（环境科学专业论文）电动作用下edta对镉污染土壤的植物修复影响及其环境风险评价.pdf

a b s t 船l c t s o i lc o m 蛐i n a t e d b yh e 孙7m e t a l si sa c c u m u la t l v e ，l a g g i n g ，d o 珊a n t ，a 1 1 di r r e v e 商b l e ，t i l e r e f o r e ，i t b e c o m eo n eo ft i ee n v i r o 啪e n t a lp m b l e m st h a ts h o u l db er e s o l v e du i g e m l y a tt h es 姗et i m e ，t h e e n v i r o n m e n t a is c j e n t j s t sh a dn o t j c e dg 珀d u a yt 1 1 a tt h eb j o l o g i ct o x i c i t yo fh e a v ym e 诅l sj sn o t o n l yr e l a t e dt o t h e i rt o t a lc o n c e n t r a t i o nb u ta l s ot h e i rf o m ld i s m b u t i o ni nm er e c e n ty e a r s d i 髓r e mf o m l sh a dad i 脆r e m e n v i r o 啪e 诅le 矗j c l s o ，w e 行r s ts t u d yl h eh e a v ym e 词p o 玎u t i o ns i t u a t i o ni nf a 吼i a l l di 币g a t e db yw a s t e w a t e r i nx i n x i a n 舀a n dt h e np h y t o r e m e d i a t i o no f h e a v ym e t a l t h eh e a 、可m e t a lp o u u t i o ns i t u a 廿o ni nf h m l l a n di r r i g a t e db yw a s t e w a t e ri 1 1x i n 妇a n gw a sc a r r i e do u tf o r t h e 行r s tt j m ei nt h i sp 印e r - t h es o i le x 仃a c t i o ne x p e r j m e n l ss h o w e dt h a tt h ei r r i g a t e ds o 订w a so b v i o u s l y p o l l u t e db yt 1 1 eh e a 了m e t a ln ja n dc d s 。q u e n t i a le ) ( h a c t i o np r o c e d u r et e s t si n d i c 舢e dm a tm o s to fn iw e r e b o u n dt of e - m no x i d e sa 1 1 do 唱a n i cm a n e rf h c t i o n s ，a n dm a j o r i t yo fc dw e r ea s s o c i a 幢dw i t l lc a r b o n a t e s 、 e x c h 柚g e a b l ea 1 1 df e m no x i d e sf r a c t i o n s t h ef o r i i l so fc dw e r ce a s i l ya b s o r b e db yp 1 卸t s ，m e r e f b r ec dw a s m o r eh a n n f u l s e c o n d l y p o ts t u d i e sw e r eu s e d 幻i n v e s t i g a t ct h ep 。t e n t i a lo fl n d i am u s t a r d ( 历删缸球，埘c 阳 l c l i y 舯gk u c a i ) f o rp h ”o r e m e d i a t i o no f c d - c o n t 哪i n a i e ds o j l sw i t ht h ea i do f e d t aa d d i t i o ni na i le l e c t r i c 行e l df o r 廿l ef i r s tt i m ei nc h i n a ，t h ee x p e r i m e n ts h o w e dt h e 印p l i c a t i o no fe l e c t m d i s cc a nf k i l i t a t et l l ec d t r a f l s p o nt ot h er o o t so fp l a n t si