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熱改性坡縷石對土壤Cd污染的鈍化修復(fù)研究

2021-05-25 06:30陶玲管天成劉瑞珍何靜尚倩倩任珺
關(guān)鍵詞:殘渣改性重金屬

陶玲,管天成,劉瑞珍,何靜,尚倩倩,任珺*

(1.蘭州交通大學(xué)環(huán)境與市政工程學(xué)院環(huán)境生態(tài)研究所,蘭州730070;2.甘肅瀚興環(huán)??萍加邢薰?,蘭州730070;3.甘肅省黃河水環(huán)境重點實驗室,蘭州730070;4.山東省煙臺市森林資源監(jiān)測保護(hù)服務(wù)中心,山東 煙臺264000)

近年來,隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,尤其是工業(yè)廢水不達(dá)標(biāo)排放和污水灌溉,以及農(nóng)藥肥料等大量施用,使農(nóng)田土壤重金屬污染日益嚴(yán)重[1],其中Cd 污染較為突出。Cd 是生物毒性最強(qiáng)的一種重金屬元素,在環(huán)境中比較活潑,易遷移,更容易通過食物鏈危及人類身體健康[2]。同時,土壤被Cd 污染后,導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量降低[3-5]。因此,對于較為突出的土壤Cd污染問題,需要研究和開發(fā)安全、有效的修復(fù)材料和技術(shù),來降低土壤Cd 含量和Cd 的生物有效性,控制Cd 的遷移性,以此保障人體健康和生態(tài)安全。目前,土壤重金屬污染治理和修復(fù)技術(shù)主要有物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)、生物技術(shù)、農(nóng)藝措施等,這些修復(fù)技術(shù)都有各自的優(yōu)勢和應(yīng)用價值[6]。

化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)是通過改變重金屬在土壤中的存在形式,降低重金屬的遷移性和生物有效性,減少重金屬的潛在生態(tài)風(fēng)險[7-9],因其操作簡單、投入成本低、適用范圍廣等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用在實際污染土壤處理中。用于重金屬污染土壤修復(fù)的鈍化劑主要有無機(jī)類(石灰、膨潤土、金屬氧化物、磷礦粉等)、有機(jī)類(農(nóng)家肥、草炭以及作物秸稈等)、有機(jī)-無機(jī)類(污泥、堆肥等)[10-11]。在實際應(yīng)用中,各鈍化劑對重金屬的鈍化機(jī)理不同,需結(jié)合土壤類型、污染情況以及鈍化材料的本身性質(zhì)綜合考慮。

坡縷石是一種層鏈狀結(jié)構(gòu)的含水鎂鋁硅酸鹽礦物,屬于2∶1 型的層狀礦物,具有比表面積大、吸附性強(qiáng)、偏堿性等特征,作為鈍化材料被大量應(yīng)用[12]。但是天然坡縷石含有許多的結(jié)晶水和酸易溶物質(zhì),為了更好地發(fā)揮坡縷石的吸附性能,通常對坡縷石進(jìn)行改性以去除雜質(zhì),增加比表面積和活性基團(tuán),使其比原礦更具有應(yīng)用價值[13]。有研究者也曾用坡縷石原礦或改性的坡縷石做過重金屬污染土壤的修復(fù)研究。如通過巰基改性坡縷石來抑制小麥中的Cd 積累,結(jié)果顯示,改性坡縷石有效降低了堿性土壤中生物有效態(tài)Cd 含量[14];采用生化黃腐酸為改性材料對坡縷石進(jìn)行改性,來探討土壤中Cd 的生物有效性,研究表明,坡縷石和改性坡縷石材料均可顯著降低生菜體內(nèi)Cd 含量,且改性坡縷石效果優(yōu)于未改性坡縷石[15]。坡縷石經(jīng)過高溫焙燒后,其中的水分被蒸發(fā)掉,比表面積變大,其吸附中心被活化,使坡縷石有更好的吸附效果。本研究以坡縷石為原材料,對其進(jìn)行不同溫度的熱改性,通過鈍化實驗研究添加熱改性坡縷石對Cd污染土壤理化性質(zhì)、Cd的生物有效性和Cd的化學(xué)形態(tài)的影響,通過盆栽實驗探討添加熱改性坡縷石對植物生長狀況的影響,為Cd 污染土壤修復(fù)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 污染土壤

