不同改良剂对矿区土壤重金属移动性的影响

不同改良剂对矿区土壤重金属移动性的影响

土壤污染是人类面临的主要环境问题之一。重金属在土壤中的积累可改变土壤质量,导致地下水、地表水和食物链的污染,稳定与削减土壤中的重金属被认为是缓解土壤重金属污染的有效途径。近30多年来,学术界已提出了诸如工程措施、物理修复、生物修复和化学稳定修复等多种方法来治理重金属污染土壤1材料和方法1.1土壤理化指标研究选用具有相对较高Cd、Cu、Zn和Pb等重金属污染的酸性矿区土壤用于试验。土壤样品采自浙江省绍兴市某一废弃的矿区,采样深度为0-20cm。土样经室内干燥后,过5mm土筛,充分搅拌混匀。取其中部分样品进一步磨细过2mm和0.25mm土筛,用于土壤理化分析。供试土壤pH为4.87,有机碳和粘粒含量分别为13.12,176g/kg,Cd、Cu、Pb和Zn含量分别为6.12,623,435,837mg/kg。试验选择磷灰石、农用石灰、坡缕石、钙镁磷肥、沸石、猪粪和水稻秸秆7种常用改良剂。所用磷灰石、农用石灰、坡缕石、钙镁磷肥和沸石均从当地市场购置,猪粪和水稻秸秆采自绍兴市当地农户。农用石灰含98%的CaCO1.2土壤的污染治理模拟试验在采集土样的废弃矿区附近露天农地上进行。共设8个处理,其中:1个对照处理,不添加任何改良剂;其他7个处理分别为添加3%的磷灰石、农用石灰、坡缕石、钙镁磷肥、沸石、猪粪和水稻秸秆,各处理重复3次。试验土壤装在长30cm,宽25cm,高30cm的塑料框中,每1个塑料框框底约有50个直径约2mm小孔用于排水。每处理用土量为22kg,装土深度约为25cm,容重1.15~1.20g/cm试验处农地地面坡度小于1°,年均气温约16.5℃,年降水量约1100mm,4-7月为雨季。1.3分析土壤pH、颗粒组成和有机碳等采用常规方法测定。土壤重金属全量用硝酸-高氯酸消化。土壤中水溶态重金属采用0.02mol/LCaCl2结果与讨论2.1矿质改良剂对稻秸秆中碳的影响施入改良剂2个月后,土壤pH值均有不同程度的上升(图1)。土壤pH值提高的效果从高至低依次为农用石灰>钙镁磷肥>磷灰石>坡缕石>沸石>猪粪>水稻秸秆,这与不同的改良剂包含的碱性物质数量不同有关。农用石灰、钙镁磷肥和磷灰石含较高的CaCO施用农用石灰、钙镁磷肥、磷灰石、坡缕石和沸石等矿质改良剂对土壤有机碳影响不明显,并且在试验过程中,这些处理的土壤有机碳变化较小。猪粪和水稻秸秆因本身包含高量的有机碳,当它们被施入土壤中后,土壤有机碳含明显地增加,但随试验时间的增加,由于有机碳的矿化,这2个处理的土壤有机碳逐渐下降,但试验过程中,它们的有机碳含量始终高于对照土壤(图1)。2.2不同用量改良剂对土壤重金属提取量的影响表1为试验的6年时间内对施用不同改良剂的相应土壤8次取样分析的水溶态重金属的平均含量。土壤水溶态重金属含量一般是Zn、Cu>Pb、Cd。与全量比较(数据见材料与方法部分),土壤中水溶态重金属只占土壤重金属全量的很小一部分。表2是以对照为对比计算的施用7种改良剂后土壤水溶态重金属含量的相对变化,结果表示为占相应对照处理的百分比。施用改良剂后均可不同程度降低土壤水溶态重金属的提取量,对Cd和Pb的降低效果好于对Cu和Zn的作用。总体上,矿质改良剂(农用石灰、钙镁磷肥、磷灰石、坡缕石和沸石)对降低土壤水溶态重金属的效果较好,而有机质改良剂(猪粪和水稻秸秆)的效果较差。降低效果因重金属的种类不同有所差异。降低土壤水溶态Cd的效果以钙镁磷肥为最佳(平均可降至29%),其次为磷灰石和坡缕石(平均可降至46%),石灰和沸石也有较好的降低效果(分别可降至57%和62%)。