納米沸石對(duì)Cd污染土壤的修復(fù)效應(yīng)及機(jī)理研究.pdf

1、我國土壤鎘污染問題日趨嚴(yán)重，土壤鎘污染修復(fù)越來越受到關(guān)注。原位化學(xué)固定修復(fù)主要通過固定土壤中的鎘來降低鎘的移動(dòng)性和生物有效性，被認(rèn)為是一種經(jīng)濟(jì)高效且易于實(shí)施的鎘污染土壤修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)的關(guān)鍵在于選擇適合的修復(fù)劑。沸石作為土壤改良劑，具有較強(qiáng)的吸附性能和離子交換能力，在土壤Cd污染修復(fù)方面應(yīng)用廣泛。但普通沸石存在孔道易堵塞等缺陷，對(duì)重金屬Cd2+的吸附和固定能力受到限制。納米沸石由于其特有的結(jié)構(gòu)使其具有巨大的比表面積和超強(qiáng)的吸附能力，在重

2、金屬Cd污染土壤修復(fù)方面具有良好的應(yīng)用前景。而目前國內(nèi)外對(duì)納米沸石在鎘污染土壤修復(fù)方面的研究較少，關(guān)于納米沸石對(duì)土壤鎘污染的修復(fù)機(jī)制、施用量與土壤鎘修復(fù)效果和植物生長(zhǎng)的關(guān)系更是尚未清楚。因此，本研究以納米沸石（NZ）和普通沸石（OZ）為修復(fù)劑，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)分別研究了不同鎘污染水平（1、5、10和15 mg·kg-1 Cd）和不同pH（4.0、5.0、6.0、7.0和8.0）條件下，不同施用量（0、5、10和20 g·kg-1）的納米

3、沸石和普通沸石處理對(duì)土壤鎘形態(tài)隨培養(yǎng)時(shí)間（0、1、4、7、14、21和28d）的變化情況以及對(duì)土壤pH和陽離子交換量的影響，并通過土培試驗(yàn)進(jìn)一步研究了土壤低鎘（1 mg·kg-1Cd）和高鎘（5 mg·kg-1Cd）污染條件下，不同施用量（0、5、10和20 g·kg-1）納米沸石和普通沸石對(duì)大白菜生長(zhǎng)、Cd吸收及土壤Cd形態(tài)、pH和陽離子交換量的影響，并在鎘污染菜園土壤上開展了納米沸石和普通沸石施用量（0、750、1500和3000

4、kg·畝-1）的大田修復(fù)應(yīng)用研究。主要研究結(jié)果如下：
　?。?）室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)中，不同鎘污染水平下，土壤鎘在培養(yǎng)0~4天、7~21天和28天發(fā)生了形態(tài)的再分配，土壤鎘形態(tài)以可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化態(tài)鎘變化最明顯。納米沸石和普通沸石有效降低了土壤可交換態(tài)鎘分配比例（FDC），增加了碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)FDC。培養(yǎng)結(jié)束（28天）時(shí)，在1、5、10和15 mg·kg-1 Cd污染土壤中，施用納米沸石和普通沸石使

5、土壤可交換態(tài)鎘FDC分別降低了12.8％~24.1%和12.1%~40.9%、20.0%~29.7%和8.0%~14.1%、18.4%~30.9%和4.2%~8.0%、13.3%~29.7%和4.4%~10.3%。隨著沸石施用量的增加，土壤可交換態(tài)鎘FDC降低幅度越大，降低效果以納米沸石優(yōu)于普通沸石。
　?。?）不同pH處理對(duì)土壤鎘形態(tài)分布存在不同影響。pH值為4.0~6.0的土壤中鎘形態(tài)在培養(yǎng)0~1天和4~28天發(fā)生了再分配，土

6、壤鎘形態(tài)以可交換態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)變化較明顯。在pH值為7.0和8.0的土壤中，土壤鎘形態(tài)在培養(yǎng)0~4天、7~14天和21~28天發(fā)生了重新分配，土壤鎘形態(tài)以可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的變化較明顯。施用納米沸石和普通沸石均有效降低了土壤可交換態(tài)鎘分配比例，增加了碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機(jī)態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)分配比例。培養(yǎng)結(jié)束（28天）時(shí)，pH為4.0、5.0、6.0、7.0和8.0的土壤中，施用納米沸石和普通沸石使土壤可交

