不同添加剂对铅冶炼污染土壤中铅镉稳定效果的研究

第32卷第7期2012年7月环　境　科　学　学　报　ActaScientiaeCircumstantiaeVol.32,No.7Jul.,2012基金项目:河南省教育厅自然科学研究计划项目(No.2011A610006)SupportedbytheNaturalScienceFoundationofBureauofEducation,HenanProvince(No.2011A610006)作者简介:李立平(1972—),男,副教授(博士),E-mail:[e-mail];∗通讯作者(责任作者)Biography:LILiping(1972—),male,associateprofessor(Ph.D.),E-mail:[e-mail];∗Correspondingauthor李立平,邢维芹,向国强,等.2012.不同添加剂对铅冶炼污染土壤中铅、镉稳定效果的研究[J].环境科学学报,32(7):1717-1724LiLP,XingWQ,XiangGQ,etal.2012.ImmobilizationofPbandCdinaleadsmeltingpollutedsoilwithdifferentamendments[J].ActaScientiaeCircumstantiae,32(7):1717-1724不同添加剂对铅冶炼污染土壤中铅、镉稳定效果的研究李立平∗,邢维芹,向国强,杨亮茹,张浩,张经纶河南工业大学化学化工学院,郑州450001收稿日期:2011-09-07　　　修回日期:2011-10-17　　　录用日期:2011-10-19摘要:为了研究铅冶炼形成的重金属复合污染石灰性土壤中重金属的稳定方法,在污染土壤(Pb、Cd含量分别为2337和21.4mg·kg-1)中分别加入磷酸二氢钾、磷酸二氢钙、石灰、盐酸、磷酸,通过盆栽试验探讨了不同添加剂对土壤重金属有效性和黑麦草(LoliumperenneL.cv.Rainbow)性状的影响.结果表明,加入石灰显著降低了土壤中DTPA-Cd含量,但对DTPA-Pb含量无显著影响;加入盐酸显著增加了土壤DTPA-Cd含量,对DTPA-Pb含量无明显影响.磷酸二氢钾、磷酸二氢钾与盐酸配合、磷酸二氢钙和磷酸均显著降低了土壤DTPA-Pb(降低幅度为39．5%~47.8%)和DTPA-Cd含量(降低幅度为10.5%~19.4%)(p0.05),且磷酸二氢钾和盐酸配合处理与单独加入磷酸二氢钾处理相比,土壤DTPA-Pb含量下降了12.6%(p0.05).磷酸二氢钾和盐酸配合处理土壤的Olsen-P含量和pH均显著低于单独加入磷酸二氢钾处理.加入石灰和盐酸处理的植物产量显著低于除对照外的其它处理,其余处理地上部产量比对照增加了100%~140%.加入盐酸显著增加了植物地上部镉含量,各处理均显著降低了植物地上部铅含量(p0.05).关键词:铅冶炼;污染;土壤;稳定;盐酸文章编号:0253-2468(2012)07-1717-08　　　中图分类号:X53　　　文献标识码:AImmobilizationofPbandCdinaleadsmeltingpollutedsoilwithdifferentamendments　LILiping∗,XINGWeiqin,XIANGGuoqiang,YANGLiangru,ZHANGHao,ZHANGJinglunSchoolofChemistryandChemicalEngineering,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001Received7September2011;　　　receivedinrevisedform17Ocotober2011;　　　accepted19October2011Abstract:ToassesstheeffectofdifferentadditivesontheimmobilizationofPbandCdinpollutedsoils,aleadsmeltingpollutedcalcareoussoil,containingenhancedPb(2337mg·kg-1)andCd(21.4mg·kg-1),wastreatedbyadditionsofpotassiumdihydrogenphosphate(PDP),calciumdihydrogenphosphate(CDP),lime,hydrochloricacidandphosphoricacid,respectively.Thetreatedsoilswerethentestedinpotexperimentofryegrass(LoliumperenneL.cv.Rainbow)andtheeffectswereevaluatedbyanalyzingtheavailabilityofPb,CdandPinthesoilsandthepropertiesofryegrassafterharvest.Theresultsweresummarizedasfollowing.AdditionoflimedecreasedtheDTPA-CdcontentwhiledidnotaffecttheDTPA-Pbcontentsignificantly(p0.05).HydrochloricacidadditionincreasedDTPA-Cdcontent(p0.05)whiledidnotaffectthecontentofDTPA-Pb.Comparedwiththecontrol,additionofPDP,PDPcombinedwithhydrochloricacid,CDPandphosphoricaciddecreasedthecontentsofbothDTPA-Pb(39.5%~47．