nt h es o i l s ，i tc a nh e l pe d t at oe n l l a i l c et h ep h y t o r e m e d i a t i o n t h es t u d i e s i 1 1 u s t r a t e de d t ai n c r e a s e dt h es p e c j e so f e x c h a n g e a b l ec da b o v eo r 2 0 ，f k i l i t a t e d 廿彻s p o r tt 1 1 eh e a v ym e t a l nt h ep l a n e e n h a n c e dt h ep h y t o r e m e d i a t i o n w h e nc da d d e dw a s1 6 0m g k 1f na f le l e c t r i c 行e l d ，w i 曲t h ea i d o f e d l aa d d i t i o n2 5 m m 0 1 k 百1 、5 m m 0 1 k 一、l o m m o 卜k 磐1 ，l e a f t i s s u ec o n c e n t r a t i o n so f c a d m i u m i s6 9 8 、 8 4 6a 1 1 d1 0 8 4 f o l dc o m p a r e d t o w i t | l o u t e d t a ，r e s p e c t i v e l y 1 1 t h i r d l y ，p o ts t u d e sw e r eu s e dt o - i n v e s t i g a t et h ep o t e n t i a lo fl e a c h i n gr i s ko fe d l a _ e a c h 锄c e d p h y 沁r c m e d i a t i o no fc d c o n t a m i n a t e ds o i i su s i n gi n d i am u s t a r d ( 白铘j 缸d ，硼c 锄l c v l i y a n gk u c a i ) t h e c o l u m n1 e a c h i n ge x p e r i m e n ts h o w e d ：e d t aa d d e dt oah e a v yp a d d ys o i ls i 印m c 锄t l ye i l i l a i l c et h em o b i l 时o f s o 订c d ，t h e r ea r et h er i s ko fg r o u n d w a t e rp 0 1 1 u t i o na se d l ar e ma i n sa c t i v ef o rs e v e r a lw e e k sm a k i n g c h e l a t e 。e l l l l a 工1 c e dp h ”o r e m e d i a l i o nw 汕j n d i 柚m u s i a r ds u b b l e ，e s p e c i a l 峥d u r 吣p e r i o d so f h i 曲r a i n f a ，s o w es h o u l da v o i d e dt ou s i n ge d l a d u r i n gp e r i o d so fr a i n f a l l t h er o o t sc a nr e d u c e 廿1 ev 0 1 岫eo f1 e a c h a t e s o m ec o n c e n t r a t i o n so f c di nl e a c h a t ew e r e 广e d u c e di nt h e 丘r s ta n ds e c o n dt i m e s k e y w o r d s ：c a d m i u m ，s e q u e n t i a le x m 蛇t i o np r o c e d u r et e s t s ，p h y t o r e m e d i a t i o n ，e d t a ，e l e c 廿o d i c sa n d e l e c t r o k i n e t i c s ，l e a c h j n g s k i i 第一章绪论 第一章绪论 我国是耕地资源极其匮乏的国家，近年来由于人口的增加、城市扩展，致使农村耕地 面积又在不断减少，并己成为限制农业可持续发展的重大障碍。另一方面，工业化、和农 业高度集约化的发展，采矿、冶炼、电镀、化工等行业产生的三废排放，以及污水灌溉、 农药化肥等不合理施用加剧了土壤重金属的污染，致使我国的土壤污染问题在不断恶化， 由此而带来了生念环境的恶化和农产品的污染。尤其是到达本世纪人口高峰期之前，我国 粮食需求的增长和经济的高速发展，如何修复受重会属污染的土壤己成为关系到改善生态 环境和缓解人口压力的严峻问题之一。 