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题名: 赤泥对土壤与农作物的重金属污染调控研究
作者: 李鹏
学位类别: 博士
答辩日期: 2016-05
授予单位: 中国科学院研究生院
授予地点: 北京
导师: 栾兆坤 ; 彭先佳
关键词: 赤泥,农田土壤,农作物,重金属,污染控制
其他题名: Heavy metal pollution control on farmland soil and crops by red mud amendment
学位专业: 环境工程
中文摘要:     本文针对目前环境介质尤其是农田土壤重金属污染控制需求十分迫切的现状,以不同来源氧化铝工业废渣赤泥为主要原料经过简单处理制备赤泥调控剂(RMD、HRM和  YRM赤泥调控剂分别来源于烧结法赤泥、堆场赤泥和亚熔盐赤泥),充分利用赤泥组分中 Fe2O3、Al2O3、CaO、SiO2等多种活性金属氧化物的吸附和固稳特性,将赤泥调控剂掺混土壤,通过盆栽试验种植油菜、小麦和谷子等农作物,研究该调控剂对典型农田土壤介质及常见农作物中重金属的调控效能以及对农作物的影响,实现废弃资源再生利用。为防控农田重金属的作物累积和降低重金属污染风险提供简便可行、经济有效的重金属调控材料与方法,取得如下成果:
1、确定了赤泥调控剂的表面形态特征、主要元素与矿物组成以及比表面积特征,结果表明赤泥调控剂的结构特征有利于对重金属的吸附固稳。扫描电镜和能谱分析表明,赤泥调控剂表面粗糙多孔,主要由氧、硅、钙、铁、铝、碳、镁、钛等元素组成;X射线衍射(XRD)分析表明,赤泥调控剂主要是由赤铁矿、方解石、钙铁榴石、三羟铝石等矿物组成;赤泥调控剂比表面积可达34.21m2/g。
2、掺混 0.5%~4.0%的 RMD赤泥调控剂可降低壤质砂土有效Cd含量、油菜地上部 Cd含量,且随掺混比例提高  Cd含量降幅随之增加,同时未使油菜地上部鲜重下降。无外源Cd污染土壤有效Cd含量由0.024mg/kg显著下降至 0.002mg/kg,降幅在 18.5%~90.2%;模拟 Cd污染土壤有效  Cd含量由3.39mg/kg降至1.80mg/kg,降幅为 19.0%~47.0%,掺混 4.0%调控剂使油菜地上部 Cd含量显著下降 34.8%,降幅最大。
3、掺混 0.5%~4.0%的 RMD赤泥调控剂可降低模拟   Cd污染小麦茬土壤有效 Cd含量、小麦籽粒  Cd含量和富集系数,且三者随着调控剂掺混比例提高而降低,同时存在使小麦千粒重和籽粒粗淀粉含量提高的趋势。掺混4.0%RMD赤泥调控剂使土壤有效 Cd含量由 2.08 mg/kg降至  1.29 mg/kg,最大降幅 37.9%;掺混 2.0%~4.0%赤泥调控剂使籽粒 Cd含量显著降低  26.3%~55.2%;小麦千粒重增幅在 9.2%~43.3%;籽粒粗淀粉含量随掺混比例提高呈先升高又略降低趋势,无外源Cd污染下,掺混0.5%、1.0%和2.0%赤泥调控剂使其分别显著提高23.8%、27.9%和 18.2%,模拟 Cd污染下,掺混  1.0%赤泥调控剂使其显著增加 14.1%。
4、在过量施用常规化肥时,掺混 0.4%RMD赤泥调控剂可降低油菜地上部Cd含量,还可提高油菜地上部全氮含量及  Vc含量,同时不对油菜生长产生显著影响。掺混 0.4%赤泥调控剂使油菜地上部 Cd含量与富集系数分别显著降低30.0%和  28.5%,油菜地上部生物量及根冠比并未发生显著性变化,显著提高16.5%的油菜地上部全氮含量,使油菜地上部 Vc含量提高20.9%。
5、掺混 YRM或HRM赤泥调控剂可降低污泥堆肥所带来的重金属污染风险,降低土壤有效 Hg含量、油菜植株  Cd和  Hg含量。污泥堆肥施用量为40 g/kg时,掺混 40%(调控剂:干污泥)的YRM或HRM赤泥调控剂可分别显著降低 89.7%和 24.2%的土壤有效 Hg含量;污泥堆肥施用量为40 g/kg时,掺混40%(调控剂:干污泥)YRM赤泥调控剂分别显著降低  40.1%和 13.1%的油菜植株Cd、Hg含量,掺混同比例  HRM赤泥调控剂显著降低  20.8%油菜植株 Hg含量;未施用污泥堆肥时,掺混 0.2%的 HRM、YRM赤泥调控剂还可分别提高  1.4和1.0倍油菜植株鲜重。
6、在施用 40  g/kg污泥堆肥时,掺混  YRM赤泥调控剂使谷子籽粒和茎叶As含量均显著减少,未对土壤有效  As含量、谷子株高及谷粒品质产生显著影响。掺混 1.6%~4.0%的 YRM赤泥调控剂同时降低  35.4%~39.2%的谷粒 As含量和 44.0%~55.6%的茎叶 As含量;谷子各部位  As富集系数所受赤泥调控剂影响同 As含量所受影响规律一致。
7、赤泥调控剂通过共沉淀和金属氧化物间的吸附和表面络合作用影响重金属在土壤中的活性,从而降低作物根系对重金属的吸收,也可通过保持较高水溶性 Ca,增加速效磷、钾含量促进作物吸收养分,提高作物抗重金属胁迫能力。RMD、YRM和  HRM赤泥调控剂对重金属  Cd、Hg的吸附由物理和化学吸附协同作用完成,Cd饱和吸附量分别为  10.38 mg/g、42.81  mg/g和  36.15 mg/g;溶液中较高的 Ca浓度可降低  HRM赤泥调控剂对  Cd和  Hg、YRM赤泥调控剂对Hg的吸附量;掺混≥1.6%的  YRM及   4.0%的 HRM赤泥调控剂均使土壤pH显著增加;掺混赤泥调控剂均使土壤不稳定态重金属含量有所降低;YRM赤泥调控剂能释放一定 Ca2+并利于其在根际区域吸附点位与重金属发生竞争吸附,可使土壤速效磷提高  17.6%~70.3%以增加作物抗酸碱变化能力,利于正常生长发育;掺混  HRM赤泥调控剂可使土壤速效钾显著提高并增强作物抗盐能力,缓解作物受重金属的胁迫。
内容类型: 学位论文
URI标识: http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/36880
Appears in Collections:环境水质学国家重点实验室_学位论文

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李鹏. 赤泥对土壤与农作物的重金属污染调控研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2016.
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