四种钝化剂修复重金属污染农田土壤的生菜盆栽试验研究

论文总字数：8368字

目 录

摘要………………………………………………………………………3

Abstract…………………………………………………………………4

1 引言……………………………………………………………………5

2 材料与方法………………………………………………………………………………6

2.1 供试土壤和蔬菜…………………………………………………………………………6

2.2 盆栽实验设计……………………………………………………………………………6

2.3 样品采集…………………………………………………………………………………7

2.4 分析仪器及试剂…………………………………………………………………………7

2.5 样品处理和分析…………………………………………………………………………7

2.6 数据处理…………………………………………………………………………………8

3结果与讨论……………………………………………………………8

3.1不同钝化剂处理对生菜生物量的影响…………………………………………………8

3.2不同钝化剂处理对生菜重金属含量的影响……………………………………………8

3.3不同钝化剂处理对原位土壤溶液pH的影响……………………………………………9

3.4不同钝化剂处理对土壤重金属水溶性的影响…………………………………………9

3.5土壤重金属钝化修复的固定机制………………………………………………………10

4 结论…………………………………………………………………12

参考文献………………………………………………………………12

致谢……………………………………………………………………14

四种钝化剂修复重金属污染农田土壤的生菜盆栽试验研究

贾婧

, China

Abstract: High concentration of heavy metals in soil could be accumulated by plants, and then enter the human body through the food chain, thereby endangering human health. Therefore, remediation of heavy metal contaminated soil became the hot issues of soil science and environmental science. Greenhouse lettuce pot experiments using heavy metal polluted agricultural soil from Hunan province were conducted, by application of four different types of immobilizing agents, including lime, attapulgite, iron powder, and biochar. The lettuce growth and heavy metal uptake were compared by the remediating effects through significantly reducing soil heavy metal bioavailability and lettuce accumulation. The most economic and the highest practical agents (lime, attapulgite) were selected, the main remediating mechanisms of which are regulating soil pH and water solubility of heavy metals.

Key words: Soil pollution, Heavy metals, Vegetables, Immobilization, Food safety

1. 引言

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业和农业生产的不断地发展，越来越多的污染物通过城市废水和工业废水灌溉农作物、农药和肥料的使用进入到土壤之中，进而累积到农作物中通过食物链危害动物和人类的健康，重金属污染已经成为一个危害全球环境质量的主要问题^[1]。土壤重金属污染具有污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解的特点，而且土壤中的重金属积累到一定的量后会导致土壤的退化，农作物减产甚至绝收，并可经水、植物等介质最终影响人类健康。土壤中高浓度的重金属被植物吸收后可以通过食物链进入人体，进而危害人体健康，造成人体肾功能障碍、高血压、肝胆损伤和“痛痛病”等各种疾病^[2-3]。重金属进入农田土壤后，不仅对土壤微生物数量、种群结构、土壤酶活性有负面影响，导致土壤肥力下降，而且干扰作物的正常新陈代谢过程，引起农作物产量、品质下降，最终经食物链在人体内累积，对人体健康形成危害。据统计，中国受重金属污染耕地面积约2.0×10⁷ hm²，占耕地总面积的20%左右，以中轻度污染为主，重金属污染而引起食品安全问题屡见不鲜。据2011年对中国26个城市土壤样品重金属含量分析发现，各金属平均含量均超过了土壤环境背景值，其中铅和镉污染尤其重，分别是背景值的41.9 和91.4 倍，东部、中南和西南地区的土壤重金属含量相差较大，省会和地级城市的污染程度也不同^[4]。因此，对重金属污染土壤进行改良修复已成为土壤学和环境科学领域工作者研究的重点和热点^[5]。而蔬菜作为重要农产品，菜地污染尤其需要重视，找到一种行之有效并不会造成额外不良影响的方法来改善污染土壤，使得污染农田能合理利用，具有重要的现实意义。