水稻土樣取自黑龍江省齊齊哈爾市依安縣新興鎮(zhèn)西發(fā)村一塊種植5 年以上的農(nóng)業(yè)用地的表層土壤。篩選出較大的石子和動植物殘體等雜物。土壤類型為黑土,理化性質(zhì)如下:pH 為7.5,EC 為162.3 μS·cm-1,CEC 為15.51 cmol·L-1,總Cd 含 量 為0.30 mg·kg-1。原始水稻土經(jīng)自然風(fēng)干后再進(jìn)行人工Cd污染土壤的制備,用量筒量取1 L 3.33×10-3mol·L-1CdCl2溶液將其倒入裝有1.5 kg 原始土樣的花盆中,并充分?jǐn)嚢杌靹?,得?.0 mg·kg-1的Cd模擬污染水稻土土樣。

1.2 熱改性坡縷石的制備

坡縷石原礦產(chǎn)自甘肅省臨澤縣板橋鎮(zhèn),由甘肅瀚興環(huán)??萍加邢薰咎峁?。坡縷石的主要礦物含量為坡縷石29.7%、石英21.8%、海泡石4.9%、長石14.6%、白云石6.3%、綠泥石4.8%、石膏5.1%、蒙脫石5.3%、方解石3.2%、云母4.2%[16]。將坡縷石破碎、分篩,制備100 目的顆粒。分別在250、300、350、400、450 ℃下熱改性2.5 h,制得5 種熱改性坡縷石鈍化材料,分別記為RP250、RP300、RP350、RP400和RP450。

1.3 鈍化實驗

將5 種坡縷石鈍化材料按照30.0 g·kg-1的添加量,加入1.5 kg 重金屬污染土樣中,充分?jǐn)嚢杌旌?,對照是未添加熱改性坡縷石的重金屬污染土樣,加去離子水保持70%的田間持水量鈍化60 d,之后測定土樣理化性質(zhì)、DTPA-Cd 含量、TCLP-Cd 含量和Cd 的酸溶態(tài)、還原態(tài)、氧化態(tài)、殘渣態(tài)含量,每個處理重復(fù)3 次。

1.4 盆栽實驗

鈍化60 d 后,在25 ℃的條件下,以玉米為供試植物,將玉米種子均勻播種在盛有重金屬污染土樣的花盆(直徑20 cm)中,每份土樣播種10 粒種子,播種深度2 cm,播種后保持土壤濕潤。在出苗10 d左右進(jìn)行間苗,每份土樣均勻保留3 株長勢最好的幼苗。繼續(xù)生長30 d后,取出全部植株。

1.5 分析測定方法

分別使用pH計和電導(dǎo)率儀在土壤/無CO2蒸餾水中(分別為1∶2.5 和1∶5)測定pH 和電導(dǎo)率(EC)。醋酸銨法檢測陽離子交換量(CEC)[17-18]。土壤提取態(tài)Cd 經(jīng)DTPA 提取劑在25 ℃振蕩浸提2 h 后,4 000 r·min-1離心10 min,上清液經(jīng)0.45 μm 的微孔濾膜過濾后,用火焰原子吸收分光光度計測定浸提液中重金屬Cd 的含量。TCLP 毒性浸出量用美國環(huán)保署推薦的固體廢棄物毒性浸出方法,用火焰原子吸收分光光度計進(jìn)行測定重金屬Cd 的含量。Cd 的酸溶態(tài)、還原態(tài)、氧化態(tài)和殘渣態(tài)4 種形態(tài)采用BCR 連續(xù)提取法[19]測定。采用JSM-6701F 型掃描電鏡對熱改性坡縷石的微觀形態(tài)進(jìn)行表征,采用X射線衍射儀對熱改性坡縷石進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析。

取出全部植株,測定每株玉米植株株高。用去離子水清洗3 次,然后用濾紙吸干水分,將玉米植株分為地上部分和地下部分,分別測得地上部分與地下部分鮮質(zhì)量;再將地上部分和地下部分在105 ℃下殺青0.5 h,于80 ℃下烘干至恒質(zhì)量,分別測定地上部分與地下部分生物體干質(zhì)量。使用四酸(鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸)進(jìn)行消解,使用火焰原子吸收分光光度計測定植物各部位Cd含量。

1.6 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016 進(jìn)行整理,并用Statistica 7.0 統(tǒng)計分析軟件進(jìn)行分析,Origin 2017制圖。用公式(1)和公式(2)計算重金屬在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(Translocation factor,TF)和富集系數(shù)(Biological concentration factor,BCF)。

