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不同修复措施对污染土壤砷形态分布及土壤理化性质的影响

2019-12-27 319 上传者：管理员

摘要：在开展的对淋洗处理、稳定化处理与生物修复处理后的砷污染土壤试验研究中，发现了不同修复措施对土壤有机质含量、土壤砷总量、土壤水稳性团聚体含量、砷形态及分布、土壤呼吸强度、土壤CEC、土壤速效氮含量、土壤速效钾含量与土壤速效磷含量的影响。结果表明：淋洗处理和生物修复处理可明显减少土壤总砷含量，稳定化处理并未明显减少壤中总砷含量。稳定化处理和淋洗处理让土壤速效氮含量、土壤水稳性团聚体含量、土壤呼吸强度、土壤CEC、土壤速效钾含量与土壤速效磷含量显著降低，生物修复使得土壤呼吸强度、土壤CEC、土壤速效氮含量、土壤水稳性团聚体含量、土壤速效钾含量与土壤速效磷含量明显增加。

关键词：
土壤
土壤理化性质
形态分布
砷污染
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砷污染在我国不仅范围广，污染程度深而且危害严重，砷污染治理已经成当前环境治理的当务之急，其治理技术是环境科学领域关注的焦点问题之一^[1]。土壤砷污染对人体健康和生态安全都存在着极大威胁^[2]，美国环境保护署把砷定为表土污染的五大有害元素之一。目前国内对于土壤砷污染常用的治理技术有：稳定化技术、淋洗技术与生物修复技术。淋洗技术是将淋洗剂注入到污染土壤或沉积物中，以清洗土壤中的污染物^[3]。稳定化技术是通过物理或化学的方法将土壤中的有害污染物固定起来，或者将污染物转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散，降低污染物质的毒害程度。生物修复技术是利用自然生长或遗传培育的植物、微生物修复重金属污染土壤^[4]。根据2000年美国国家环保局的报告，在600多个政府资助的场地修复示范工程中，23.2%的项目采用稳定化技术，4.2%的项目采用了土壤淋洗技术，6.4%的项目采用生物修复技术。目前对于土壤砷污染修复的研究主要偏重于技术效果及环境达标状况，对于修复后土壤理化形状及生物学形状的研究较少。笔者探索了不同修复技术对砷污染土壤理化性质的影响，以期为污染土壤修复技术优化与修复后污染土壤的资源化利用提供参考。

1、材料与方法

1.1 供试材料：供试土壤来源于江西赣州某遗留冶炼厂。供试土壤处理后砷浸出结果及土壤理化性质见表1供试土壤砷浸出结果及土壤理化性质。

1.2 试验设计：试验共设置4个处理，每处理3个重复，试验设计处理见表2试验设计处理。

1.3 分析测定方法：有机质含量的测定采用重铬酸钾容量法；土壤呼吸强度测定采用森林土壤呼吸强度测定标准；水稳性团聚体采用湿筛法；速效氮测定采用碱解扩散法；速效磷测定采用碳酸氢铵浸提钼锑抗比色法；速效钾测定采用火焰分光光度计法；土壤砷总含量测定采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法。土壤总砷水浸采用《固体废物浸出毒性浸出方法-水平振荡法》（HJ557—2009）；土壤总砷酸浸采用《固体废物-浸出毒性浸出方法-硫酸硝酸法》（HJT299—2007）。

1.4 数据分析方法：所有数据采用Excel软件处理，多重比较统计分析由SAS8.0数据统计软件完成。分析时，平均值比较采用最小显著差法（Least Significant Different，LSD），处理之间的显著性水平P<0.05。

2、结果与分析

2.1 不同处理对土壤总砷含量的影响不同：处理对土壤总砷含量的影响结果见表3不同处理土壤总砷含量。结果显示，B处理方式并未显著性降低土壤总砷含量；C处理土壤总砷含量平均值由3267.89mg/kg降至980.6mg/kg，降低了70.01%，差异显著；D处理后土壤总砷含量平均值由3267.89mg/kg降至2655.49mg/kg，降低了18.74%，差异显著。

2.2 不同处理对土壤砷形态分布的影响：不同处理土壤中不同形态砷占土壤总砷百分比情况见表4。结果显示，B处理与C处理松散结合态砷在土壤总砷占比显著降低，其可能与稳定化剂与淋洗剂的作用有关。稳定化剂将松散结合态砷转化成其他形态砷，淋洗剂将松散结合态砷从土壤中淋洗至淋洗液。D处理松散结合态砷、铝砷结合态砷、铁砷结合态砷与残渣态砷在土壤总砷占比显著升高，钙砷结合态砷在土壤总砷占比显著降低。

2.3 不同处理对土壤有机质含量的影响表4不同形态砷占土壤总砷含量百分比处理：不同处理对土壤有机质含量的影响见表5不同处理土壤有机质含量。结果显示，B处理有机质含量平均值由6.92g/kg降低至6.51g/kg，降低了5.92%；C处理、D处理并未对土壤有机质含量造成显著影响。

2.4 不同处理土壤呼吸强度的影响：土壤呼吸强度是土壤熟化程度的重要指标，是土壤物理、化学与生物学性状的综合体现，更能直观的反映出土壤微生物活性与酶活性状况。结果显示，B处理土壤呼吸强度平均值由7.60mg/(kg·24h)降低至1.08mg/(kg·24h)，降低了85.79%；C处理土壤呼吸强度平均值由7.60mg/(kg·24h)降低至4.01mg/(kg·24h)，降低了47.24%；D处理土壤呼吸强度平均值由7.60mg/(kg·24h)升高至10.51mg/(kg·24h)，提高了38.29%。表明稳定化处理与淋洗处理显著降低了土壤的呼吸强度，而生物修复技术则显著提高了土壤的呼吸强度。