目前, 有关重金属污染土壤修复的研究主要分两类: 1)利用技术手段从原位去除重金属污染物,主要以各种工程措施和植物修复为代表; 2)原位钝化修复, 利用化学、生物等措施改变重金属污染物在土壤中的化学形态和赋存状态，从而降低重金属的生物有效性和迁移性, 减少植物对重金属的吸收^[6-8]，主要以化学固定法和微生物修复为代表。原位化学钝化修复是向重金属污染土壤中加入一种或多种物质，通过发生吸附、沉淀、离子交换、氧化还原等一系列反应，改变重金属在土壤中的化学形态、赋存状态，降低其在土壤中的迁移性和生物有效性，从而减少重金属对土壤生物的毒害和在农产品中的迁移积累^[9]。目前，重金属污染土壤钝化修复剂主要包括硅钙物质、含磷材料、有机物料、黏土矿物、金属氧化物、生物炭及新型材料等，它们的性质结构、对目标重金属元素的选择及钝化机理不同^[10]。由于各种方法效果和针对性不一，各有优缺点，因此综合比较和筛选出经济有效的重金属污染菜地土壤修复剂成为研究热点。

基于我国部分农田土壤污染严重，农产品重金属元素超标等问题，针对蔬菜地重金属复合污染土壤治理，开展原位钝化修复研究。本课题拟选择研究无机污染物中代表性的重金属，探究重金属污染土壤对蔬菜生长的影响，蔬菜对于土壤中重金属的吸收状况，以及如何有效的通过化学手段固化土壤重金属从而消除其对蔬菜生长的影响。通过重金属污染菜地土壤的温室生菜盆栽实验，应用凹土、石灰、磷矿、赤泥等多种不同类型的钝化剂，进行比较筛选，找出效果最好性价比最高的实用性修复剂产品，实现重金属复合污染菜地土壤的有效原位固定修复。

2. 材料与方法

2.1供试土壤和蔬菜

实验用土为实地农田土壤，采自湖南省长沙县，土壤pH 4.43为酸性，Cd浓度为0.35 mg kg^-1属中度污染，其它主要重金属元素含量如图1。蔬菜选用品种为我国普遍种植且居民食用量较大的生菜。

图1 盆栽用土主要重金属元素含量

2.2 盆栽试验设计

本次实验采用温室环境下的盆栽实验处理，采集湖南重金属污染农田土壤，按一定比例分别拌施石灰（0.2%）、凹凸棒石（2%）、生物炭（1%）、铁粉（2%）共4种不同类型的钝化修复剂，并设置对照组，共5组处理，每组各设3个重复，控制光照、水分等其他因素。实验于2015.11开始进行，野外实地土壤风干过5目筛，每盆0.8 kg，每盆2株生菜。

具体分析监测指标包括：生菜生长期间原位根际土壤溶液的理化性质和重金属浓度，生菜收获后洗净，记录生物量（鲜重、干重），消解测定重金属含量。

2.3 样品采集

生菜成熟后，剪取地上部分样品，称鲜重；蒸馏水洗净，105°C杀青半小时，75°C烘干，称干重。再用粉碎机粉碎，待测。

2.4 分析仪器及试剂

仪器： LD5-10（Ⅰ）型低速离心机(北京雷勃尔医疗器械有限公司)；

EHD36电热消解仪（Lab Tech公司）；

Optima 8000电感耦合等离子原子发射光谱仪（PerkinElmer）。

试剂：硝酸（优级纯 南京化学试剂有限公司）；

高氯酸（优级纯 上海华谊集团华原化工有限公司）；

5%硝酸由65%硝酸（进口分析纯 德国默克公司)配制；

成分分析标准物质：辽宁大米（GSB-21）、芹菜（GSB-26）（地球物理地球化学勘察研究所）。

2.5样品处理和分析

根际土壤溶液pH的测定

根际土壤溶液原位抽取，一次性0.45um滤器过滤，测定记录pH。

生菜消解

分别准确取约0.5g粉碎后的生菜于玻璃消解管中，向其中加入9mL硝酸，1mL高氯酸，摇匀。放入电热消解仪中，于75°C条件下加热0.5小时，而后升温至100°C加热0.5小时，之后升温至130°C加热1小时，而后升温至150°C加热1小时，最后升温至190°C将酸赶尽，消解管干后立即取出。待消解管冷却后，准确加入10mL 5%硝酸，摇晃，静置5分钟使消解产物完全溶入硝酸中，转移至离心管中待测。

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