1 1 土壤重金属污染的现状 土壤作为环境的四大要素之一，是连接自然环境中无机界和有机界、生物界和非生物 界的中心环节。环境中的物质和能量，不断地输入土壤体系，并在土壤中转化、迁移和积 累，从而影响土壤的各种性质和功能，同时土壤也向环境输出物质和能量不断影响环境的 状态，因此土壤成为人类生产生活废物的接纳者和净化者。 当前土壤中重会属的污染主要集中为镉、汞、铅、铬、砷等生物毒性显著的元素。镉 是环境中对植物、动物以及人类毒性最强的重金属元素之一，它在生物圈中移动性大、毒 性强成为最为关注的元素【l 2 l 。未污染土壤中的镉主要来源于成土母质，土壤中含镉平均值 为o 3 5m g k g 。镉的污染源于人为活动，如电镀、颜料、塑料、合金、电池行业，占全 镉总消耗量的9 0 有色金属的冶炼、矿石的锻烧、煤和石油的燃烧、各种含镉物质的燃 烧( 如垃圾、塑料的焚烧) 、汽车轮胎和润滑油中的镉、镀镉工艺、塑料热稳定剂、彩色荧 光粉等生产或排放过程均可将含镉废物排入环境造成镉的污染 3 l ，污泥、污水的农业利用， 大气污染、磷肥的施用以及采矿也会造成不同程度的镉污染f 4 弓l 。 此外，污水灌溉等对农田己造成大面积的土壤镉污染。如沈阳张士灌区用污水灌溉2 0 多年后，污染耕地2 5 0 x1 0 3 k m 2 ，造成了严重的镉污染，兰州市白银灌区东大沟流域土壤 中的镉含量已达到日本富山县神通川流域土壤的水平( 2 2 7 m g k 百1 ，) | 6 l 。再比如江西省大 余县污水灌溉引起的镉污染面积达5 5 0 0h m 2 ，其中严重污染的面积占1 2 【7 j 。另一方面， 第一章绪论 除农田耕地污染之外，我国的工矿区、城市近郊也存在土壤污染问题。我国约有1 3 万公 顷耕地受到镉的污染，涉及1 1 个省市的2 5 个地区。农业部农业环境监测总站1 9 9 6 1 9 9 8 年的监测结果表明，污灌区镉的污染面积最大，达5 7 8 万亩，占重金属超标面积的5 6 9 。 1 2 土壤重金属污染的危害 土壤本身是具有较强的净化能力的，污染物质进入土壤后可以被土壤胶体所吸附，或 土壤微生物和小动物对污染物质的分解，降低其毒性，使有毒变为无毒。但当土壤环境中 所含污染物的数量超过土壤自净能力或当污染物在土壤环境中的积累量超过土壤环境基 准或土壤环境标准时，由于污染物本身的特征或土壤净化能力的限制在土壤中蓄积起来， 破坏了土壤的理化生物特性，降低了土壤的生产能力。 自本世纪二十年代以来，随着采矿、冶金等行业的发展及污水灌溉的应用，由重金属 产生的土壤污染也随之出现，尤其是日本“骨痛病”和“水俣病”事件，使人们认识到： 土壤环境的重会属污染对陆生生态系统构成潜在的巨大威胁，并可以通过食物链影响人体 或动物的健康。同时重金属在土壤中的迁移、转化也不断受到环境因素和农业措施的影响， 使其在土壤中的植物有效性受到抑制和促进。在所有的污染中，重金属污染以其隐蔽性、 潜伏性、长期性和不可逆性造成最为严重的后果【”。 我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染，有许多地方的粮食、蔬菜和水果 等食物中镉、铬、砷、铅等重金属含量超标和接近临界值。污灌区生产的农产品含镉量超 标率达1 0 2 【9 1 。据报道，1 9 9 2 年全国有不少地区己经污染到生产“镉米”的程度，每年 生产的“镉米”多达数亿公斤，仅沈阳张士污灌区稻田含镉5 7m g k g ，致使粮食遭受严 重的镊污染，稻米的镉含量高达0 。4 1 。0 m g 蚝。( 这己达到或超过诱发“痛癔病”的平均含 镉含量) 。兰州市白银灌区东大沟流域小麦含镉量已超过国际公认的食用标准( 1 0 x1 0 4 m g 。 k g 。) 【6 1 。镉的毒性很高，它在化学性质上与锌接近，在许多生化过程中会扮演锌的角色， 被植物吸收后，破坏呼吸作用及其它生理过程有关酶的功能，所以在开采和冶炼锌矿时， 有可能产生大量的镉废水而造成环境污染。镉虽然不是植物生长的必需元素，但它非常容 易被植物吸收，植物的根部和叶部能有效地吸收镉，并在体内积累，高含量时会对植物和 动物产生毒害。镉容易被植物吸收并在可食部位积累，从而进入食物链，这是镉毒害的一 个特点。进入环境中的镉，有2 进入大气，4 进入水体，9 4 进入土壤，可见土壤是环 境中镉的主要消纳场所，只要土壤中镉的含量稍有增加，就会使作物体内镉的含量增加， 2 第一章绪论 与铅、铜、锌、砷等相比较，土壤的环境容量小得多，这是土壤镉污染的另一个重要特点。 1 3 土壤中重金属的存在形态 从上世纪7 0 年代开始，环境科学家认识到重金属的生物毒性不仅与其总量有关，更大 程度上由其形态决定，不同的形态产生不同的环境效应，因此研究的重点集中到确定重余 属的活性形态及其影响。有关水体和土壤中的存在形态已有不少报道8 ，1 0 】，主要是从化学 的角度出发，探索重金属的化学形态和它对生物的表观毒性效应及其与微观化学的内在联 系。 人们发现，元素常以下面几种形式存在于土壤和沉积物中】：( 1 ) 以可交换离子念存 在于颗粒表面；( 2 ) 以吸附形式存在于试样表面；( 3 ) 以沉淀形式存在于试样之中；( 4 ) 以 共沉淀形式存在；( 5 ) 以有机络合物形式存在；( 6 ) 以矿物晶格成分存在。 