根際對(duì)改性納米黑碳鈍化重金屬的穩(wěn)定性影響研究.pdf

1、近年來(lái)，中國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，如何修復(fù)重金屬污染土壤已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。原位鈍化修復(fù)技術(shù)是通過(guò)往土壤中施入一些鈍化劑與重金屬發(fā)生沉淀、吸附、離子交換等反應(yīng)改變重金屬在土壤中存在形態(tài)，減少重金屬的毒害作用。與傳統(tǒng)修復(fù)方法相比操作簡(jiǎn)便、價(jià)格低廉應(yīng)用前景十分廣闊。由于重金屬污染土壤原位純化修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)是通過(guò)改變重金屬形態(tài)將重金屬固定在土壤中，植物生長(zhǎng)導(dǎo)致的根際環(huán)境的變化使其存在再次釋放到土壤的風(fēng)險(xiǎn)。本文選取改性納米黑碳作為重金

2、屬鈍化劑，研究在Cd超富集植物葉用紅泰菜和Cd耐受性植物黑麥草種植條件下對(duì)鈍化劑鈍化Cd的穩(wěn)定性影響。通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)，研究?jī)煞N植物生長(zhǎng)過(guò)程中重金屬Cd在土壤-植物系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化；通過(guò)水培試驗(yàn)，研究?jī)煞N植物生長(zhǎng)過(guò)程中溶液pH、根系分泌小分子有機(jī)酸含量和種類(lèi)的變化；通過(guò)模擬實(shí)驗(yàn)，研究pH改變和小分子有機(jī)酸存在下改性納米黑碳對(duì)Cd2+的吸附解吸特征，探究植物根際對(duì)改性納米黑碳對(duì)Cd鈍化穩(wěn)定性的影響機(jī)理。其目的是為鈍化劑的實(shí)際應(yīng)用提供了理論依據(jù)

3、。
　　本文的主要結(jié)果如下：
　　在植物生長(zhǎng)條件下改性納米黑碳對(duì)重金屬Cd有很好的鈍化效果。施加改性納米黑碳后，耐受植物黑麥草地上與地下部分Cd含量分別降低了54.9％、48.5%；葉用紅泰菜地上與地下部分Cd含量分別降低了54.7%、39.4%。黑麥草地上與地下部分干重分別增加了66.0%和63.0%。
　　在施加MBC與未施加MBC處理中，黑麥草根際有效態(tài)Cd含量比非根際分別降低了6.9%、8.9%；施加MBC處理

4、中根際與非根際土壤有效態(tài)Cd含量分別比未施加MBC處理下降了12.9%、14.7%,黑麥草根際與改性納米黑碳在鈍化土壤中Cd時(shí)具有競(jìng)爭(zhēng)性拮抗效應(yīng)。在施加MBC與未施加MBC處理中，葉用紅泰菜根際有效態(tài)Cd含量比非根際降低分別降低了6.2%、0.66%；施加M B C處理中根際與非根際土壤有效態(tài)Cd含量分別比未施加MBC處理下降了12.3%、7.2%,葉用紅泰菜根際與改性納米黑碳在鈍化土壤中Cd時(shí)具有協(xié)同效應(yīng)。植物生長(zhǎng)會(huì)對(duì)土壤根際pH產(chǎn)生

5、影響，在Cd污染土壤中植物根際pH高于非根際。改性納米黑碳能改變重金屬形態(tài)：黑麥草通過(guò)降低可交換態(tài)的含量，葉用紅恭菜通過(guò)降低碳酸鹽結(jié)合態(tài)的含量來(lái)降低土壤中Cd的生物有效性。和M BC相互作用時(shí)，黑麥草與葉用紅泰菜分別通過(guò)降低碳酸鹽結(jié)合態(tài)和可交換態(tài)的含量來(lái)降低土壤中Cd的生物有效性。
　　水培條件下Cd能夠抑制黑麥草的生長(zhǎng)，與CK相比，5mg/L和20m g/L兩種濃度Cd2+溶液黑麥草地上部干重分別下降了21.5%和42.1%，地

6、下部干重分別下降了13.7%和31.6%。超級(jí)累植物葉用紅泰菜在5mg/LCd2+濃度的脅迫下，與對(duì)照相比植物地上部和地下部干重分別降低了13.2%和8.5%。在Cd脅迫下黑麥草與葉用紅泰菜根尖細(xì)胞排列、根尖形態(tài)會(huì)發(fā)生變化。兩種植物在Cd脅迫下pH都迅速增加，最終趨于穩(wěn)定。營(yíng)養(yǎng)液pH與黑麥草分泌總有機(jī)酸呈顯著負(fù)相關(guān)，黑麥草分泌的有機(jī)酸能夠通過(guò)降低根際pH，影響MBC對(duì)重金屬的鈍化，葉用紅泰菜營(yíng)養(yǎng)液pH與總有機(jī)酸分泌量無(wú)相關(guān)。
　　

7、黑麥草分泌的有機(jī)酸主要為草酸，只有在髙濃度Cd脅迫下才會(huì)分泌少量酒石酸0.15g/L。黑麥草分泌的有機(jī)酸隨Cd濃度的增加而增多，在相同濃度Cd脅迫下有機(jī)酸分泌量隨時(shí)間而減少，黑麥草有機(jī)酸分泌最大量為3.41g/L。葉用紅泰菜分泌有機(jī)酸主要有草酸、酒石酸、蘋(píng)果酸，其中以草酸為主，在Cd脅迫下有機(jī)酸分泌量迅速減少，并隨營(yíng)養(yǎng)液Cd濃度的提髙有所回升。草酸、酒石酸、蘋(píng)果酸分泌量最大值為分別為6.65g/L、3.20g/L、1.68g/L0

8、>　　Cd2+在改性納米黑碳上的吸附等溫線均能用Langmuir方程和Freundlich方程擬合，n值均大于1表明改性納米黑碳對(duì)Cd2+都為優(yōu)惠吸附。隨著p H的增加改性納米黑碳對(duì)Cd2+的吸附能力增強(qiáng)，且在pH多9時(shí)改性納米黑碳對(duì)Cd2+的最大吸附量趨于穩(wěn)定。Cd2+在改性納米黑碳上的解吸率隨pH值的增大而減小，當(dāng)pH＞9時(shí)，解吸率隨pH的增加變化速度減緩，最后趨于穩(wěn)定。在pH＜9時(shí)，p H對(duì)Cd2+在改性納米黑碳上的吸附量和吸附穩(wěn)

9、定性影響比較大，且pH越大吸附效果越好。因此根際pH增加能夠提髙改性納米黑碳的鈍化重金屬的穩(wěn)定性。
　　施加三種有機(jī)酸都能降低改性納米黑碳對(duì)Cd2+的吸附量且降低幅度為蘋(píng)果酸＞酒石酸＞草酸。在不同有機(jī)酸作用下，Cd2+在改性納米黑碳上的吸附等溫線均能用Langmuir方程和Freundlich方程擬合。未添加有機(jī)酸以及在草酸、酒石酸、蘋(píng)果酸作用下，改性納米黑碳對(duì)Cd2+的最大吸附量分別為28.15、28.52、29.89、25.3