粘土矿物/堆肥污泥与铁锰氧化菌对农田土壤重金属的修复研究

作     者：武艺 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王胜利

授予年度：2021年

学科分类：12[管理学] 1204[管理学-公共管理] 082803[工学-农业生物环境与能源工程] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 120405[管理学-土地资源管理] 

主      题：粘土矿物 堆肥污泥 铁锰氧化菌 形态分布 生物有效性 

摘      要：土壤重金属污染具有区域性、特殊性和复杂性。近几年,随着土壤和农作物污染事件的不断频发,重金属污染土壤的修复已成为环境科学与工程领域研究的热点。白银市城郊农田土壤有着长达50多年污水灌溉史,土壤中重金属含量严重超标,严重威胁着当地农作物质量和人体健康的安全。因此,急需寻求合适的修复方案来解决该区域土壤重金属污染问题。本研究以民勤村农田土壤为研究对象,利用粘土矿物(黄土、临泽凹凸棒(L-ATP)和白银凹凸棒(B-ATP))、堆肥污泥和两种铁锰氧化菌(Pseudomonas taiwanensis(P4)和Pseudomonas plecoglossicida(G1))对土壤重金属进行钝化修复研究,通过盆栽试验探讨粘土矿物/堆肥污泥以及微生物负载材料对土壤重金属形态分布和生物有效性的影响;通过培养实验和成矿实验探讨微生物的适用性和去除重金属的机制。其主要的研究结果如下:(1)黄土、凹凸棒和堆肥污泥对重金属钝化的效果取决于钝化剂的性质,重金属和提取剂的类型。相对于凹凸棒和堆肥污泥,黄土在降低土壤重金属生物有效性和促进上海青发芽方面最为安全。就上海青生长状况而言,四种钝化剂的最佳投加比在5%～10%范围内。DTPA作为提取剂可以同时预测钝化后土壤中As、Cd、Pb、Cu和Zn的生物有效性。P4/G1负载材料有利于降低土壤重金属的生物有效性含量。土壤理化性质的改变对重金属有效态含量起控制作用。(2)适合P4和G1生长的外界条件为pH为5～9,盐度4%和温度为20℃～30℃。P4和G1具有较高的重金属耐受能力,特别是As(Ⅴ)。P4和G1通过氧化Fe(Ⅱ)和Mn(Ⅱ)产生不规则无定形的铁锰矿物,其矿物组分有利于As、Pb、Cd和Zn的去除,而微生物组分有利于Cu和Cd的去除。(3)对于P4/G1钝化土壤而言,Fe(Ⅱ)、Mn(Ⅱ)和有机质的添加有利于P4和G1钝化土壤As,最佳的投加量分别为400 mg kg,40 mg kg和5%。两种微生物对于土壤重金属钝化的差异很小。(4)粘土矿物、堆肥污泥以及微生物负载材料可以促进土壤中As、Cd、Pb和Cu不稳定态向稳定态转化。但是堆肥污泥和凹凸棒也可能促进碳酸盐结合态Cd向可交换态Cd转换。P4和G1显著增加铁锰氧化态As、交换态Cd、碳酸盐结合态Pb和残渣态Cu的含量。但是P4/G1负载粘土矿物/堆肥污泥促进土壤中交换态As和碳酸盐结合态As向残渣态As转化,其中5%堆肥污泥负载P4效果最佳。5%B-ATP负载G1显著降低了交换态Cd和Pb含量,增加了碳酸盐结合态Cd和Pb含量。几种处理方式对土壤中Zn的形态变化影响较小。