7、換態(tài)鎘FDC分別降低了27.7%~42.0%和6.3%~37.1%、8.7%~30.1%和6.1%~11.2%、28.2%~32.5%和2.4%~10.7%（除10 g·kg-1 OZ處理）、26.3%~35.0%和17.2%~28.9%、17.0%~30.6%和1.6%~18.8%，低pH（4.0）條件下，土壤可交換態(tài)鎘FDC更高，但此時(shí)納米沸石和普通沸石對(duì)可交換態(tài)鎘的降低幅度也更大。
　?。?）在不同鎘污染水平下，施用納米沸石

8、和普通沸石明顯提高了土壤pH值和土壤CEC，且隨沸石施用量的增加而增加；不同pH條件下，施用納米沸石和普通沸石也有效提高了土壤陽離子交換量，且隨沸石施用量的增加而增加。土壤pH值和土壤CEC分別與土壤可交換態(tài)鎘含量存在極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.01）。對(duì)比兩種沸石，納米沸石對(duì)土壤pH值和CEC的增加效果優(yōu)于普通沸石。
　?。?）土培試驗(yàn)中，隨著納米沸石和普通沸石用量的增加，大白菜地上部和根部鎘含量不斷降低。低鎘（1 mg·kg-

9、1 Cd）和高鎘（5 mg·kg-1 Cd）污染條件下，與對(duì)照相比，施用納米沸石分別使2個(gè)品種大白菜（?山東四號(hào)‘和?新晉菜三號(hào)‘）各部位鎘含量降低了19.5%~82.4%和17.0%~68.7%。納米沸石對(duì)大白菜鎘含量的降低效果明顯優(yōu)于普通沸石，相同條件下，納米沸石處理的大白菜各部位鎘含量比普通沸石處理低10.5%~65.7%。普通沸石高施用量（20 g·kg-1）和納米沸石中（10 g·kg-1）、高（20 g·kg-1）施用量處理

10、也顯著降低了大白菜鎘積累量。對(duì)比2個(gè)品種，無論在低鎘還是高鎘條件下，?新晉菜三號(hào)‘各部位鎘含量和鎘積累量均明顯高于?山東四號(hào)‘品種，?新晉菜三號(hào)‘品種對(duì)鎘吸收富集能力更強(qiáng)。
　?。?）外源鎘污染（1和5 mg·kg-1 Cd）條件下，納米沸石不同施用量和普通沸石中低施用量（≤10 g·kg-1）處理均不同程度的增加了大白菜生物量，但兩種沸石施用量增至20 g·kg-1時(shí)，?山東四號(hào)‘大白菜生物量呈降低趨勢(shì)，而?新晉菜三號(hào)‘大白菜在

11、高鎘（5mg·kg?1 Cd）條件下，施用普通沸石和納米沸石則分別以中量（10 g·kg-1）和高量（20 g·kg-1）處理對(duì)大白菜生物量的提高效果較明顯。納米沸石和普通沸石均以中低用量（≤10 g·kg-1）處理整體上提高了2個(gè)品種大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量，但施用納米沸石和普通沸石增加了大白菜硝酸鹽含量。納米沸石和普通沸石以中低施用量（≤10 g·kg-1）處理對(duì)大白菜生物量和品質(zhì)提高效果較好。
　?。?）大田試驗(yàn)中，施

12、用納米沸石和普通沸石均明顯提高了大白菜產(chǎn)量，納米沸石中施用量（1500 kg·畝-1）處理大白菜產(chǎn)量最高，為8133.2 kg·畝-1，普通沸石高施用量（3000 kg·畝-1）處理次之，為7924.3 kg·畝-1，但大白菜產(chǎn)量在普通沸石和納米沸石處理間差異不顯著（P<0.05）。納米沸石和普通沸石均以中低施用量（≤1500 kg·畝-1）處理提高了大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量，對(duì)硝酸鹽含量則無明顯影響。與普通沸石相比，納米沸石處理

13、使大白菜氨基酸、還原糖和Vc含量分別提高了3.6%~20.8%、30.9%~50.7%（除了3000 kg·畝-1 NZ處理）和28.5%~55.3%。但納米沸石處理硝酸鹽含量也比普通沸石高。施用納米沸石和普通沸石顯著降低了土壤有效鎘含量（19.1%~24.1%和11.1%~19.9%），從而明顯降低了大白菜各部位鎘含量（8.1%~37.4%和9.9%~25.4%），且降低幅度隨著沸石施用量的增加而增加。中低施用量（≤1500 kg·畝