对于以上几种形式，用不同的萃取剂可以有选择的萃取某种重会属元素或重金属的一 部分。例如，以中性盐(钙、镁的氯化物)溶液，提取可交换态的金属离子：以弱酸性缓 冲溶液，溶解表面上吸附的重金属成分；以络合剂或有机试剂，萃取与有机配体键合的成 分；以强酸或碱性溶剂分解处理硫化物、硅酸盐等难溶部分。 对固体样品，萃取或浸取是形态分析中应用最多的分离手段，借助某一种提取液将土 壤中重金属元素较活泼的部分一次提取出来的方法，显得特别重要，而且这种方法已经被 广泛采用。近年来，又出现了用几种提取剂，按先后顺序对土样中重金属元素的不同组份 进行提取的方法。这种方法可以解释某元素在土壤中的各种存在状态，有利于了解该元素 仪器设备，但仍然成为测试技术的一个方发展向。 1 3 1 连续萃取法 连续萃取法是用化学性质不同的萃取荆，逐步提取环境样品中不同相态的重金属元素 的方法。此方法的最大特点是用几种典型的萃取剂代替自然界中数目繁多的化合物，模拟 自然条件下重金属与周围环境发生的各种反应，将非常复杂的问题得以简化。 由于对土壤中重金属化学形态划分的不同，连续萃取法主要分为五步萃取法和三步萃 取法。五步萃取法是在t e s s i e r 方法“”的基础上发展起来的连续萃取方法的总称。此法将样 品中重金属元素按照活性的大小分为五种不同的化学形态：水溶及可交换态、碳酸盐结合 第一章绪论 态、f e m n 氧化物结合态、有机结合态和残留态。 ( 1 ) 水溶及可交换态 用水作萃取剂从土壤中萃取出来的重金属元素的存在形式同水一土壤天然体系中的结 果是完全相同的。由于水溶态的重金属的浓度在仪器检出限以下，通常的做法是将水溶态 与可交换态合起来一起计算。可交换态的重金属元素主要是通过扩散作用和外层络合作 用，非专性地吸附在土壤的表面上【1 3 】，通过离子交换即可将它们从样品上迅速萃取出来。 常用的萃取试剂分为中性盐和缓冲试剂两种，中性盐有：m g c l 2 、c a c l 2 、m g ( n 0 3 ) 2 、 n a n 0 3 、k n 0 3 、b 1 2 等，缓冲试剂如p h = 7 的n h 公c 等。被萃取下来的重金属离子有 被样品吸附的可能，所以选择萃取剂时必须考虑其解吸能力。就阳离子而言，实验发现c a 2 + 可以有效避免铜离子和锌离子的再吸附，而k + 则不能阻止这些重金属元素重新回到土壤颗 粒表面【1 4 ；对阴离子而言，c r 与某些重金属离子( 如铅) 有络合作用，而有利于萃取，这 样c a c l 2 就成了一个比较理想的水溶及可交换态的重金属萃取剂。 ( 2 ) 碳酸盐结合态 此形态中的重金属以沉淀形式或共沉淀的形式存在于碳酸箍中。对不含碳酸盐的土壤 中是否存在碳酸盐结合态的重金属是一个争议很大的问题。一些研究者认为对非石灰性土 壤( p h 可交换态 铁锰氧化结合态 有机态 残渣 态。镉主要以碳酸盐结合念、可交换态、铁锰氧化物结合态为主，三者占总含量的9 4 以 上。交换态是指土壤颗粒物上吸附的重金属，它的吸附和解析对水相中重金属的浓度变化 影响较大。碳酸盐结合态指以沉淀的形式存在于碳酸盐中的重金属，它对p h 值的变化最 为敏感，酸性条件下易于解吸、释放2 ”。前三种形态的含量较高，说明镉的水溶态含量较 多，因此易于迁移，这是造成在测量区域内，镉含量变化较小的原因。水溶态移动性好， 易于被植物吸收利用，对植物和人有较大的潜在危害，应优先加以治理。 第四章e d t a 和电动作用下受c d 污染土壤的植物修复 蟹 目 皿田】i 抽 蓝 瞟 耳 磷 刊 5 o o 5 通2 4v 电压 图4 9 加入不同浓度e d t a 植物修复后土壤含镉总量 从图4 9 下降的幅度来看植物对镉的吸收，根系两侧都通2 4 v 电压，土壤剩余的镉的总 量最多的是不加e d t a 的样品。加入e d t a 后，植物对土壤中的重金属镉的吸收都加大，土 壤中剩余的重金属镉的总量下降，且随添加e d l l a 的量的增加，植物修复后土壤中重金属 含量下降。w j l l a c e 等认为e d t a 的添加后，土壤中金属一络合物的形成增加了金属的溶解 性和移动性，从而提高了被植物吸收的可能性，可以提高植物修复的效率【1 2 4 1 。 4 3 1 2 植物修复后土壤中重金属镉的形态和含量 另取上述植物修复后的土样1g ，按t e s s i e r 连续提取法【1 2 j 进行连续提取，得到五种形 态的溶液。测试分析，从而得到植物修复后土壤中重金属镉的各种形态，分布列于图4 1 0 。 删 抽 求 恤 桶 酸 靶 型 刊 1 0 0 8 0 6 0 4 0 2 0 o 团e d t ao ： 口e d t a2 5 印e d t a5 捶 皿e d t al o 一一 e xc a bo x0 mr e s 图4 1 0 植物修复，l 亓土壤中重金属镉的形态分布和含量 图4 1 0 显示土壤中镉的形态分布是，加入e d t a 后，所有经过植物修复的土样中重金 属主要以可交换态为主。可交换态是指土壤颗粒物上吸附的重金属，它的吸附和解析对水 相中重金属的浓度变化影响较大。