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土壤是人类赖以生存的物质基础和宝贵财富的源泉。但是,随着工农业和城市化进程的快速发展,污灌、金属冶炼、采矿、农药化肥的不合理施用等造成了土壤的重金属污染。重金属污染具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性等特点,因此重金属污染成为国际上研究的热点与焦点,如何控制和治理重金属的污染和危害已而成为环境污染治理中急需解决的重大课题。
有机配体在土壤的淋溶修复以及螯合诱导植物修复中被广泛用来活化土壤的重金属。这些有机配体进入土壤,与黏土矿物、有机质等土壤组分相互作用,使重金属活化,本文选用可生物降解的有机配体[S,S]-EDDS作为主要的研究对象,并以其他几种常用的有机配体作为比较,结合重金属化学淋洗技术和植物提取技术以其为土壤的重金属修复开拓新的思路,为选择适当的污染土壤修复材料提供理论依据,主要研究结果如下:
(1)有机配体EDDS淋洗修复外源重金属污染土壤的研究结果表明,对于被外源重金属污染的模拟土壤,新型的生物可降解螯合剂EDDS和典型的低分子有机酸CIT均能对土壤中的金属Cd、Cu、Pb和Zn起到活化作用,但从总体上看EDDS对目标金属的活化能力要好于CIT,并且有机配体的用量对其解吸效率有着重要的影响,淋洗剂中有机配体的浓度越高,对重金属的解吸淋洗效果越好。从实验结果来看,当重金属元素与EDDS的摩尔比为1:1时,黑土中Cu、Cd、Zn和Pb的解吸率为65.1%、50.8%、69.2%和54.2%;沙土中Cu、Cd、Zn和Pb的解吸率为54.1%、49.0%、72.0%和64.6%;红壤中Cu、Cd、Zn和Pb的解吸率为59.6%、20.5%、65.7%和36.7%。因此,若利用EDDS作为化学调控剂诱导污染土壤修复,在一定的土壤重金属污染范围内,结合经济成本与修复效果问题,可考虑EDDS/外源重金属摩尔比为1:1。当重金属/配体解吸剂摩尔比1:1时,EDDS对不同程度污染土壤中外源重金属Cu、Zn、Cd和Pb的解吸也基本能取得稳定而良好的效率,这进一步说明重金属元素与EDDS的摩尔比为1:1时,就可得到较高的各重金属的解吸率。
(2)有机配体EDDS淋洗修复矿区重金属污染土壤的研究结果表明,虽然南京栖霞山铅锌银矿、汤山伏牛山铜矿的各3种土样的重金属淋洗效果存在差异,但有机配体的加入提高了这些土样中重金属的提取率。EDDS对各金属的提取率与DTPA和EDTA相近,并高于NTA和CIT。各配体对Cu的提取率分别为9.92%~44.8%(DTPA)、11.0%~40.6%(EDTA)、8.98%~41.7%(EDDS)、7.32%~31.0%(NTA)和0.753%~2.50%(CIT);对Zn的提取率范围分别为7.98%~56.0%(DTPA)、7.23%~50.5%(EDTA),7.09%~38.7%(EDDS)、4.31%~41.8%(NTA)和0.675%~5.04%(CIT);对Pb的提取率范围分别为12.9%~63.6%(DTPA)、8.51%~55.1%(EDTA)和9.74%~35.0%(EDDS)、1.77%~30.8%(NTA)和0.756%~2.50%(CIT)。因此,EDDS对各土样中重金属Cu、Pb、Zn的活化潜力与DTPA和EDTA相近。而EDDS及其金属螯合物易生物降解,同时又是低毒低环境风险的,故建议使用EDDS对矿区重金属污染土壤进行淋洗修复。
(3)有机配体EDDS对土壤外源重金属的生物有效性的影响研究结果表明,有机配体EDDS、柠檬酸在5 mmol·kg-1浓度下,EDDS处理对所研究的金属在小麦幼苗体内的富集和它们在小麦幼苗体内的传输有明显的诱导作用。EDDS处理组的小麦根和茎叶金属含量均高于对照组。EDDS处理组Cd、Cu、Zn和Pb的茎叶富集系数远高于对照组Cd、Cu、Zn和Pb的茎叶富集系数。柠檬酸处理对Cu、Zn和Pb茎叶富集系数的提高不大,但明显提高了Cd的茎叶富集系数。添加EDDS后土壤中4种重金属的可交换态含量增加最明显,这与小麦体内富集的金属含量趋势相一致。对于不同的金属而言,Cd的根系相对富集量比较高,其可交换态的相对含量也最高,Pb的植物富集效率和可交换态含量较低。因此,EDDS对土壤中外源重金属有较强的解吸和活化能力,可以较大程度地强化小麦幼苗根系对外源Cd、Cu、Pb和Zn的吸收并诱导这些重金属由根系向茎叶迁移。