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摘要：本论文选取了我国四种不同类型碱性重金属污染土壤——黄土、水稻土、石灰土和潮土，通过外加盐酸和元素硫的方式研究不同类型碱性土壤的酸缓冲性和重金属的释放特征，并通过修正的Tessier 法分析土壤中重金属的形态变化，探究酸（H+）和硫对碱性土壤中重金属的活化调控机制。结果表明，四种土壤的酸缓冲性黄土 > 水稻土 > 石灰土 > 潮土，碳酸盐体系起到主要缓冲作用；重金属 Cd、Zn 释放速率随 pH 的降低总体呈现“先慢后快”的特征，pH 降低溶解碳酸盐，使其结合的重金属释放，同时降低了土壤表面负电荷从而降低其对重金属的吸附；加酸振荡和加酸培养条件下，四种土壤中碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态 Cd、Zn 含量随氢离子添加而下降，水溶态与可交换态 Cd、Zn 含量上升，表明降低碱性重金属污染土壤 pH可增加 Cd、Zn 有效性。30391
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毕业论文关键词：碱性土壤；酸缓冲性；重金属有效性；pH；硫
Abstract：In this paper, four different types of alkaline soils contaminated by heavy metal were selected (loess, paddy soil, lime soil and alluvial soil). The acid buffering and heavy metal release characteristics of different types of alkaline soils were studied by adding hydrochloric acid and elemental sulfur. The changes of heavy metals’ forms in the soil were analyzed by modified Tessier method. The mechanism of activation of heavy metals in alkaline soils was investigated by acid (H+) and sulfur. The results showed that the buffering capacity to acid of four soil can be list as follows, loess> paddy soil> lime soil> alluvial soil. Carbonate system played a major buffer effect. The Cd and Zn release rates of heavy metals from slow to fast. The decreasing pH led to a release of carbonated heavy metal, while reducing the negative charge on the soil surface and thus reduce its adsorption of heavy metals. Under the conditions of oscillation and cultivation with HCl, the contents of Cd and Zn in the bound state of carbonate-bound and Fe-Mn oxides decreased with the addition of H+; while the contents of soluble and exchangeable Cd and Zn increased. The paper concluded that reducing the pH of alkaline soil contaminated by heavy metals can increase the availability of Cd and Zn.
Key words: alkaline soil; acid buffering capability; availability of heavy metal; pH; sulfur
目 录
摘要1
关键词1
Abstract1
Key words1
引言1
1 材料与方法2