它的含量越高，越利于植物吸收重金属。 对比还可以得到，土壤中添加e d l a 后，土壤中重金属镉的形态都以可交换念为主， 分别占总含量的7 9 9 到8 5 。不添加e d t a 土壤中镉的形态主要以可交换态和碳酸盐结 6 第四章e d t a 和电动作用下受c d 污染土壤的植物修复 合态，两者占总含量的8 8 ，9 ，其中可交换态大约占5 8 1 ，碳酸盐结合态占3 0 8 。碳 酸盐结合态指以沉淀的形式存在于碳酸盐中的重金属，不能直接被植物吸收。e d l a 的加 入可以与重金属络合，使碳酸盐结合态向着可交换态转化，从沉淀形态向水溶态转化，以 金属一络合物的形式增加了金属的溶解性和移动性，从而提高了被植物吸收的可能性【1 2 7 1 。 4 3 1 3 通电、e d t a 对油菜吸收积累镉的影响 不添加e d t a ，分别在根部两侧加ov 和2 4v 电压的植物样品，收割后根、茎、叶组织 消解、定容。测定出植物吸收重金属富集在这些组织中的含量，结果见图4 1 i 。 1 0 芒8 罢e 善4 羹z o 根茎叶 图4 1 1 通电对油菜根、茎、叶积累镉的影响 如图4 所示，在土壤样品都不添加e d l a 时，根部两侧加2 4v 电压对植物吸收土壤中 重金属是有影响的，主要表现在使植物根部和叶部的吸收加强。根部两侧加2 4v 电压的 植物样品的根部和叶部所含重金属镉的含量明显高于不加电压的样品。这也说明低电压的 加入，可以加快土壤中可交换态的重金属离子在土壤中的迁移，以利于根部吸收重金属离 子。植物根部所加电压，对于茎部吸收重金属镉影响不大，两者在此植物组织镉的吸收量 相差不大。 植物根部两侧通2 4v 电压，添加不同量的e d l a ，植物组织中吸收污染土壤中重金属 的量略有不同，结果见图4 1 2 。 第四章e d t a 和电动作用下受c d 污染土壤的植物修复 b 0 巳 u 岳 鼎 霉 趔 1 8 1 2 6 0 根茎叶 图4 1 2e d t a 对油菜根、茎，叶积累镉的影响 通过图4 1 2 对比发现，在通电的条件下，e d t a 的添加可以大幅度的增强植物叶中的 重金属c d 的吸收，茎部差别不大，根部略有低。e d l a 的添加量为2 5 m m o l 埏一、5 m m o l k g 、 1 0 m m o l k 一的样品根部镉含量分别是不添加e d t a 的o 5 7 8 、o 7 9 6 和o 8 8 5 倍，但这些样 品的叶组织中的镉的量是不添加e d l 、a 的6 9 8 、8 4 6 和1 0 8 4 倍。总的来看，e d l a 的添 加使得植物组织中得重金属镉的含量增大，且随e d t a 的量的增大，植物吸收土壤中重金 属的量增大。 至于e d t a 加入后，植物根部镉含量的下降，我们认为：e d t a 的加入活化了土壤中 重金属的形态，使可交换态含量增加，以金属一络合物的形式增加了金属的溶解性和移动 性，这样根部吸收土壤中重金属后，将重金属通过植物茎部向叶子运输，最终重金属被植 物富集在叶部，也使转移重金属后的根部重金属的含量略微下降。b l a y l o c k 等人在研究 e d r i a 对印度芥菜( b m 站胁，“船鲫) 吸收土壤中铅和镉的影响中也发现，施加螯合剂后，地 上部分铅、镉的浓度显著提高【6 7 1 。已有许多研究表明，镉能够增加细胞膜的透性 1 27 1 ，因 此我们认为，e d t a 的施入，增强了植物根部向地上部转移重金属的能力，主要是提高了 植物叶子部分吸收重金属的能力，从而使整个植物植株体内的重金属含量增加。 4 3 2 结论 e d t a 加入c d 污染的土壤中，土壤中重金属镉的形态都以可交换态为主，使碳酸盐结 合态向着可交换态转化。e d t a 使可交换态重金属增加2 1 8 ，增强了植物根部向地上部 转移重金属的能力，大幅度提高了植物叶子部分吸收重金属的能力，从而使整个植物植株 体内的重金属含量增加。低电压通电不改变重金属形态问的转化，只是加速重金属离子的 迁移，提高根部对重金属的吸收。 第四章e d t a 和电动作用下受c d 污染土壤的植物修复 4 4 本章小结 通过温室盆栽试验表明：( 1 ) 通电对镉的形态无影响，低电压1 2 v _ 3 6 v 可以协同e d l a 提高油菜富集重金属镉的效率。原因在于通电增强了e d t a 与重金属螫合物在土壤中向根 部迁移的能力，而协同e d t a 提高植物修复重金属镉的效率。当土壤镉浓度为8 0m g k 一 时，低电压协同e d l a 只增加油菜的地上部分对镉的积累：当土壤镉浓度提高为1 6 0m g k g 。1 时，可以使整株油菜富集镉的能力提高。三个电压相比，2 4 v 电压为佳。( 2 1 添加e d r i a 后 能使土壤中可交换态镉浓度增加2 0 以上，增强了植物体内根部向地上部转移重金属的能 力，大幅度提高了植物叶子部分吸收重会属的能力，从而使整个植物体内的重金属含量增 加。