銅在黑土——作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化及其鈍化機(jī)理研究.pdf

1、土壤重金屬污染是影響我國糧食質(zhì)量安全的重要問題。富含重金屬的畜禽糞便排放和農(nóng)用是造成農(nóng)田土壤中重金屬積累的主要來源之一。研究重金屬在土壤作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化及其控制技術(shù)是保障農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量，生產(chǎn)安全農(nóng)產(chǎn)品的重要內(nèi)容。本研究以重金屬銅為例，通過盆栽模擬試驗(yàn)，探討重金屬在土壤-作物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，并利用天然礦物進(jìn)行重金屬原位固定(鈍化)試驗(yàn)，以發(fā)展重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)。取得的主要結(jié)論如下：
　　 (1)采用盆栽實(shí)驗(yàn)研究

2、豬糞對銅(Cu)在土壤-水稻系統(tǒng)中的化學(xué)形態(tài)、生物積累和有效性的影響。結(jié)果表明：土壤中人為添加的Cu主要以有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)存在，隨著土壤中Cu含量的增加，碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)Cu比例增加，其中碳酸鹽結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)Cu的增加速率最快，添加1％豬糞能減少土壤Cu的遷移能力，促使非結(jié)合態(tài)Cu離子向結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)化；添加1％豬糞處理可以顯著降低水提取態(tài)和二乙基三胺五乙酸-三乙醇胺(DTPA-TEA)提取態(tài)Cu的量(P<0.

3、01)，使TCLP(toxicity characteristics leachingprocedure)提取態(tài)Cu的量有少量增加，但沒達(dá)到顯著性水平；相比1％豬糞處理，添加3％的豬糞有相反的效果。對水稻不同部位Cu含量測定結(jié)果表明：與根部相比，水稻地上部分Cu含量很低；w(Cu)≥400 mg·kg-1處理中米粉Cu含量超過國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)(GB15199-94，Cu≤10 mg·kg-1)，添加豬糞能使水稻各部分Cu含量顯著降低(P

4、<0.01)，以1％豬糞處理效果最佳。適量添加豬糞到Cu污染土壤中可以降低Cu的生物有效性，但大量豬糞的長期施用導(dǎo)致土壤中Cu的積累會(huì)帶來嚴(yán)重的環(huán)境生態(tài)安全問題。
　　 (2)在豬糞中重金屬濃度差別很大，其平均濃度分別為：Cr31.33、Ni7.24、Cu265.69、Zn752.73、Cd0.49、和Pb6.46 mg·kg-1；Cu和Zn的平均濃度已超過農(nóng)用污泥所要求的最大允許限度。在豬糞中，Cu和Zn總量呈顯著相關(guān)性(r=

5、0.740，p<0.01)，顯示豬糞中的Cu和Zn具有相似的來源；在豬糞中，Cu和Ni的浸出風(fēng)險(xiǎn)較高，其次為Zn>Cd>Pb>Cr；豬糞中各種重金屬的不同形態(tài)分布也不盡相同，Cu、Ni、Cr和Pb大部分都是以殘留態(tài)的形式存在的(>60％)，然而，豬糞中含有的Cd和Zn大部分都不是殘留態(tài)；豬糞中各種重金屬的非殘留態(tài)百分含量分別為：Cu39.3％、Zn55.1％、Cd66.4％、Pb18.9％和Ni41.4％，這表明在豬糞中有很大一部分的C

6、u、Zn和Cd可被植物吸收利用；豬糞中有超過20％的Cu是以有機(jī)物結(jié)合態(tài)的形式存在的，而Zn主要是以鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的形式存在，這表明豬糞中的Cu和Zn具有很強(qiáng)的流動(dòng)性和生物可利用性。實(shí)踐已經(jīng)證明，長期施用豬糞作為有機(jī)肥存在一定Cu和Zn的潛在風(fēng)險(xiǎn)，在施用前，應(yīng)當(dāng)采取適當(dāng)?shù)拇胧?，來防止豬糞中的重金屬進(jìn)入土壤。
　　 (3)對粉煤灰、磷灰石和膨潤土對土壤中銅(水提取態(tài)，TCLP提取態(tài)、DTPA提取態(tài)銅和土壤銅的Tessier連續(xù)提

7、取)的生物有效性和可淋失性的影響做了比較研究，結(jié)果表明：在添加過銅的土壤中，三種改良劑能顯著降低DW、TCLP和DTPA提取態(tài)銅的量，其中膨潤土的效果最為明顯；在對銅處理過的土壤進(jìn)行連續(xù)提取發(fā)現(xiàn)，三種改良劑能顯著的降低非殘留態(tài)銅(水溶態(tài)和交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和有機(jī)結(jié)合態(tài)銅)含量，增加殘留態(tài)銅的含量；與沒有添加過改良劑的土壤相比，添加三種改良劑能顯著的降低作物地上部分中的銅含量，如在小麥盆栽實(shí)驗(yàn)中，400 mg·kg-1

8、銅處理的土壤上，添加2.5％的粉煤灰、磷灰石和膨潤土能使麥穗中的銅含量分別降低19.8％、31.9％和22.7％；實(shí)驗(yàn)表明：土壤中可淋失和生物有效態(tài)銅的量受土壤銅形態(tài)的控制，三種改良劑可以通過改變土壤中銅存在形態(tài)的方式降低銅的可淋失性和生物有效性。三種改良劑可以對添加銅處理的土壤中生物有效態(tài)銅進(jìn)行吸附和固定，主要原因可能是其中一些礦物對銅進(jìn)行吸附，然后形成了一定的沉積物；我們的實(shí)驗(yàn)表明：在添加銅處理的土壤中施用三種改良劑可以達(dá)到在原位吸