不同改良劑對(duì)礦區(qū)土壤重金屬移動(dòng)性的影響

土壤污染是人類面臨的主要環(huán)境問題之一。重金屬在土壤中的積累可改變土壤質(zhì)量,導(dǎo)致地下水、地表水和食物鏈的污染,穩(wěn)定與削減土壤中的重金屬被認(rèn)為是緩解土壤重金屬污染的有效途徑。近30多年來(lái),學(xué)術(shù)界已提出了諸如工程措施、物理修復(fù)、生物修復(fù)和化學(xué)穩(wěn)定修復(fù)等多種方法來(lái)治理重金屬污染土壤1材料和方法1.1土壤理化指標(biāo)研究選用具有相對(duì)較高Cd、Cu、Zn和Pb等重金屬污染的酸性礦區(qū)土壤用于試驗(yàn)。土壤樣品采自浙江省紹興市某一廢棄的礦區(qū),采樣深度為0-20cm。土樣經(jīng)室內(nèi)干燥后,過5mm土篩,充分?jǐn)嚢杌靹颉Ｈ∑渲胁糠謽悠愤M(jìn)一步磨細(xì)過2mm和0.25mm土篩,用于土壤理化分析。供試土壤pH為4.87,有機(jī)碳和粘粒含量分別為13.12,176g/kg,Cd、Cu、Pb和Zn含量分別為6.12,623,435,837mg/kg。試驗(yàn)選擇磷灰石、農(nóng)用石灰、坡縷石、鈣鎂磷肥、沸石、豬糞和水稻秸稈7種常用改良劑。所用磷灰石、農(nóng)用石灰、坡縷石、鈣鎂磷肥和沸石均從當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)購(gòu)置,豬糞和水稻秸稈采自紹興市當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶。農(nóng)用石灰含98%的CaCO1.2土壤的污染治理模擬試驗(yàn)在采集土樣的廢棄礦區(qū)附近露天農(nóng)地上進(jìn)行。共設(shè)8個(gè)處理,其中:1個(gè)對(duì)照處理,不添加任何改良劑;其他7個(gè)處理分別為添加3%的磷灰石、農(nóng)用石灰、坡縷石、鈣鎂磷肥、沸石、豬糞和水稻秸稈,各處理重復(fù)3次。試驗(yàn)土壤裝在長(zhǎng)30cm,寬25cm,高30cm的塑料框中,每1個(gè)塑料框框底約有50個(gè)直徑約2mm小孔用于排水。每處理用土量為22kg,裝土深度約為25cm,容重1.15~1.20g/cm試驗(yàn)處農(nóng)地地面坡度小于1°,年均氣溫約16.5℃,年降水量約1100mm,4-7月為雨季。1.3分析土壤pH、顆粒組成和有機(jī)碳等采用常規(guī)方法測(cè)定。土壤重金屬全量用硝酸-高氯酸消化。土壤中水溶態(tài)重金屬采用0.02mol/LCaCl2結(jié)果與討論2.1礦質(zhì)改良劑對(duì)稻秸稈中碳的影響施入改良劑2個(gè)月后,土壤pH值均有不同程度的上升(圖1)。土壤pH值提高的效果從高至低依次為農(nóng)用石灰>鈣鎂磷肥>磷灰石>坡縷石>沸石>豬糞>水稻秸稈,這與不同的改良劑包含的堿性物質(zhì)數(shù)量不同有關(guān)。農(nóng)用石灰、鈣鎂磷肥和磷灰石含較高的CaCO施用農(nóng)用石灰、鈣鎂磷肥、磷灰石、坡縷石和沸石等礦質(zhì)改良劑對(duì)土壤有機(jī)碳影響不明顯,并且在試驗(yàn)過程中,這些處理的土壤有機(jī)碳變化較小。豬糞和水稻秸稈因本身包含高量的有機(jī)碳,當(dāng)它們被施入土壤中后,土壤有機(jī)碳含明顯地增加,但隨試驗(yàn)時(shí)間的增加,由于有機(jī)碳的礦化,這2個(gè)處理的土壤有機(jī)碳逐漸下降,但試驗(yàn)過程中,它們的有機(jī)碳含量始終高于對(duì)照土壤(圖1)。2.2不同用量改良劑對(duì)土壤重金屬提取量的影響表1為試驗(yàn)的6年時(shí)間內(nèi)對(duì)施用不同改良劑的相應(yīng)土壤8次取樣分析的水溶態(tài)重金屬的平均含量。土壤水溶態(tài)重金屬含量一般是Zn、Cu>Pb、Cd。與全量比較(數(shù)據(jù)見材料與方法部分),土壤中水溶態(tài)重金屬只占土壤重金屬全量的很小一部分。表2是以對(duì)照為對(duì)比計(jì)算的施用7種改良劑后土壤水溶態(tài)重金屬含量的相對(duì)變化,結(jié)果表示為占相應(yīng)對(duì)照處理的百分比。施用改良劑后均可不同程度降低土壤水溶態(tài)重金屬的提取量,對(duì)Cd和Pb的降低效果好于對(duì)Cu和Zn的作用。總體上,礦質(zhì)改良劑(農(nóng)用石灰、鈣鎂磷肥、磷灰石、坡縷石和沸石)對(duì)降低土壤水溶態(tài)重金屬的效果較好,而有機(jī)質(zhì)改良劑(豬糞和水稻秸稈)的效果較差。