羟基磷灰石/水合硅酸钙和生物炭联合修复典型重金属污染土壤的研究

摘要

羟基磷灰石/水合硅酸钙(HAP/C-S-H)和生物炭(BC)已被证明是有效固定重金属的材料。在已有的研究中，羟基磷灰石/水合硅酸钙会给土壤环境带来过多的可溶性磷酸盐，导致P过剩，引起水体富营养化，造成二次污染，因此很有必要减少羟基磷灰石/水合硅酸钙的用量。在这项研究中，以不同比例(1/9、2/8、4/6、10/0)施用羟基磷灰石/硅酸钙水合物和生物炭联合修复单一金属污染土壤(Cd)和多金属(Pb，Cd，Cu和Zn)污染土壤。本研究的主要内容包括：采集湖南农业大学的耘园基地的种植土壤，加入不同比例的羟基磷灰石/水合硅酸钙和生物炭混合物，展开盆栽实验，分析添加各比例的修复剂，对两种污染土壤的理化性质、金属可利用性和毒性、酶活和微生物群落的影响。　　本研究结果如下：(1)土壤pH值和有效磷随着羟基磷灰石/水合硅酸钙的比例的增加而增加；水溶性有机碳随着生物炭的比例的的增大而增加。土壤pH值在添加60％生物炭+40％羟基磷灰石/水合硅酸钙(H4B6)时获得最高值。(2)由于pH值的升高，土壤修复剂显著降低了单一污染和复合污染土壤中重金属可利用性。152天后，单一污染土壤中金属Cd的可利用性含量最低。单一污染土壤中水稻的根茎叶中金属Cd的可利用性明显降低。在复合污染的土壤中，H4B6处理后显著降低了Pb和Cu的生物可利用性，但是对Zn和Cd的影响较小。(3)两种修复剂的添加降低了两种污染土壤中重金属的弱酸提取态，它们的弱酸提取态随着羟基磷灰石/水合硅酸钙比例的增大而减小。两种修复剂的添加还促进了弱酸提取态向可氧化态和残留态的转换，降低了污染土壤中的重金属毒性。(4)随着pH的增加显著降低了重金属可利用性，增强了土壤酶活，从而促进了土壤环境中微生物的新陈代谢。(5)通过高能量测序技术分析的结果表明，两种修复剂的添加能够提高土壤中微生丰度，提高群落多样性，影响群落组成结构。(6)此外，RDA分析结果表明土壤中有效的Cu，Cd，Pb和Zn对细菌群落有不利影响，增加土壤的pH有利于重金属离子的固定，从而促进微生物的生长。这些结果表明，羟基磷灰石/水合硅酸钙和生物炭在添加比为4:6时可以有效修复单金属和多金属污染的土壤。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 土壤重金属污染概述

1.1.1 重金属污染的来源和危害

1.1.2 土壤中重金属形态

1.1.3 重金属污染土壤的修复技术

1.1.4 修复剂的研究动态

1.2 磷酸盐在土壤修复过程中的应用

1.2.1 磷酸盐材料的简介

1.2.2 磷酸盐固定重金属机理

1.2.3 磷酸盐材料修复重金属污染土壤中存在的问题

1.3 生物炭在土壤修复过程中的应用

1.3.1 生物炭的制备及其理化性质

1.3.2 生物炭修复重金属污染土壤

1.4 磷酸盐联合生物炭修复重金属污染土壤

1.5 研究目的、意义和主要内容

1.5.1 研究目的和意义

1.5.2 主要内容

第 2 章 实验材料、设计与方法

2.1 实验材料

2.1.1 实验土壤的选取

2.1.2 实验材料

2.2 盆栽实验设计

2.3 样品分析方法

2.3.1 土壤理化性质的分析方法

2.3.2 重金属可利用性和形态分布的分析方法

2.3.3 土壤酶活的分析方法

2.3.4 微生物种群的分析方法

2.3.5 冗余分析方法

2.3.6 数据处理与统计

第 3 章 实验结果与讨论

3.1 两种材料联合使用对土壤重金属移动性和可利用性的影响

3.1.1 实验内容与目的

3.1.2 HAP/C-S-H 联合生物炭不同比例对土壤理化性质的影响

3.1.3 HAP/C-S-H 联合生物炭不同比例对土壤金属生物可利用性影响

3.1.4 HAP/C-S-H 联合生物炭不同比例对单一污染土壤中植物的影响

3.1.5 HAP/CSH 联合生物炭不同比例对土壤重金属形态分布的影响

3.1.6 小结

3.2 两种材料联合使用对两种土壤酶活性的影响

3.2.1 实验内容与目的

3.2.2 HAP/CSH 联合生物炭不同比例对脲酶和脱氢酶活性的影响

3.2.3 小结

3.3 两种材料联合使用对土壤中微生物种群的影响

3.3.1 实验内容与目的

3.3.2 HAP/CSH 联合生物炭不同比例对土壤中微生物种群的影响

3.3.3 小结

3.4 细菌群落结构与环境因子的关系

3.4.1 实验内容与目的

3.4.2 细菌群落结构与环境因子的关系

3.4.3 小结

结论与展望

参考文献

附录 A 攻读学位期间发表的论文目录

附录 B 攻读学位期间所申请和授权的发明专利

附录 C 攻读学位期间所参与的研究课题

致 谢