当土壤镉浓度提高为1 6 0m g k 一时，2 4 v 电压作用下，e d t a 的添加量为 2 5 m m o l 埏、5 m m 0 1 k g 、1 0 m m o l k 一的样品根部镉分别是不添加e d t a 的o 5 7 8 、o 7 9 6 和o 8 8 5 倍，但这些样品的叶组织中的镉的量是不添加e d t a 的6 9 8 、8 4 6 和1 0 8 4 倍。 植物修复后土壤中重金属的含量分别是不加e d t a 的0 6 4 4 、o 5 5 4 和o 4 7 5 倍。三个e d t a 的浓度相比，随着e d l l a 的添加量的增大，植物吸收重金属镉的能力增强。 第五章e d t a 强化植物修复的环境风险研究 第五章印t a 强化植物修复的环境风险研究 5 1 引言 植物修复作为一种绿色的、与环境友好的和廉价的污染物治理方法，对于重金属污染 土壤，由于重金属通常被强烈吸附，其生物有效性较低，因而e d t a 、低分子量有机酸等 有机络合物常被用来活化土壤中的重金属，以促进其向植物地上部运输，提高植物修复效 率6 。这种用e d t a 等有机螯合剂或活化土壤重金属的技术对地下水质量的影响也倍受关 注。l i 和s h m a n 1 2 9 l 认为施用e d t a 形成水溶性螫合物，将影响土壤中锌、镉和镍的活度 和迁移性，从而会增大重金属污染地下水的潜在危险性。k e d z i o r e k 【1 3 0 1 室内模拟试验发现 在施用e d t a 的初期，重金属极易被e d i a 溶解而发生迁移。 另一个受关注的问题是，e d t a 在土壤中的降解性或持留性。a n d r e w 【1 3 1 1 报道，在水培 条件下，5 0 0 m 玑的e d t a 在最适宜的条件下1 0 天内其降解率仅为3 5 0 。m a d s e n 和 a l e x a n d e r l l 3 2 1 发现，即使在加入醋酸钠作为碳源的条件下，7 2 天内废水中的微生物也不能 降解e d t a 。t i e d i e 【1 3 3 1 的试验表明，在好氧条件下土壤微生物在5 8 周内对e d t a 的降解率 近8 左右，e d t a 一重金属螯合物的降解率与e d t a 相似。 本实验通过柱状盆栽模拟淋溶实验，在有植物生长时，研究在不同镉处理的土壤中加 入一定量的e d t a ，用去离子水模拟自然降雨淋洗，通过测定渗透液中t o c 和重金属镉的 含量，确定土壤中重金属淋溶的动态特征，以了解e d t a 对污染土壤重金属迁移作用及其 环境风险，植物根系对淋溶过程有无影响，为植物修复重金属污染土壤的有机调控提供科 学依据。 ， 5 2 材料和方法 5 2 1 盆载试验 供试土样采自清华大学昌平某试验基地。土壤质地为中壤土，p h 值( 水与土的重量比 为5 ：1 ) 为7 6 ，土壤全镉含量为0 0 1 6m g k g 。土壤中所种植物为：油菜( 溧阳苦菜，b r 珊s 七d _ ，“n c 阳l c v l i y a n gk u c a i ) 。试验外加重金属镉量为8 0m g k 一和1 6 0m g k 一，以分析纯重 金属氯化物溶液加入。 第五章e d t a 强化植物修复的环境风险研究 5 2 2 试验设计与实施 试验5 个处理，即对照，不施e d t a ，不通电( 以e d t ao0 v 表示) 施用e d t a 5 m m o l k 不通电( e d t a50 v ) 施用即t a l o m m o l ，蚝，不通电( e d ，i a l 00 v ) 施用e d t a 5 咖。他g ， 通2 4 v 电压( e d t a52 4 v ) 施用e d t a l o 衄o l 瓜g ，通2 4 v 电压( e d t a1 02 4 v ) 。每组实 验重复三次。 称取1 5 埏干土壤样装入柱状花盆，其上缘直径1 5 o 厘米，底面直径1 1 0 厘米，高 1 8 o 厘米。花盆下放置一个1 0 0 0 m l 的烧杯，收集渗滤液。在洁净土壤中种下油菜，出芽 2 3 片移栽到含镉土壤中，每盆种一株。植物生长期间保持土壤湿度6 0 ，植物生长四周 以后，每周加营养液补充底肥。油菜生长六周后，分别加入浓度为5m m o 卜埏4 或1 0m m o l k 一的一e d t a ，平衡2 4 小时后用去离子水淋洗，每次淋洗量为2 8 0 m l ，相当于每千克 干土每次淋洗1 8 7 m 1 1 3 钔，淋洗液p h 控制在6 3 。每天一次，收集渗滤液。实验见图5 1 图5 1 淋溶实验装置 5 2 3 分析测试 测定渗滤液的总有机碳( t o c ) 和镉浓度。渗滤液t o c 采用德国产e 1 e m e n t a rh i g h tt o c 分析仪测量；渗滤液镉含量用原子吸收分光光度计a a s6v a d o 测定。 5 3 结果与讨论 5 3 1 土壤中t 0 c 淋失量动态 5 3 1 1 印t a 对土壤t 0 c 淋失量动态的影响 将每次淋洗后渗滤液r o c 浓度与渗滤液体积相乘，再除以烘干土重，得到单位质量土 壤淋洗单位体积水量后的1 o c 淋洗量。图5 2 为c d 处理浓度为8 0m g 埏。的土壤中，加入5 l k f l 和1 0m m 0 1 k 一的e d t a 后，进行淋溶得到渗滤液，测定得土壤中t o c 的淋失量。 