降低效果因重金屬的種類不同有所差異。降低土壤水溶態(tài)Cd的效果以鈣鎂磷肥為最佳(平均可降至29%),其次為磷灰石和坡縷石(平均可降至46%),石灰和沸石也有較好的降低效果(分別可降至57%和62%)。降低土壤水溶態(tài)Cu的效果以坡縷石(平均可降至65%),其次為鈣鎂磷肥、磷灰石和石灰(可降至68%~79%),沸石和豬糞也具有一定的降低效果,但水稻秸稈的降低效果較差。磷灰石、石灰和鈣鎂磷3種改良劑均有很好的降低土壤水溶態(tài)Pb的效果(平均可降至27%左右),坡縷石和沸石也有較好的降低土壤水溶態(tài)Pb的效果。降低土壤水溶態(tài)Zn的效果以鈣鎂磷肥為最佳(平均可降至48%),磷灰石、石灰、沸石和坡縷石降低土壤水溶態(tài)Zn的效果相似(平均可降至54%~65%)。2.3土壤水溶態(tài)重金屬含量各改良劑降低土壤水溶態(tài)重金屬的最佳時(shí)間略有差異(圖2)。磷灰石、沸石和坡縷石大約在6個(gè)月至1年內(nèi)達(dá)到最佳的效果;石灰和鈣鎂磷肥大約在6個(gè)月內(nèi)達(dá)到最佳的效果;有機(jī)物改良劑達(dá)到最佳效果的時(shí)間:豬糞為2~6個(gè)月,而秸稈一般要2~3年時(shí)間。在試驗(yàn)過程中,各處理土壤水溶態(tài)重金屬含量有一定的變化(圖2)。對(duì)于礦質(zhì)改良劑,試驗(yàn)過程中水溶態(tài)重金屬含量一般是“先降低-后逐漸升高”的特點(diǎn);而對(duì)于有機(jī)肥改良劑,一般呈現(xiàn)“下降-升高-下降-再升高”的特點(diǎn)(水溶態(tài)Cu例外,呈先下降后上升高)。但變化程度因改良劑種類不同有所差異。對(duì)于不施用任何改良劑的對(duì)照土壤,在試驗(yàn)過程中土壤水溶態(tài)重金屬的提取量始終處于較高的水平,僅有較小的波動(dòng),至試驗(yàn)第6年時(shí),土壤水溶態(tài)Cd、Cu、Zn和Pb的濃度分別高于其最低值的13%,3%,7%和9%,但變化量很小。對(duì)于施用磷灰石和沸石的土壤,隨著試驗(yàn)時(shí)間增加,其水溶態(tài)重金屬濃度略有增加,但其增加幅度相對(duì)較小;至試驗(yàn)第6年時(shí),施用磷灰石的土壤水溶態(tài)Cd、Cu、Zn和Pb的含量分別高于其最低值的21%,6%,19%和18%。施用沸石的土壤水溶態(tài)Cd、Cu、Zn和Pb的含量分別高于其最低值的13%,9%,13%和28%。施用坡縷石的土壤隨著試驗(yàn)時(shí)間增加其水溶態(tài)重金屬含量增加明顯高于以上施用磷灰石和沸石的土壤,前者水溶態(tài)Cd、Cu、Zn和Pb的含量分別高于其最低值的23%,13%,36%和45%。對(duì)于施用石灰和鈣鎂磷肥的土壤,隨著試驗(yàn)時(shí)間增加,其水溶態(tài)重金屬含量也有明顯的增加;至第6年后,施用石灰的土壤水溶態(tài)Cd、Cu、Zn和Pb的濃度分別高于其最低值的48%,46%,75%和37%;施用鈣鎂磷肥的土壤水溶態(tài)Cd、Cu、Zn和Pb的含量分別高于其最低值的14%,16%,42%和110%。對(duì)于施用有機(jī)肥的土壤,隨著試驗(yàn)時(shí)間增加,其水溶態(tài)重金屬的提取量也呈增加趨勢(shì),但因這2個(gè)處理土壤提取的水溶態(tài)重金屬含量總體較高,因此其增加的幅度相對(duì)較小。其中,至試驗(yàn)第6年后,施用豬糞的土壤水溶態(tài)Cd、Cu、Zn和Pb的濃度分別高于其最低值的23%,20%,14%和47%;施用水稻秸稈的土壤水溶態(tài)Cd、Cu、Zn和Pb的濃度分別高于其最低值的12%,20%,14%和8%。施用不同改良劑后土壤水溶態(tài)重金屬含量隨試驗(yàn)時(shí)間變化的差異性與各改良劑作用機(jī)理不同有關(guān)。土壤水溶態(tài)重金屬是指能溶于水的土壤重金屬形態(tài),其受土壤pH影響很大,一般隨土壤酸度增加而增加3不同種類石的土壤水溶態(tài)和其與土壤重金屬含量關(guān)系試驗(yàn)表明,農(nóng)用石灰、鈣鎂磷肥、磷灰石、坡縷石和沸石對(duì)降低礦區(qū)土壤重金屬的水溶態(tài)均有良好的效果,而有機(jī)質(zhì)改良劑(豬糞和水稻秸稈)的效果較差。降低土壤水溶態(tài)Cd的效果以鈣鎂磷肥為最佳(平均可降至29%),其次為磷灰石和坡縷石(平均可降至46%);降低土壤水溶態(tài)Cu的效果以坡縷石(平均可降至65%),其次為鈣鎂磷肥、磷灰石和石灰(可降至68%~79%);降低土壤水溶態(tài)Pb的效果以磷