組配改良劑對(duì)稻田鎘砷復(fù)合污染的調(diào)控效果及機(jī)制研究.pdf

1、伴隨我國工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，我國耕地受Cd和As等重金屬污染的問題日益嚴(yán)重。湖南省是有色金屬之鄉(xiāng)和魚米之鄉(xiāng)，規(guī)?；V業(yè)開采與冶煉對(duì)礦區(qū)生態(tài)環(huán)境及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了嚴(yán)重破壞，嚴(yán)重地制約著湖南省廣大地區(qū)水稻生產(chǎn)安全和稻米食用安全。如何治理Cd和As復(fù)合污染農(nóng)田，如何控制Cd和As向水稻中轉(zhuǎn)移是一個(gè)亟待解決的環(huán)境問題。本研究圍繞稻田土壤Cd和As復(fù)合污染的修復(fù)，以郴州柿竹園礦區(qū)（A礦區(qū)）及湘西州保靖縣復(fù)興村礦區(qū)（B礦區(qū)）不同Cd和As污染程度的稻田

2、土壤為研究對(duì)象，通過改良劑篩選實(shí)驗(yàn)、水溶液吸附實(shí)驗(yàn)、水稻盆栽實(shí)驗(yàn)以及大田實(shí)驗(yàn)等研究，研發(fā)了一種組配改良劑QFJ，系統(tǒng)闡述了應(yīng)用QFJ降低土壤Cd、As生物有效性和糙米Cd、As含量的機(jī)制，提出了一套控制稻田Cd和As生物有效性和遷移轉(zhuǎn)運(yùn)的有效技術(shù)。研究結(jié)果如下:
　　(1)研制出以羥基磷灰石、沸石和改性秸稈炭3種物質(zhì)為主要成分，按一定質(zhì)量比例組配的改良劑QFJ，確定其作用機(jī)制:3種物質(zhì)具有較大的比表面積，可與溶液中Cd2+和As5

3、+發(fā)生表面吸附和孔道吸附，QFJ含有的-OH、-COOH、-Si-O-Si以及CO32-基團(tuán)與溶液中Cd2+、As5+離子發(fā)生了交換吸附、共價(jià)結(jié)合，生成了羧酸鹽類、硅酸鹽類和碳酸鹽類物質(zhì)，從而將土壤溶液中游離的Cd2+、As3+和As5+原位鈍化。
　　(2)施用組配改良劑QFJ改良Cd和As復(fù)合污染稻田土壤，水稻盆栽實(shí)驗(yàn)顯示:根際土壤pH值、CEC和OM含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。QFJ的施用使得水稻黃華占和T優(yōu)272根際土壤中Cd的交換

4、態(tài)含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，可分別下降12.6％～39.8％和20.6％～70.6％;QFJ施用量在0.5～2.0g·kg-1之間對(duì)As的交換態(tài)含量有降低作用，分別降低12.2％～55.1％和7.0％～39.5％，但施用量增加后使得交換態(tài)As含量急劇增大。隨著QFJ施用量的增加，土壤中Cd的毒性浸出量逐漸下降，As的毒性浸出量先下降后上升。土壤pH值、CEC與土壤中Cd的交換態(tài)含量、毒性浸出量及酸提取態(tài)含量具有正的線性關(guān)系;土壤pH值與土壤中A

5、s的交換態(tài)含量、毒性浸出量具有負(fù)的線性關(guān)系。
　　(3)盆栽實(shí)驗(yàn)中，施用QFJ改變了Cd和As的賦存形態(tài)，降低了Cd酸提取態(tài)含量，使難溶的有機(jī)結(jié)合態(tài)Cd分別增加6.8％～49.5％和2.5％～56.5％;同時(shí)，降低了As交換態(tài)含量，使難溶的鈣結(jié)合態(tài)As含量分別增加34.1％～93.4％和2.8％～53.3％;但QFJ施用量超過4.0g·kg-1時(shí)，土壤中交換態(tài)As含量增大。
　　(4)盒栽實(shí)驗(yàn)中，QFJ施用使得水稻各部位Cd

6、含量均低于對(duì)照組CK，糙米中Cd含量可從0.49 mg·kg-1下降到0.11 mg·kg-1;水稻植株各部位Cd的含量大小依次是根＞莖葉＞糙米＞谷殼。QFJ施用量控制在0.5～2.0 g·kg-1水平，顯著降低水稻地上各部位As含量，且在2.0 g·kg-1施用量，2種水稻糙米中As含量從0.27 mg·kg-1、0.28 mg·kg-1下降到最低值0.11 mg·kg-1、0.16 mg·kg-1，但隨著施用量的增加，水稻各部位中A

7、s含量呈現(xiàn)上升趨勢(shì);水稻植株各部位As含量大小依次是根＞莖葉＞谷殼＞糙米。
　　(5)盆栽實(shí)驗(yàn)顯示，水稻根系對(duì)Cd和As的富集系數(shù)BAF分別為0.65～1.26和0.024～0.061，根系富集Cd的能力較As強(qiáng);水稻各部位對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)TF依次是TFCd-hb＞ TFCd-sh＞TFCd-rs，對(duì)As的是TFAs-rs＞TFAs-hb＞TFAs-sh，水稻谷殼對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)能力最強(qiáng)，而根對(duì)As的轉(zhuǎn)運(yùn)能力最強(qiáng);QFJ的施用降低了水

8、稻植株對(duì)Cd和As轉(zhuǎn)運(yùn)量的系數(shù)，有效降低了水稻植株地上部位Cd和As的累積總量。
　　(6)田間實(shí)驗(yàn)顯示，隨著QFJ施用量的增加，2礦區(qū)水稻各生育期根際土壤pH值、CEC和OM含量有增大趨勢(shì);QFJ的施用在各生育期均可顯著降低2礦區(qū)土壤中交換態(tài)Cd含量，且在水稻分蘗期時(shí)，降低土壤交換態(tài)Cd含量的幅度最大;而針對(duì)土壤交換態(tài)As含量2個(gè)礦區(qū)呈現(xiàn)相反的結(jié)果，A礦區(qū)有增大風(fēng)險(xiǎn)而B礦區(qū)呈現(xiàn)降低風(fēng)險(xiǎn)的趨勢(shì)。QFJ的施用也可顯著降低水稻各生育期

9、2礦區(qū)土壤中Cd的毒性浸出量，對(duì)B礦區(qū)土壤As的毒性浸出量也有降低的作用，但對(duì)土壤A礦區(qū)中As的毒性浸出量，在4.0 g·kg-1施用量時(shí)則有提高的風(fēng)險(xiǎn)。
　　(7)田間實(shí)驗(yàn)顯示，灌漿期是水稻植株大量累積Cd和As的時(shí)期。QFJ的施用可有效降低A礦區(qū)（土壤Cd總量3.58 mg·kg-1，As總量124.79mg·kg-1）各生育期水稻各部位中Cd含量，也可降低成熟期水稻各部位中As含量。QFJ施用量在4.0 g·kg-1水平時(shí)，