2 結(jié)果與分析

2.1 熱改性坡縷石的SEM和XRD分析

由掃描電鏡可以看出(圖1),原礦結(jié)構(gòu)密實,幾乎看不到棒狀結(jié)構(gòu)存在,孔道少,250、300、350 ℃熱改性的坡縷石棒狀結(jié)構(gòu)增多,孔道變寬,400 ℃熱改性的坡縷石表面變得粗糙,孔道變寬,接觸表面積變大,450 ℃熱改性的坡縷石棒狀結(jié)構(gòu)、孔道明顯減少,整個結(jié)構(gòu)聚集在一起。坡縷石主要以晶束團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)形式存在,且晶束團(tuán)聚體的表面存在明顯的棒狀結(jié)構(gòu)。熱改性使得坡縷石中的表面吸附水、沸石水、結(jié)晶水脫水而使改性后的坡縷石結(jié)構(gòu)更加疏松且排列無序,晶束團(tuán)聚體之間間隙增加,孔道更為寬大,增加了坡縷石的吸附能力。

坡縷石主要由坡縷石、石英、白云石、白云母、綠泥石、長石等礦物質(zhì)組成。經(jīng)過熱改性后,坡縷石特征峰沒有發(fā)生明顯的變化,只是部分特征峰強(qiáng)度發(fā)生改變,說明坡縷石晶相結(jié)構(gòu)并未發(fā)生改變,改性并沒有破壞坡縷石的結(jié)構(gòu)(圖2)。

2.2 熱改性坡縷石對土壤理化性質(zhì)的影響

與未添加熱改性坡縷石的對照土壤相比,熱改性坡縷石的添加均提高了土壤pH,添加熱改性坡縷石RP250 和RP400 后土壤pH 之間的差異不顯著,添加熱改性坡縷石RP300、RP350 和RP450 后土壤pH 之間的差異顯著。在添加熱改性坡縷石RP350 后土壤pH最高(表1),顯著高于對照0.74個單位。與對照相比,添加熱改性坡縷石后土壤EC之間差異顯著,且顯著高于對照處理的土壤EC。添加5 種熱改性坡縷石后土壤EC 之間沒有顯著差異。與對照相比,添加熱改性坡縷石后土壤CEC 之間差異顯著,且顯著高于對照處理的土壤CEC,在5 種鈍化材料之間,添加熱改性坡縷石RP300 和RP350、RP400 后土壤CEC 之間差異不顯著,和添加熱改性坡縷石RP250、RP450 后土壤CEC之間差異顯著。

表1 熱改性坡縷石對Cd污染水稻土理化性質(zhì)的影響Table 1 Effect of heat-modified palygorskite on physicochemical properties of Cd contaminated paddy soil

2.3 Cd的提取態(tài)和化學(xué)形態(tài)

對農(nóng)田土壤來說,農(nóng)作物對重金屬的吸收情況直接關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量,評價方法的選擇更傾向于評價植物可給性,DTPA 通常提取的是重金屬水溶態(tài)、交換態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)的總和,還包括部分氧化物和次生黏土礦物結(jié)合的重金屬,由于它們和植物生長最為密切,可以代表重金屬的生物有效性。

與對照處理組相比,添加不同熱改性坡縷石能顯著降低DTPA 提取態(tài)Cd 含量(圖3),其中添加熱改性坡縷石RP350 后,DTPA 提取態(tài)Cd 含量降低效果最佳,與添加其他熱改性坡縷石后相比差異顯著。

TCLP毒性浸出試驗是評價土壤中重金屬和一些有機(jī)污染物質(zhì)可遷移性的重要方法,同時也是評判土壤修復(fù)效果的重要指標(biāo)。與對照處理組相比,添加不同熱改性坡縷石能顯著降低TCLP提取態(tài)Cd含量,其中添加熱改性坡縷石RP350 鈍化土壤后,TCLP 提取態(tài)Cd含量降低效果最佳,此外,除了添加熱改性坡縷石RP300 和RP350 后對TCLP 提取態(tài)Cd 含量之間差異不顯著外,添加其他不同熱改性坡縷石對TCLP 提取態(tài)Cd 含量之間存在明顯差異,加入熱改性坡縷石鈍化土壤明顯優(yōu)于不添加(圖3)。