1.1 试验材料 2
1.2 土壤基本理化性质测定 2
1.3 酸缓冲性试验3
1.4 加酸培养试验3
1.5 加硫培养试验3
1.6 重金属形态分级提取试验3
1.7 数据处理4
2 结果4
2.1 土壤基本理化性质分析结果4
2.2 不同类型碱性土壤的酸缓冲性结果4
2.3 不同碱性污染土壤重金属释放结果 6
2.4 不同碱性污染土壤重金属形态分布结果 7
3 讨论10
3.1 不同类型碱性土壤的酸缓冲性及影响因素10
3.2 不同类型碱性污染土壤重金属释放机理 11
4 结论 11
5 论文不足之处与展望12
致谢12
参考文献12
1 引言 工农业的快速发展导致大量重金属等有毒有害污染物质进入土壤，严重危及生态环境、农产品质量及人体健康。 《全国土壤污染状况调查公报》显示，我国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较严重，其中耕地土壤环境质量总体状况堪忧，点位超标率为 19.4%；而污染类型则以无机污染物为主。[1]与酸性土壤相比，相同污染水平下碱性土壤中重金属的生物有效性更低，但我国碱性土壤的重金属污染问题仍不容忽视。化肥的大量施用以及大气污染导致的酸沉降增多都对碱性土壤的酸化和重金属的活化造成潜在威胁。土壤的酸缓冲性、酸化临界值、盐基离子淋失以及土壤潜在酸化引起的生态环境响应等相关问题值得关注。[2] 目前重金属污染土壤的修复技术有多种，主要包括物理、化学及生物修复，通过钝化降低重金属毒性，或增加其移动性使之从土壤中去除。[3]超积累植物吸取修复技术是生物修复技术的一种，其原理是利用超积累植物吸收土壤中的重金属并向地上部转运、积累，通过收割地上部而去除土壤中的重金属。超积累植物吸取修复技术，因其具有修复成本低、环境友好、不对土壤产生破坏等优点，适合于我国大面积重金属污染农田土壤的修复。[4]尽管超积累植物对重金属具有强的吸取和富集能力，但是由于重金属元素进入土壤后，会与土壤紧密结合，如吸附于土壤黏土矿物和铁锰氧化物，以及与土壤有机质相络合等，从而导致并非全部土壤中重金属元素都能被超积累植物高效吸收利用。尤其是碱性土壤，由于其高的 pH、有机质含量和阳离子交换能力等特点，导致土壤中的重金属元素形成氢氧化物沉淀、强吸附于土壤固相，难以释放到土壤溶液中，因此，超积累植物对碱性的重金属污染土壤的吸取修复效率较低。 调节土壤pH[5]、Eh[6]、有机质含量[7]等条件可调控土壤重金属有效性，其中降低碱性土壤pH有助于活化碱性土壤中非/难有效态重金属为植物可利用态。 体系pH降低时，土壤胶体所带负电荷减少，H+竞争作用增强，土壤中可溶性和交换态重金属含量增加。[8]张会民[9]等的研究表明，pH是影响土壤组分对Cd 吸附和解吸的重要因素之一；pH值升高，土壤对 Cd 的吸附量增大，交换态Cd 含量降低，铁锰氧化物结合态、有机质结合态和残渣态Cd含量增加。肖锦华[3]的研究表明，土壤经 HCl萃取后，大量H+可置换出重金属离子，重金属去除率高于 Na2S2O3和 CaCl 2萃取。 土壤缓冲性是降低 pH 修复碱性重金属污染土壤过程中需要考虑的重要因素，缓冲性越大，土壤 pH越稳定，不易受外加化学物质的影响。 不同土壤由于理化性质的差异，其缓冲性也不同。 目前对酸性土壤[10-11]和森林土壤[12]的缓冲性研究较多，主要采用绘制酸缓冲曲线计算酸缓冲容量或模拟酸雨淋溶的方式进行研究。已有的研究多针对同地区的土壤，其性质较为相近，研究差异较小，研究不同类型碱性污染土壤酸缓冲性对降低土壤 pH提高重金属有效性具有重要意义。 土壤中的硫氧化细菌可将外源硫氧化为硫酸根，同时释放氢离子，降低土壤的 pH；此外，在局部厌氧环境中（如根际或土壤微空隙），土壤有机质和铁锰氧化物可作为元素硫氧化的电子供体，从而释放其结合的重金属，有利于植物吸取修复重金属污染土壤。已有研究[13]表明，向污染土壤中施加硫可明显降低土壤 pH；外加硫可促进海州香薷对Cu 的吸收，提高重金属污染土壤的植物吸取修复效率。由于不同碱性土壤对酸的缓冲性能和重金属结合形态往往存在较大差异，因此通过降低碱性土壤 pH 从而提高重金属有效性的效应和机制尚需探究。目前关于硫元素对不同类型的碱性污染土壤调控效应缺乏研究；同时，元素硫对土壤重金属形态调控的相关机制和强化措施仍需探明。 本论文选取了我国不同土壤类型的碱性重金属污染土壤，探讨碱性土壤的酸缓冲性及土壤重金属的释放特征，研究土壤pH和外加硫对碱性污染土壤重金属有效性的影响；通过分析土壤中重金属的形态变化，揭示碱性污染土壤中酸和硫对重金属的活化调控机制。旨在为调控碱性重金属污染土壤修复过程、强化植物对重金属的吸收以提高修复效率提供理论依据。