不同铵盐处理对重金属污染土壤的修复效果

不同铵盐处理对重金属污染土壤的修复效果

土壤污染普遍受到关注。因为土壤中的重金属可以通过食物链破坏人类的健康。修复重金属污染土壤的方法有多种,如淋滤法、客土法、吸附固定法、电化学法以及化学固定法等,但这些治理方法往往成本很高,其中化学方法还能造成二次污染。因此,目前利用植物修复重金属污染土壤的方法受到重视。最近,将植物修复和其他土壤处理方法耦合引起人们的关注,对处理严重污染导致不能生长植物的土壤或多种重金属混合污染的土壤特别有用。淋洗法多用无机酸或盐(如盐酸、硝酸、氯化钠、氯化钙等)、鳌合剂(如EDTA等)以及表面活性剂等[5~9]。本文探讨利用铵盐修复重金属污染严重的农田土壤,以了解铵盐的修复效果,为修复重金属污染土壤提供一些理论依据。1淋洗处理与过滤土壤采自受尾矿严重污染且难以生长植物的耕地土壤,质地为砂壤。土壤的Pb和Zn含量分别是741.5和1032.4mg/kg,pH值为2.1。土壤经自然风干混匀后过2mm筛后备用。试验采用不同浓度淋洗剂对土壤进行淋洗处理。采用硝酸铵、磷酸二氢铵、草酸铵3种淋洗剂,每种淋洗剂设50、150、250mmol/L等3个浓度。淋洗剂处理土壤时称取干燥过筛的200g污染土放入烧杯中,用500mL淋洗液浸泡并搅拌5min,过滤并收集滤液,再用500mL淋洗液浸泡土壤并过滤,连续淋洗3次,分别收集第1次和第3次滤液。每种浓度处理重复3次。经过淋洗处理后的土壤自然风干,然后分装进营养杯,每个营养杯播3粒玉米种子,放在光照培养箱中于28℃条件下进行光照培养25d,期间观察玉米的发芽和生长情况,收获后烘干称重。烘干后玉米植株采用硝酸和高氯酸混合酸(4∶1)消煮。植物消煮液和淋洗土壤的过滤液中的锌和铅重金属采用火焰法原子吸收分光光度计测定。消煮液的pH值和电导率分别采用带复合玻璃电极的pH计和DDP-210型便携式电导率仪进行测定。试验获得的数据采用SPSS11.5软件进行统计分析,数据表示为平均数±标准误差。2结果与分析2.1不同淋洗剂对zn的影响不同浓度淋洗剂对土壤中重金属Zn的淋洗能力不同(表1)。从表1可知,不论淋洗液的浓度如何,随着淋洗次数的增加,淋洗液中的Zn浓度下降;其中,硝酸铵和磷酸二氢铵随着浓度的升高,淋洗液中Zn浓度下降幅度也增大,但磷酸二氢铵浓度达到150mmol/L以上后,Zn浓度下降缓慢;而草酸铵处理与前两者相反,低浓度时下降幅度大,随浓度升高,下降幅度逐渐降低。从第一次淋洗液中的Zn浓度可看出,硝酸铵和磷酸二氢铵这两种淋洗剂在高、中、低浓度条件下的淋洗能力差异不大,而草酸铵则是随着淋洗液浓度的增加其淋洗能力增强。这些结果表明,不同淋洗剂及其浓度对淋洗土壤中重金属的能力有较大影响,硝酸铵和磷酸二氢铵淋洗剂受浓度的影响小,而草酸铵受浓度的影响大。不同浓度淋洗剂对土壤中重金属Pb的淋洗能力不同(表1)。随着淋洗剂淋洗次数增加,淋洗液中的Pb浓度有增加的趋势,尤其是草酸铵增加较为明显。同一浓度不同的淋洗剂其淋洗能力不同,草酸铵的淋洗能力最强,而硝酸铵和磷酸二氢铵的淋洗能力相当。随着淋洗剂浓度增加,淋洗液中的Pb浓度也增加,其中硝酸铵和磷酸二氢铵处理的增加较小,而草酸铵处理的则增加较大。这些结果表明,草酸铵对去除土壤中Pb的能力强,且随着淋洗次数增加,去除能力也随着增强。2.2淋洗剂对土壤电导率的影响不同淋洗剂处理土壤后的土壤酸碱度和电导率见表2。淋洗液pH值受淋洗剂浓度及淋洗次数影响较小,但受淋洗剂影响较大。硝酸铵淋洗液中的pH值最小,变化范围为pH3.66~3.76,磷酸二氢铵其次,变化范围为pH3.91~4.29,而草酸铵最大,变化范围为pH8.33~9.12。淋洗液的电导率随着淋洗剂浓度的增加而增加,但不同淋洗剂淋洗液的电导率不同,呈碱性的草酸铵淋洗液处理后土壤电导率最大,均显著(P<0.05)高于同浓度的硝酸铵或磷酸氢二铵处理。