土壤中重金屬的形態(tài)決定了它對生態(tài)環(huán)境的危害程度,其中酸溶態(tài)活性最強(qiáng),起主要的危害作用,殘渣態(tài)最弱,因此可以用形態(tài)分級方法來評價重金屬污染土壤的鈍化效果。添加熱改性坡縷石后4 種形態(tài)的含量較對照處理組相比存在顯著差異。未添加熱改性坡縷石處理中Cd 主要以酸溶態(tài)存在,氧化態(tài)含量最低。酸溶態(tài)和還原態(tài)含量在添加熱改性坡縷石RP350 后最少,氧化態(tài)含量較對照處理組有明顯增加,殘渣態(tài)在添加熱改性坡縷石RP350 后含量最多(圖4)。整體來看,經(jīng)過添加熱改性坡縷石后,酸溶態(tài)和還原態(tài)含量減少,氧化態(tài)和殘渣態(tài)含量增加。氧化態(tài)和殘渣態(tài)含量越高,說明土壤鈍化效果越好,被植物吸收的越少(表2)。

2.4 Cd富集量及植物生長

在玉米植株生長40 d后,未添加熱改性坡縷石的土壤中重金屬Cd的富集量顯著高于添加熱改性坡縷石土壤中的Cd 富集量,添加不同的熱改性坡縷石對Cd 富集量的影響之間差異顯著(圖5)。其中地上部分的重金屬含量明顯比地下部分的重金屬含量少,表明Cd 更多地富集在玉米植株的根部。玉米植株地上、地下部分重金屬富集量最小是在加入熱改性坡縷石RP350 后,地上部分Cd 的富集量最低為0.305 mg·kg-1,較對照降低了48.22%,地下部分Cd 富集量最少為0.543 mg·kg-1,較對照降低了33.29%,說明添加熱改性坡縷石可以減少玉米植株吸收土壤中的Cd,從而降低玉米植株體內(nèi)的Cd含量。

表2 熱改性坡縷石鈍化Cd污染水稻土中Cd的形態(tài)含量(mg·kg-1)Figure 2 Speciation content of Cd in Cd contaminated paddy soil stabilized by heat-modified palygorskite(mg·kg-1)

在玉米植株生長40 d后,添加熱改性坡縷石能明顯降低玉米植株體內(nèi)Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(表3),添加不同熱改性坡縷石對Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的影響之間存在顯著差異。在添加熱改性坡縷石RP350后,Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)降到最小,后有略微的增加。由此表明,施用熱改性坡縷石能減少玉米植株對Cd的吸收,并降低玉米植株的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)以限制玉米植株吸收的Cd由地下部轉(zhuǎn)移到地上部,從而減輕玉米植株地上部的Cd毒害,可能會降低可食用部分的Cd含量。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)小于1,說明植物對重金屬主要富集在地下部分,重金屬被根吸收容易,遷移較難。玉米植株Cd 生物富集系數(shù)最高的是對照(表3),在Cd 污染的土壤中添加熱改性坡縷石后,玉米植株的生物富集系數(shù)明顯降低,添加不同熱改性坡縷石對Cd 富集系數(shù)的影響之間存在顯著差異。在添加熱改性坡縷石RP350 鈍化土壤后,Cd 富集系數(shù)降到最低,后輕微增加,且仍低于不添加熱改性坡縷石的對照組。說明添加熱改性坡縷石能顯著降低玉米植株對Cd 的吸收,緩解Cd毒害。

在玉米植株生長40 d后,添加不同溫度的熱改性坡縷石對玉米植株根長和株高有顯著影響(圖6),都顯著高于對照處理組,添加熱改性坡縷石RP250、RP300、RP350、RP400、RP450比對照組的根長分別提高了12.9%、33.5%、39.9%、22.8%、19.2%;株高分別提高了11.9%、19.6%、21.2%、15.5%、12.6%。添加熱改性坡縷石RP350 后,玉米植株的根長和株高達(dá)到最大,顯著高于其他處理。表明施入熱改性坡縷石可以緩解Cd 脅迫對玉米植株株高和根長的抑制作用。

表3 熱改性坡縷石對Cd在玉米植株中富集轉(zhuǎn)運(yùn)的影響Table 3 Effect of heat-modified palygorskite on accumulation and transformation factors of Cd in corn plants