4 1 第五章e d t a 强化植物修复的环境风险研究 01 0 0 02 0 0 0 淋洗量m l 图5 | 3e d t a 对1 6 0m g k 9 4 镉处理的土壤t d c 淋失量的动态影响 图5 3 显示，在含镉为1 6 0m g 瓜g 的土壤中，不加e d t a 的土壤，淋洗过程中土壤1 1 0 c 的 淋失量很低，这与含镉8 0m g 瓜g 的土壤淋洗结果类似；加入e d t a 的土壤，淋洗过程中t o l c 的淋失量较大，明显高于不加e d t a 处理的土壤样品。e d t a 加入量越大，土壤中t o c 的淋 失量越大。而且两者的差异主要集中在淋洗量为2 2 4 0m l 的前期，此后两者t o c 的淋失量曲 线重合。 1 0 c 的淋失量主要集中在淋洗量为1 6 8 0m 1 的淋洗前半程，此时添加5m m o 他g 和1 0 m m o l l ( g 的e d t a 的土壤中，t o c 的淋失量分别为总量的8 1 和8 8 。到淋洗量3 6 4 0m l 为 止，土壤样品的总t o c 的淋失量分别为：不加e d t a 的是2 8 19 1 o c k g 土、加5m m o 他g e d t a 的是7 5 9g t o c k g 土和1 0m m o 垠ge d t a 的是1 8 8 6g t o c l ( g 土。 图5 2 、图5 3 显示：不论土壤重金属c d 处理的浓度如何，e d t a 的添加浓度多少，土壤 样品中1 0 c 的淋失量都集中发生在淋溶实验的前期，这与吴龙华1 3 4 1 等人的无植物生长时的 淋溶实验结果相似。不同点在于：有植物生长时，淋溶实验的前两次t o c 的淋失量并不是 最高的。实验发现，前两次所得渗滤液中t d c 的浓度很高，但是由于根系可以涵养水分， 使得在渗滤液的体积较少，因而此时1 0 c 的总量不高，表现在曲线在上升，而非下降。 5 3 1 2 通电对土壤t 0 c 淋失量动态的影响 镉处理浓度为8 0m g k g 。1 的土壤中，添加相同量的e d t a ，由于加入2 4 v 电压，淋溶 后电压对淋溶试验中1 o c 的影响结果见图5 4 。 4 3 0 0 0 0 o 们 加 m 卅堂蚓水蒸u。卜 第有章e d t a 强化植物修复的环境风险研究 5 0 0 0 0 0 乜4 0 0 0 0 0 旨3 0 0 0 0 0 删 水2 0 0 0 0 0 蒸 曼1 0 0 0 0 0 磷 叫 0 04 0 08 0 01 2 0 01 6 0 02 0 0 02 4 0 02 8 0 03 2 0 0 淋洗量m l 图5 4 通电对8 0 “g k 一镉处理的土壤t c c 淋失量的动态影响 图5 4 显示，在镉处理浓度为8 0m g k g 。1 的土壤中，加入相同量5m m o 卜k 。1e d t a 的土壤 样品，通电对淋溶的影响不大。在淋洗量为1 4 0 0 m i 以前，两者的差异较小，到淋洗量为 1 6 8 0 m l 以后，两者的土壤1 1 0 c 的淋失量曲线几乎重合。加入相同量l om m 0 1 k g - le d t a 的土 壤样品，通电对淋溶的影响较大。在淋沈量为1 1 2 0 m l 以前，渗滤中1 l 。c 的量明显小于不通 电的样品；而淋洗量为1 4 0 0 i n l 以后，渗滤中1 o c 的量大于不通电的样品。 土壤样品中r i o c 的淋失量总量为：5m m 0 1 k g 1e d t a 不通电的是7 4 6 5 2 9 7 m l m g 土、5 m m 0 1 k 岔1e d l l a 通2 4 v 电压的是7 1 9 7 4 8 2 m 他g 土、1 0 m m o 卜k e d t a 通不通电的是 1 6 8 3 9 0 5 m 他g 土、1 0 m m 0 1 k g 。e d t a 通2 4 v 电压的是1 3 8 1 1 0 7 m 土。 镉处理浓度为1 6 0m g k g i 的土壤中，添加相同量的e d t a ，由于加入2 4 v 电压，淋溶后 电压对淋溶试验中1 d c 的影响结果见图5 5 。 图5 5 显示，在镉处理浓度为1 6 0m g k g 。的土壤中，加入相同量5n u n 0 1 k e d t a 的土 壤样品，通电样品在淋洗量为1 1 2 0 m 1 以前，土壤t 0 c 的淋失量小于不通电的样品，在淋洗 量为1 4 0 0 到1 9 6 0 m i 期间，两者交替比对方量大。到淋洗量为2 2 4 0 m l 以后，两者的淋失量差 异变小，曲线几乎重合。 加入相同量l om m o l k e d t a 的土壤样品，通电对淋溶的影响较大。在淋洗量为 1 9 6 0 “以前，通电样品的土壤渗滤液中t 0 c 的量小于不通电的样品；而淋洗量为1 9 6 0 m l 以 后，渗滤中t o c 的量大于不通电的样品。 