说明淋洗剂的酸碱性及其浓度对淋洗液电导率影响较大。2.3修复土壤对玉米生长的影响2.3.1不同浓度硝酸铵和磷酸二氢铵、水杨酸铵对发芽剂的影响本试验所使用的土壤是受到严重污染的且不能生长植物的土壤,但经过淋洗处理后,播种的玉米均能发芽(表3)。与无污染土相比,硝酸铵和磷酸二氢铵在中浓度或高浓度时,玉米发芽率较高,而草酸铵则是中浓度和低浓度时发芽率较高;硝酸铵淋洗剂在中浓度和高浓度时株高下降较小,磷酸二氢铵淋洗剂在中低浓度时株高下降较小,而草酸铵淋洗剂则是高、中、低浓度处理的株高下降均较小;在中浓度时,硝酸铵和磷酸二氢铵淋洗剂处理的单株叶片数下降较小,而草酸铵在高、中、低浓度处理时其单株叶片数下降均较小;各浓度草酸铵淋洗剂处理的单株生物量下降最小(在0.5g/株以上),硝酸铵的其次(在0.26~0.32g/株之间),而磷酸二氢铵的下降最大(在0.10~0.33g/株之间),且随处理浓度的增加而下降。这些结果说明,不同淋洗剂及其浓度修复土壤的效果不同,其中,草酸铵修复的效果最好,其次是硝酸铵。2.3.2不同淋洗剂对玉米植株zn和pb含量的影响生长于处理后土壤上的玉米,其植株中重金属含量情况见表4。不同淋洗剂处理后,植株中的重金属含量不同。不同淋洗剂处理后玉米植株的Zn含量均显著(P<0.05)高于无污染土壤植株的,其中,草酸铵不同浓度处理的植株Zn含量最低(59.12~78.32mg/kg),稍高于无污染土壤处理(34.62mg/kg),磷酸二氢铵处理的最高(129.04~233.97mg/kg),是无污染土壤植株的3.7倍以上,硝酸铵处理的居中(91.46~103.50mg/kg),其含量是无污染土壤植株的2.6倍以上。不同浓度处理对玉米植株Zn含量影响不大。这些结果表明,草酸铵修复后能降低玉米植株体内的Zn含量。从表4还可看出,虽然经过淋洗剂处理后植株体内的Pb含量仍然显著(P<0.05)高于无污染土壤植株的,但不同淋洗剂其植株体内Pb含量不同。硝酸铵淋洗剂和草酸铵淋洗剂处理的植株Pb含量受淋洗液浓度影响较小,但硝酸铵淋洗剂处理的植株Pb含量(130.02~195.85mg/kg)高于草酸铵处理的(104.62~123.85mg/kg);而高浓度磷酸二氢铵淋洗剂处理的植株Pb含量高于中、低浓度处理的,前者是后者的7.3~9.1倍,但中低浓度处理的植株的Pb含量最低(35.54~44.36mg/kg),显著(P<0.05)低于硝酸铵和草酸铵处理。这些结果表明,不同浓度硝酸铵和草酸铵处理土壤对作物体内Pb含量影响不大,而中、低浓度磷酸二氢铵处理土壤可明显降低植株中的Pb含量,但高浓度则显著提高其含量。3不同ph对淋洗剂土壤zn和pb活性的影响本试验结果表明,硝酸铵、磷酸二氢铵和草酸铵3种淋洗剂均能将土壤中的Zn和Pb淋洗出来,但草酸铵去除土壤中的Zn和Pb的能力强于硝酸铵和磷酸二氢铵,且随着浓度的增加,去除能力增强。淋洗液对土壤Pb的去除能力一般随着其酸度的增加而增加,但本试验发现,呈碱性的草酸铵淋洗液去除Pb的能力强于呈酸性的硝酸铵和磷酸二氢铵淋洗液,且随着浓度的增加,淋洗液中的电导率也增加,说明被草酸铵淋洗出来的粒子数量也越多,这可能是浓度增加,铵离子替换被土壤吸附的Pb的能力增强,同时,草酸铵水解后可产生有机酸,也促进Pb的溶解释放。有研究表明,低pH可促进土壤Zn的释放,高pH促进Pb的吸附,但本研究结果发现,不管呈酸性的硝酸铵或磷酸二氢铵,还是呈碱性的草酸铵,其去除Zn的能力均强于Pb(表1),这可能是铵盐中铵离子促进这些离子释放有关。污染严重且不能生长植物的土壤,经过淋洗剂处理后,玉米均能发芽和生长,但草酸铵修复的效果最好,其次是硝酸铵,最差为磷酸二氢铵。草酸铵能降低玉米植株体内的Zn含量,且受浓度的影响较小,这可能与其去除Zn能力强,使土壤中Zn浓度降低有