在玉米植株生長40 d后,未添加熱改性坡縷石玉米植株地上、地下部分鮮質(zhì)量受到抑制,明顯低于添加熱改性坡縷石處理(圖7A)。添加熱改性坡縷石后玉米植株地上、地下部分鮮質(zhì)量較對照組存在顯著差異。添加熱改性坡縷石RP300、RP350 后的玉米植株地上部分鮮質(zhì)量沒有顯著差異,但顯著高于其他處理,添加熱改性坡縷石RP350后的地上部分鮮質(zhì)量最高,較對照處理組提高了59.5%;添加熱改性坡縷石RP350 后的地下部分鮮質(zhì)量最高,顯著高于其他處理,較對照組提高了58.2%。

在玉米植株生長40 d后,添加熱改性坡縷石能夠提高玉米植株地上、地下部分干質(zhì)量(圖7B)。添加RP250、RP300、RP350、RP400、RP4505 熱改性坡縷石較對照組的玉米植株地上部分干質(zhì)量分別提高了26.6%、26.1%、45.1%、28.3%、23.4%,添加熱改性坡縷石RP250、RP300、RP400、RP450 后的地上部干質(zhì)量沒有明顯差異,但顯著低于添加熱改性坡縷石RP350后的地上部分干質(zhì)量。添加熱改性坡縷石RP350 后的玉米植株地下干質(zhì)量顯著高于對照組,較對照組提高了45.1%,其他熱改性坡縷石鈍化土壤后的玉米植株地下干質(zhì)量高于對照組,但沒有顯著差異。

2.5 相關(guān)性分析

土壤的pH 和兩種提取態(tài)Cd 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,和Cd 4 種化學(xué)形態(tài)沒有顯著性相關(guān)關(guān)系(表4)。EC 和有效態(tài)Cd、Cd 的4 種化學(xué)形態(tài)沒有顯著性相關(guān)關(guān)系。CEC和兩種提取態(tài)Cd、酸溶態(tài)Cd、還原態(tài)Cd呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,和氧化態(tài)Cd、殘渣態(tài)Cd呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。Cd富集量和兩種提取態(tài)Cd、酸溶態(tài)Cd、還原態(tài)Cd呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,和氧化態(tài)Cd、殘渣態(tài)Cd 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。玉米植株的根長、株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量和有效態(tài)Cd、酸溶態(tài)Cd、還原態(tài)Cd 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,和氧化態(tài)Cd、殘渣態(tài)Cd呈顯著正相關(guān)關(guān)系。

3 討論

土壤pH是影響重金屬各種提取形態(tài)含量及遷移轉(zhuǎn)化的重要因素之一[20]。在Cd 污染土壤中添加熱改性坡縷石鈍化劑使土壤pH 先升高后降低,這種變化可能是由黏土礦物本身的性質(zhì)決定的。大量研究表明,坡縷石不僅含有SiO2、MgO、Al2O3、H2O,還含有少量的Fe2O3、CaO、K2O、MnO 等氧化物,其材料自身呈堿性且含有羥基等基團(tuán),添加到土壤后能夠調(diào)節(jié)土壤的酸堿環(huán)境,進(jìn)而使土壤pH 升高[21-22];也可能是因為升高溫度后坡縷石中的碳酸鹽類礦物分解,生成的氧化物與水反應(yīng)生成氫氧化物,使得pH升高[23]。

向土壤中添加熱改性坡縷石后,土壤CEC 增大,這可能是由于坡縷石自身具有高CEC 含量,使土壤CEC 升高。另外,坡縷石具有很強(qiáng)的吸附性能和黏性,能夠吸收更多的礦物元素,同時,其存在的自由顆粒也易與土壤膠體中顆粒反應(yīng)形成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合體以及土壤團(tuán)聚體,從而使土壤CEC含量升高[24]。

表4 土壤提取態(tài)Cd含量、Cd形態(tài)與土壤理化性質(zhì)、玉米植株生長、Cd富集情況之間的相關(guān)性Table 4 Correlation variance analysis between extraction states Cd,speciation of Cd and physicochemical properties of soil,growth and accumulation of corn plants

