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随着工业和农业生产的发展,含重金属的污染物通过各种途径进入土壤,造成土壤严重污染。目前,在重金属污染土壤的治理方法中,工程措施存在成本昂贵并易导致土壤结构破坏、土壤肥力退化等缺点。因此,以超富集植物提取技术为代表的植物修复技术,成为国内外环境科学与工程研究的热点和前沿领域。为加快植物提取和不中断农业生产,又采用整合剂诱导加强的超富集植物提取,并与低累积作物套种,组成联合修复技术。本文通过田间试验,研究在大田条件下东南景天与玉米套种技术并用混合添加剂强化,检验联合修复技术的实际应用效果,实地考察混合添加剂对地下水的影响;通过土柱模拟试验研究在东南景天与玉米套种条件下,混合添加剂对重金属向下迁移的影响;通过浸提试验和盆栽试验寻找强化植物提取效率较高、对环境影响较小的纯天然植物螯合剂。主要研究结果如下:
⑴连续三季(一年多)的田间种植试验表明,利用东南景天与玉米套种修复受铅锌矿废水污染的土壤取得一定的修复效果,各处理土壤全Cd、全Zn和全Pb量都随着试验的进行逐步下降。与试验前相比,第三次试验结束后植物修复处理的土壤全Cd量降低了45.1~61.5%,其中11.9~20.6%为东南景天提取,玉米提取的仅为0.3~0.53%,其余有31.4~44.2%由其它因素(淋溶)带离土壤;土壤全Zn的降低率为20.1~31%,其中有4.95~8.88%为东南景天的贡献,玉米提取率仅为0.51~0.65%,其余13.3~22.1%为其它因素的作用;土壤全Pb降低率为0.23~5.01%,而东南景天(低于0.05%)和玉米(低于0.01%)的贡献很小,主要是其它因素(淋溶)的作用。第三次试验结束后土壤全Zn量已经达到或接近国家土壤环境质量标准。
⑵田间试验表明,在套种情况下东南景天地上部生物量、Cd含量和对Cd和Pb的提取量都显著高于单种处理。但混合添加剂未表现出强化东南景天提取土壤重金属的效果,施加混合添加剂对地下水没有明显的影响。经过三次田间试验,玉米茎叶Cd和Pb含量低于有机肥国家标准;玉米籽粒Cd和Zn含量达到食品卫生标准,Pb含量低于饲料标准,表明在修复土壤的同时可收获符合饲料卫生标准的农产品。
⑶土柱模拟试验结果表明,在东南景天与玉米套种条件下施加混合添加剂可显著降低乐昌土壤0-20cm土层全Cd量,Cd向下迁移至40cm以下,从而提高下层土的土壤全Cd量。东南景天和玉米套种能明显延缓乐昌土壤Zn向下层迁移。佛冈土壤全量和有效Cd、Pb和Zn含量都有向下层迁移的趋势,尤其是全Cd和有效Cd含量呈现向下逐层递增的趋势。
⑷施用含EDTA的混合添加剂后第2天和第8天能明显提高乐昌土壤各土层土壤水Cd、Pb、Zn含量,但第8天后其活化作用急剧下降:施后第2天也能显著提高佛冈土壤各层土壤水Cd、Pb含量和20 cm以下土层土壤水Zn含量,施后第8天仍能显著提高佛冈土壤各层土壤水Pb含量和60cm以下土层土壤水Cd、Zn的含量。而无EDTA的混合添加剂对各层乐昌土壤和佛冈土壤地下水重金属含量没有显著影响。
⑸土柱模拟试验表明,施后第2天和第8天两种混合添加剂均可明显提高乐昌土壤和佛冈土壤100cm处地下水COD,但施后第8天其影响迅速下降。没有植物覆盖的土壤氮的流失严重,可以显著提高乐昌土壤和佛冈土壤100cm处地下水总氮量。混合添加剂对乐昌土壤和佛冈土壤100cm处地下水总氮和总磷量没有影响。
⑹植物汁液对土壤浸提试验结果表明,不同种类的植物汁液对土壤Cd、Pb和Zn的活化能力不同,而同种植物汁液浓度越高,活化能力越强。酸藤果1:1汁液具有较强的活化Cd、Zn和Pb的能力,活化Cd的能力接近于1.25 mmol/L EDTA,活化Zn的能力显著高于5.00 mmol/L EDTA。螯合剂对酸性土壤Cd、Zn的活化率高于中性土壤,但是对土壤Pb,活化能力较强的酸藤果汁液和EDTA对中性土壤的活化率高于酸性土壤。汁液pH较高的红薯叶和蟛蜞菊对土壤重金属的活化能力明显较弱。
⑺盆栽试验结果表明,东南景天对Cd、Zn的超量吸收可显著降低土壤全Cd和全Zn量,对土壤重金属的提取率高于田间试验,Cd的提取率在13.9~45%之间,Zn在8.7~21.1%之间,Pb低于0.1%。但植物叶子汁液未能显著提高东南景天对Cd、Zn和Pb的提取率。湿地松叶子汁液严重影响东南景天的生长,降低其生物量。盆栽试验淋出液测定结果表明,1:2酸藤果和湿地松汁液对土壤Cd、Zn和Pb具有较强的活化作用,从而加速土壤Cd、Zn和Pb向下淋洗,但3天后就失去其活性。没有种植植物的空白处理的土壤淋出液Cd和Zn含量显著高于种植东南景天的处理,说明东南景天对土壤活性Cd和Zn的耗竭作用,也说明供试土壤中的Cd和Zn易于淋溶。