第五章e d t a 强化植物修复的环境风险研究 4 2 0 0 0 0 叫3 5 0 0 0 0 磐2 8 0 0 0 0 由l 水2 l 0 0 0 0 蒸 吕1 4 0 0 0 0 臻 刊7 0 0 0 0l o 05 0 01 0 0 01 5 0 02 0 0 02 5 0 0 3 0 0 03 5 0 04 0 0 0 淋洗量m 1 例5 5 通电对1 6 0m g k 茸1 锸处理的土壤1 d c 淋失量的动态影响 土壤样品中1 d c 的淋失量总量为：5i m 0 1 k e d l a 不通电的是7 5 9 7 0 2 1 m 此g 土、5 m m o l k e d r i a 通2 4 v 电压的是7 2 5 4 8 5 4 i t l l 瓜g 土、1 0 衄0 1 k g 1e d t a 通不通电的是 1 8 8 6 2 2 7 m l k g 土、1 0 m m 0 1 k 9 4e d l a 通2 4 v 电压的是1 6 4 4 2 2 3 m l l ( g 土。 图5 4 、图5 5 数据总的显示：不论镉处理土壤的浓度是高是低，e d t a 的浓度越高，土 壤样品中重金属i d c 的淋失量越高。添加低浓度e d t a 时，通电对土壤r i o c 的淋失影响不 大，两曲线几乎重合；添加高浓度e d t a 时，在淋洗前期，通电比不通电的土壤样品中1 0 c 的淋失量小，但土壤样品中r i o c 的总淋失量相差不大。 5 3 2 土壤中重金属镉淋失量动态 5 3 2 1 印t a 对土壤镉淋失量动态的影响 ， 与t d c 淋失量的计算相似，将每次淋洗后渗滤液重金属浓度与渗滤液体积相乘，再除 以每盆土烘干土重，得到单位质量土壤每次淋洗后的重金属淋失量。图5 6 为镉处理浓度为 8 0m g k 一的土壤中，加入5m m 0 1 k 9 4 和1 0m m 0 1 k 一的e d t a 后，进行淋溶得到土壤中镉 的淋失量。 4 5 第五章e d t a 强化植物修复的环境风险研究 1 8 刊 高1 2 皿田| 】 粪e 噤 联 “0 01 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 0 淋洗量m l 图5 6e 叫l 对8 0m g 坞。1 镉处理的土壤中镉淋失量的动态影响 图5 6 显示，在镉处理浓度为8 0 m g k g “的土壤中，不加e d t a 的土壤，淋洗过程中土壤 镉的淋失量很低，经过4 7 6 0 m l 去离子水的冲洗，渗透液中重金属的总量为o 1 2 6 6 m 班g 土。 加入e d t a 的土壤，淋沈过程中镉的淋失量较大，明显高于不加e d t a 处理的土壤样品。镉 的淋失量与所添加的e d t a 量有关，e d t a 量越大，土壤中镉的淋失量越大。而且两者的差 异主要集中在淋洗的前期，从淋洗量到1 6 8 0 m 1 以后，两者镉的淋失量曲线几乎重合。 镉的淋失量主要集中在淋洗量为1 6 8 0 m l k g 土的淋洗前期，此时添加5m m 0 1 k 一和1 0 m m o 卜k 一的e d t a 的土壤中镉的淋失量分别为总量的6 2 6 和8 3 4 ，而此时淋洗量为总淋 洗量的3 5 3 。随着淋洗次数的增加，可被淋洗的土壤中镉减少，到淋洗量达3 6 4 0 m l 时， 加e d t a 和不加e d l a 处理的之间差异很小，此时镉的淋失量相近。 镉处理浓度为1 6 0m g k g 。的土壤中，加入5m m 0 1 k g “和1 0m m o l k 分1 的e d t a 后，进行 淋溶得到土壤中镉的淋失量数据显示在图5 7 。 图5 7 显示，在镉处理浓度为1 6 0m g k g 。的土壤中，不加e d t a 的土壤，淋洗过程中土 壤镉的淋失量很低，经过5 3 2 0 m l 去离子水的冲洗，渗透液中重金属的总量为o 1 3 0 7 m g 瓜g 土。加入e d t a 的土壤，淋洗过程中镉的淋失量较大，明显高于不加e d t a 处理的土壤样品。 镉的淋失量与所添加的e d l l a 量有关，e d t a 量越大，土壤中镉的淋失量越大。而且两者的 差异持续时间较长，到淋洗量为4 2 0 0 i i l l 以后，两者镉的淋失量差异变小。 第五章e d t a 强化植物修复的环境风险研究 刊 墨 、 誉 捌 水 蒸 瞎 群 刊 2 0 1 5 1 0 5 0 o1 0 0 02 0 0 03 0 0 04 0 0 05 0 0 06 0 0 0 淋洗量m l 图5 7e d l a 对1 6 0m g k 。1 镉处理土壤中镉淋失量的动态影响 镉的淋失主要集中在淋洗量为2 5 2 0 m 1 瓜g 土的淋洗前半程，此时添加5m m o l k 一和l o m m 0 1 k 一的e d t a 的土壤中镉的淋失量分别为总量的8 1 9 8 和8 8 2 9 ，而此时淋洗量为总 淋洗量的4 7 3 7 。随着淋洗次数的增加，可被淋洗的土壤中镉减少，到淋洗量达4 2 0 0 m l 以后，加e d t a 和不加e d t a 处理的之问差异很小，此时镉的淋失量相近。 图5 6 图5 7 总的显示：不论镉处理土壤的浓度是高是低，e d l a 的浓度越高，土壤样品 中重金属镉的淋失量越高，且主要集中在淋洗前期，这无植物生长时的淋溶实验结果相似 】。