降低土壤水溶态Cu的效果以坡缕石(平均可降至65%),其次为钙镁磷肥、磷灰石和石灰(可降至68%~79%),沸石和猪粪也具有一定的降低效果,但水稻秸秆的降低效果较差。磷灰石、石灰和钙镁磷3种改良剂均有很好的降低土壤水溶态Pb的效果(平均可降至27%左右),坡缕石和沸石也有较好的降低土壤水溶态Pb的效果。降低土壤水溶态Zn的效果以钙镁磷肥为最佳(平均可降至48%),磷灰石、石灰、沸石和坡缕石降低土壤水溶态Zn的效果相似(平均可降至54%~65%)。2.3土壤水溶态重金属含量各改良剂降低土壤水溶态重金属的最佳时间略有差异(图2)。磷灰石、沸石和坡缕石大约在6个月至1年内达到最佳的效果;石灰和钙镁磷肥大约在6个月内达到最佳的效果;有机物改良剂达到最佳效果的时间:猪粪为2~6个月,而秸秆一般要2~3年时间。在试验过程中,各处理土壤水溶态重金属含量有一定的变化(图2)。对于矿质改良剂,试验过程中水溶态重金属含量一般是“先降低-后逐渐升高”的特点;而对于有机肥改良剂,一般呈现“下降-升高-下降-再升高”的特点(水溶态Cu例外,呈先下降后上升高)。但变化程度因改良剂种类不同有所差异。对于不施用任何改良剂的对照土壤,在试验过程中土壤水溶态重金属的提取量始终处于较高的水平,仅有较小的波动,至试验第6年时,土壤水溶态Cd、Cu、Zn和Pb的浓度分别高于其最低值的13%,3%,7%和9%,但变化量很小。对于施用磷灰石和沸石的土壤,随着试验时间增加,其水溶态重金属浓度略有增加,但其增加幅度相对较小;至试验第6年时,施用磷灰石的土壤水溶态Cd、Cu、Zn和Pb的含量分别高于其最低值的21%,6%,19%和18%。施用沸石的土壤水溶态Cd、Cu、Zn和Pb的含量分别高于其最低值的13%,9%,13%和28%。施用坡缕石的土壤随着试验时间增加其水溶态重金属含量增加明显高于以上施用磷灰石和沸石的土壤,前者水溶态Cd、Cu、Zn和Pb的含量分别高于其最低值的23%,13%,36%和45%。对于施用石灰和钙镁磷肥的土壤,随着试验时间增加,其水溶态重金属含量也有明显的增加;至第6年后,施用石灰的土壤水溶态Cd、Cu、Zn和Pb的浓度分别高于其最低值的48%,46%,75%和37%;施用钙镁磷肥的土壤水溶态Cd、Cu、Zn和Pb的含量分别高于其最低值的14%,16%,42%和110%。对于施用有机肥的土壤,随着试验时间增加,其水溶态重金属的提取量也呈增加趋势,但因这2个处理土壤提取的水溶态重金属含量总体较高,因此其增加的幅度相对较小。其中,至试验第6年后,施用猪粪的土壤水溶态Cd、Cu、Zn和Pb的浓度分别高于其最低值的23%,20%,14%和47%;施用水稻秸秆的土壤水溶态Cd、Cu、Zn和Pb的浓度分别高于其最低值的12%,20%,14%和8%。施用不同改良剂后土壤水溶态重金属含量随试验时间变化的差异性与各改良剂作用机理不同有关。土壤水溶态重金属是指能溶于水的土壤重金属形态,其受土壤pH影响很大,一般随土壤酸度增加而增加3不同种类石的土壤水溶态和其与土壤重金属含量关系试验表明,农用石灰、钙镁磷肥、磷灰石、坡缕石和沸石对降低矿区土壤重金属的水溶态均有良好的效果,而有机质改良剂(猪粪和水稻秸秆)的效果较差。降低土壤水溶态Cd的效果以钙镁磷肥为最佳(平均可降至29%),其次为磷灰石和坡缕石(平均可降至46%);降低土壤水溶态Cu的效果以坡缕石(平均可降至65%),其次为钙镁磷肥、磷灰石和石灰(可降至68%~79%);降低土壤水溶态Pb的效果以磷