納米沸石對Cd污染土壤的修復效應及機理研究.pdf

1、我國土壤鎘污染問題日趨嚴重，土壤鎘污染修復越來越受到關注。原位化學固定修復主要通過固定土壤中的鎘來降低鎘的移動性和生物有效性，被認為是一種經(jīng)濟高效且易于實施的鎘污染土壤修復技術，該技術的關鍵在于選擇適合的修復劑。沸石作為土壤改良劑，具有較強的吸附性能和離子交換能力，在土壤Cd污染修復方面應用廣泛。但普通沸石存在孔道易堵塞等缺陷，對重金屬Cd2+的吸附和固定能力受到限制。納米沸石由于其特有的結構使其具有巨大的比表面積和超強的吸附能力，在重

2、金屬Cd污染土壤修復方面具有良好的應用前景。而目前國內(nèi)外對納米沸石在鎘污染土壤修復方面的研究較少，關于納米沸石對土壤鎘污染的修復機制、施用量與土壤鎘修復效果和植物生長的關系更是尚未清楚。因此，本研究以納米沸石（NZ）和普通沸石（OZ）為修復劑，通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗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土壤鎘形態(tài)隨培養(yǎng)時間（0、1、4、7、14、21和28d）的變化情況以及對土壤pH和陽離子交換量的影響，并通過土培試驗進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大白菜生長、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）的大田修復應用研究。主要研究結果如下：
　?。?）室內(nèi)培養(yǎng)試驗中，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），增加了碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機態(tài)和殘渣態(tài)FDC。培養(yǎng)結束（28天）時，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)和殘渣態(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)、碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)和殘渣態(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，增加了碳酸鹽結合態(tài)、鐵錳氧化態(tài)、有機態(tài)和殘渣態(tài)分配比例。培養(yǎng)結束（28天）時，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，但此時納米沸石和普通沸石對可交換態(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相關關系（P<0.01）。對比兩種沸石，納米沸石對土壤pH值和CEC的增加效果優(yōu)于普通沸石。
　?。?）土培試驗中，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，與對照相比，施用納米沸石分別使2個品種大白菜（?山東四號‘和?新晉菜三號‘）各部位鎘含量降低了19.5%~82.4%和17.0%~68.7%。納米沸石對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。對比2個品種，無論在低鎘還是高鎘條件下，?新晉菜三號‘各部位鎘含量和鎘積累量均明顯高于?山東四號‘品種，?新晉菜三號‘品種對鎘吸收富集能力更強。
　　（5）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，?山東四號‘大白菜生物量呈降低趨勢，而?新晉菜三號‘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）處理對大白菜生物量和品質提高效果較好。
　　（6）大田試驗中，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