添加熱改性坡縷石后,兩種提取態(tài)Cd 含量有顯著的降低趨勢,高溫煅燒能去除坡縷石中的吸附水、沸石水、部分結(jié)晶水以及八面體中的結(jié)構(gòu)水,造成晶格內(nèi)部和沸石孔道中斷鍵,增加活性中心,使其雜亂堆積的針棒狀團(tuán)變得疏松多孔,增加孔隙容積和比表面積[25],將土壤中的可溶性重金屬元素緊緊地吸附在其表面或進(jìn)入其層間結(jié)構(gòu)。同時,土壤pH值升高,不僅可顯著降低土壤中Cd2+的活性,還可促進(jìn)土壤膠體對Cd 的吸附作用,有利于生成CdCO3和Cd(OH)2沉淀,有效降低了重金屬Cd的生物有效性和可遷移性,抑制植物對Cd 的吸收[24]。此外,其他研究者[26-28]研究發(fā)現(xiàn),施用沸石增加了土壤pH和CEC,進(jìn)而改變土壤的導(dǎo)水率和滲透系數(shù),使土壤對Cd 的固定吸附作用加強(qiáng),進(jìn)而降低Cd在土壤中的遷移性。

添加熱改性坡縷石后重金屬的形態(tài)較未添加熱改性坡縷石發(fā)生了顯著變化,這可能是鈍化劑與土壤中重金屬發(fā)生了沉淀、絡(luò)合和吸附等物理化學(xué)反應(yīng),改變了重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài),將活性高的酸溶態(tài)和還原態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛钚缘偷难趸瘧B(tài)和殘渣態(tài)[29],從而使重金屬穩(wěn)定地鈍化在土壤中,不易被植物吸收。施加熱改性坡縷石使得重金屬的酸溶態(tài)向還原態(tài)、氧化態(tài)、殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化,具體可能是以下幾個原因造成的:一是添加坡縷石會提高土壤的pH、CEC,增加了土壤膠體表面的負(fù)電荷,被吸附的Cd穩(wěn)定性增強(qiáng);二是坡縷石本身具有較大的比表面積,為Cd提供吸附位點;三是Cd2+與坡縷石形成絡(luò)合物。這與高瑞麗等[30]、Xu等[31]和閆家普等[32]的研究結(jié)果相似,污染土壤中的Cd由活性較高的酸溶態(tài)向活性較低的殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化,鈍化劑可顯著降低酸溶態(tài)和還原態(tài)的含量,增加氧化態(tài)和殘渣態(tài)的含量。

添加熱改性坡縷石后玉米植株的生長狀況有了明顯的改善,生物量增加,由此產(chǎn)生的稀釋作用減少了玉米植株體內(nèi)的Cd 富集量,這與楊文弢等[33]、許劍臣等[34]和任靜華等[35]的研究結(jié)果相符。主要是因為添加坡縷石對土壤中的Cd 有一定的鈍化作用,將部分生物有效態(tài)Cd 轉(zhuǎn)化為生物難以利用的Cd 形態(tài),從而降低Cd 對玉米的毒害作用,促進(jìn)了玉米植株對養(yǎng)分的吸收,從而增加產(chǎn)量。

總體來說,添加RP350熱改性坡縷石鈍化效果最佳。隨著改性溫度升高,坡縷石的外表面的吸附水、孔道的吸附水和部分結(jié)晶水依次脫出。坡縷石中的有機(jī)質(zhì)及部分礦物質(zhì)分解,使原來雜亂堆積的針棒狀纖維結(jié)構(gòu)變得疏松多孔,增加了孔隙容積和比表面積,其吸附性能也極大增強(qiáng)[36]。當(dāng)改性溫度超過400 ℃時,因結(jié)晶水的大量脫出,破壞了坡縷石的主體結(jié)構(gòu),導(dǎo)致一些孔道的坍塌,微孔堵塞,其比表面積降低,鈍化效果變差。

4 結(jié)論

(1)添加熱改性坡縷石鈍化土壤后能顯著提高土壤pH、EC、CEC,降低土壤中Cd的DTPA和TCLP提取態(tài)含量,促使土壤中的Cd 從活性高的酸溶態(tài)向活性低的殘渣態(tài)轉(zhuǎn)化,Cd 的化學(xué)形態(tài)趨于穩(wěn)定,重金屬對植物的生物有效性降低。

(2)添加熱改性坡縷石可以增加玉米植株的生物量,在添加350 ℃的熱改性坡縷石鈍化土壤后,玉米植株的根長、株高、鮮質(zhì)量和干質(zhì)量都達(dá)到最大,同時降低了玉米植株對Cd 的富集,對植物的毒害作用減弱。

(3)玉米植株的生長狀況和提取態(tài)Cd、酸溶態(tài)Cd、還原態(tài)Cd 呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系,和氧化態(tài)Cd、殘渣態(tài)Cd 呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。在重金屬污染地區(qū),熱改性坡縷石是一種性價比高、應(yīng)用前景廣闊的鈍化材料。

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