时,盆栽试验中生物炭显著提高了较低铅污染浓度土壤中小生菜的生长,包括地上部鲜重和叶绿素含量,而铜污染土壤中则不显著。此外,生物炭的添加使小生菜地上部铅,铜含量分别降低了52.7%～70%,33.4%～53.4%。根据拟合小生菜重金属吸收量和土壤污染浓度得到的线性方程,推导出生物炭调控后,橡胶园土壤的叶菜类蔬菜铅,铜安全浓度分别提高了 0.9～6.5,4.1～5.5倍。因此,研究结果证实了生物炭调控土壤重金属库的容量和组成的可行性,并能有效提高土壤植物安全容量。总之,本研究揭示了土壤重金属库的最大容量和组成,库饱和状态下重金属的主要有机和矿质形态,以及有机组分,生物炭对土壤重金属库的影响和调控作用。为了更全面的了解土壤重金属库,需要进一步研究不同物理组分分级包括胶体或团聚体下重金属库的组成和差异。