8%)andDTPA-Cd(10.5%~19.4%)significantly(p0.05).Moreover,comparedwithPDP,additionofPDPcombinedwithhydrochloricaciddecreasedtheDTPA-Pbcontentby12.6%(p0.05),andthepHandOlsen-PcontentwerelowerwhenPDPwascombinedwithhydrochloricacid.Plantyieldswithlimeandhydrochloricacidtreatmentswereonlyslightlyhigherthanthatofthecontrol,whiletheyieldsofothertreatmentswere100%to140%higherthanthatofthecontrol.TreatmentwithhydrochloricacidimprovedtheshootCdcontentsignificantly,andallthetreatmentsdecreasedtheshootPbcontentssignificantly(p0.05).Keywords:leadsmelting;pollution;soil;immobilization;hydrochloricacid环　　境　　科　　学　　学　　报32卷1　引言(Introduction)铅、锌冶炼可造成严重的土壤重金属积累,一般情况下,这类冶炼企业附近土壤中主要是铅、锌和镉的积累比较严重(Chopinetal.,2007;Lietal.,2011).我国是世界上最大的铅生产国,铅冶炼已经造成湖南(Lietal.,2011)、广东(李永涛等,2004)、贵州(Yangetal.,2006)及北方某些地区(冉永亮等,2010)土壤重金属积累.目前,我国铅冶炼企业的粗铅平均回收率在95%左右(肖勇军等,2007),因此,铅冶炼过程会导致大量的重金属进入“三废”,造成环境重金属负荷加重.我国南方的多数铅、锌冶炼厂都是开采和冶炼相结合型的,这种冶炼厂所造成的土壤重金属污染主要来自大气沉降、废渣和尾矿的淋溶与风化(Navarroetal.,2008)、污水排放等过程,而北方地区一些铅冶炼企业的矿石主要依靠购入(李卫锋等,2009),企业生产过程不包括矿石开采,因此,土壤重金属污染仅来自企业的冶炼过程.对于以铅、锌、镉等重金属为主的多重金属复合污染土壤来说,常用的修复方法是稳定处理(Chrysochoouetal.,2007;Miretzkyetal.,2008).在各种稳定方法中,以磷酸盐及磷酸降低土壤铅有效性的效果较为明显(Brownetal.,2004;Wangetal.,2008),然而新近对磷酸盐加入铅污染土壤后土壤铅形态转化的研究表明,土壤中铅转化为氯磷酸铅类物质的比例较低(Hashimotoetal.,2009),使人们对磷酸盐稳定土壤铅的机理有了不同的理解(Liuetal.,2007;Stanfordetal.,2001).但大量研究也同时表明,加入磷酸盐后土壤铅的生物有效性大大降低,这说明对于磷酸盐对土壤铅的稳定作用,仍需要对其机理进行深入研究.磷酸盐对污染土壤铅的稳定效果受到pH的影响,一般认为,pH越低,效果越明显,因为低pH有利于难溶性磷和铅的溶解,从而促进氯磷酸铅类物质的形成(Chrysochoouetal.,2007).然而,目前对除磷酸外的其它无机酸在土壤铅稳定中的作用探讨较少.此外,在无机添加剂中,石灰也能起到降低重金属污染土壤中植物体铅含量的作用(Padmavathiammaetal.,2010).河南省是我国新兴的产铅大省,近年来铅冶炼已经造成部分地区儿童血铅超标,健康也受到影响,但对这一地区的土壤铅污染及修复研究仍较少.同时,河南省主要铅冶炼厂分布区的土壤属于石灰性土壤.因此,本文通过研究磷、石灰及无机酸等对铅冶炼形成的重金属污染的石灰性土壤中铅和镉的稳定作用,探讨不同添加剂对土壤重金属有效性和植物重金属积累的影响,以期深入了解无机酸对土壤磷、铅有效性的影响.2　材料与方法(Materialsandmethods)2.1　土壤样品的采集与处理土壤样品采集于河南省某大型铅冶炼企业附近公路边的林带内,该林带宽度约为6m,所植乔木为杨树,高度约12m,地表杂草盖度约70%.采样点距离该企业的围墙约20m,采样深度为0~15cm.土样采集后除去杂物,风干,研磨,过2mm筛,混合均匀.采用常规方法测定土壤性质,有机质含量为43.4g·kg-1,速效磷(Olsen-P)含量为32．0mg·kg-1,全Pb和全Cd含量分别为2337和21.4mg·kg-1,DTPA-Pb和DTPA-Cd含量分别为907和14.5mg·kg-1,pH(水土比为2.5∶1,mL·g-1)为7．93,电导率(EC)为0.23mS·cm-1.2.2　盆栽试验盆栽试验处理如表1所示,每处理重复4次.加入不同改良剂前先向土壤施用N(150mg·kg-1)和K(100mg·kg-1),分别以NH4NO3溶液和KCl溶液的形态加入,混合均匀.之后按表1加入不同添加剂,各添加剂均为分析纯化学试剂,配制成低浓度溶液喷洒入土壤,混合均匀.盆栽试验所用植物为多年生黑麦草(LoliumperenneL.cv.Rainbow),种子在25℃下发芽后再播种,每盆种30株,播种时每盆幼苗长势基本一致.播种后隔天用蒸馏水灌溉,使土壤含水量保持在30%.植物生长60d后收获.收获时小心地将土壤与植物分开,之后植物用自来水和蒸馏水顺序洗涤干净,晾干后分为地上部和根表1　试验处理Table1　Treatmentsintheexperiment序号添加剂用量1(CK)2KH2PO422.6mmol·kg-1,以P计3Ca(H2PO4)222.6mmol·kg-1,以P计4Ca(OH)227.0mmol·kg-15H