2.5 不同处理对土壤水稳性土壤团聚体的影响：不同处理土壤水稳性团聚体含量情况见表7不同处理土壤水稳性团聚体含量。水稳性土壤团聚体反映了土壤物理质量状况水平，是土壤结构稳定性的关键性指标之一。结果表明，B处理与C处理显著降低了土壤水稳性团聚体含量，D处理著提高了土壤水稳性团聚体含量。B处理与C处理使得土壤水稳性团聚体含量平均值由9.89%降低至3.22%与5.04%，分别降低了6.77%与4.85%。D处理使得土壤水稳性团聚体含量平均值由9.89%提高至10.96%，提高了0.91%。结果还显示，D处理对0~60cm的表层土壤电导率提升有显著性作用，其中，0~30cm与30~60cm土壤水稳性团聚体含量分别提高2.07%与1.70%。

2.6 不同处理对土壤CEC的影响：不同处理土壤CEC情况见表8不同处理土壤CEC。土壤CEC是土壤肥力状况及土壤保肥能力的重要指标。结果表明，B处理与C处理显著降低了土壤CEC，D处理并未对土壤CEC产生显著影响。B处理与C处理使得土壤CEC平均值由31.17cmol/kg分别降低至28.78cmol/kg、29.75cmol/kg，分别降低了7.67%、4.56%。

2.7 不同处理对土壤速效氮含量影响：不同处理土壤速效氮含量情况见表9不同处理土壤速效氮含量。结果表明，B处理与C处理显著降低了土壤速效氮含量，D处理显著提高了土壤速效氮含量。B处理与C处理使得土壤速效氮含量平均值由23.03mg/kg分别降低至7.01与11.98mg/kg，分别降低了69.56%与47.98%。D处理使得土壤速效氮含量平均值由23.03mg/kg提高至30.71mg/kg，提高了33.35%。

2.8 不同处理对土壤速效钾含量影响：不同处理土壤速效钾含量情况见表10不同处理土壤速效钾含量。速效钾含量是表征土壤钾素供应状况的重要指标之一。结果表明，B处理与C处理显著降低了土壤速效钾含量。B处理与C处理使得土壤速效钾含量平均值由286.67mg/kg分别降低至105.47与42.57mg/kg，分别降低了63.21%与85.15%。

2.9 不同处理对土壤速效磷含量影响：不同处理土壤速效磷含量情况见表11不同处理土壤速效磷含量。结果表明，B处理与C处理显著降低了土壤的速效磷含量，D处理显著提高了土壤速效磷含量。B处理与C处理使得土壤速效磷含量平均值由16.34mg/kg分别降至2.16mg/kg与4.09mg/kg，分别降低了86.78%与74.97%。D处理使得土壤速效氮含量平均值由16.34mg/kg提高至17.81mg/kg，提高了9.00%。

3、结论与讨论

从研究结果看，稳定化处理并未降低土壤中总砷含量，稳定化技术通过向土壤中添加稳定化剂，稳定化剂使得土壤中砷的存在形态发生改变[5-6]，有效降低土壤总砷的水浸与酸浸浓度[7]；淋洗处理与生物修复处理可显著性降低土壤总砷含量，淋洗处理通过淋洗液将土壤中砷从土壤中去除[8]，生物修复措施通过多年植物富集将土壤中砷转移至植物体[9]，实现土壤砷浓度降低。稳定化处理与淋洗处理使得土壤呼吸强度、土壤水稳性团聚体含量、土壤CEC、土壤速效氮含量、土壤速效钾含量与土壤速效磷含量等土壤理化参数显著性变化，其可能与稳定化剂与淋洗剂的作用有关，稳定化剂与淋洗剂对土壤作用，使得土壤理化性质发生变化。生物修复使得土壤呼吸强度、土壤水稳性团聚体含量、土壤CEC、土壤速效氮含量、土壤速效钾含量与土壤速效磷含量等指标显著性变化，其可能与添加的菌剂与种植的植物有关，通过微生物活动、微生物分泌物、植物根系活动及根系分泌物等作用[10]，使得土壤理化性质发生变化。因此，对于具备良好理化性能与生物学形状同时受治理周期限制较小的污染土壤，建议采用生物修复措施进行修复；对于具备良好理化性能与生物学形状同时受治理周期限制较大的污染土壤，建议采用淋洗处理措施进行修复，修复后的土壤结合土壤培肥措施逐步恢复土壤肥力；对于修复后不具备或难具备再利用价值的污染土壤，建议采用稳定化技术进行处理。

参考文献：

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[7]王浩,潘利祥,张翔宇,等.复合稳定剂对砷污染土壤的稳定研究[J].环境科学,2013,34(9):3587-3594.

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[9]李海燕,熊帜,李欣亚,等.植物-微生物联合修复重金属污染土壤研究进展[J].昆明理工大学学报(自然科学版),2017,42(3):81-88.

[10]李韵诗,冯冲凌,吴晓芙,等.重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展[J].生态学报,2015,35(20):6881-6890.

卜庆国,李朝晖,张姣,等.不同修复措施对污染土壤砷形态分布及土壤理化性质的影响[J].湖南农业科学,2019,(3):40-43.