改性矾浆降低水稻土中镉生物有效性的机制研究

The adsorption mechanism of passivator is one of the most important factors affecting in-situ heavy metal remediation technology successful or not. The investigations on remediation for cadmium contaminated soil using alum plasma are fairly insufficient so far. To enhance the ability of alum plasma in immobilizing Cd, we modified alum plasma. In this study, base on adsorption/leaching experiment, soil culture experiment and field micro-plot trials, simultaneously combined with the advanced instruments such as X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), scanning/transmission electron microscopy- energy spectrum, fourier transform infrared spectrum, TCLP and continuous extraction technology, we will be carried out to investigate that (ⅰ) the effectiveness of alum plasma in immobilizing Cd in contaminated soils; (ⅱ) the migration and transformation regularity of Cd in plants and rhizosphere soil are influenced by alum plasma; (ⅲ) the mechanism of alum plasma for affecting the bioavailability of Cd in the soil. This study can provide new knowledge on the chemical behavior of Cd in soils, which will be an important theoretical significance for developing the remediation of Cd contaminated soil．

钝化剂对重金属的吸附、固定和生物有效性的调控机理是污染土壤原位修复成功与否的重要基础。矾浆具有微孔道结构和离子吸附性能，对重金属具有很强的固定能力，表现出较好的钝化修复潜力。迄今，矾浆应用于修复Cd污染土壤的报道甚少，且矾浆对Cd迁移转化规律及降低Cd的生物有效性机制不明确。本研究以五种矾浆（纳米改性、酸改性、碱改性、焙烧改性和原矾浆）为钝化剂，拟采用等温吸附/解吸、土柱淋洗、土培试验和大田微区相结合的试验方法，利用X-射线光电子能谱、傅立叶变换红外光谱和毒性淋溶等技术，结合连续提取技术，从微观结构表征矾浆矿物学特征和添加钝化剂前后Cd元素在土壤颗粒中分布及赋存形态。探索矾浆固定Cd的效率及释放潜能，明确矾浆对土壤中Cd迁移转化规律及影响因子，揭示矾浆降低土壤Cd生物有效性的深层机制，为我国大面积Cd污染农田的原位钝化修复提供理论材料和理论依据。

原位钝化修复技术是针对大面积、低浓度重金属污染农田安全生产行之有效的办法，本项目以矾浆为原材料，制备热碱改性矾浆、热酸改性矾浆、巯基化矾浆和高温焙烧矾浆，并通过等温吸附、土柱淋洗与土培及盆栽的试验方法，研究改性矾浆在不同pH、不同添加量和不同老化时间等条件下对土壤中重金属Cd和Pb的吸附特征差异规律；结合红外光谱分析等手段探讨不同改性矾浆表面性质差异和对Cd和Pb的迁移动力学特征规律影响，筛选出最优改性矾浆。研究结果表明，热碱改性后的矾浆钝化效果显著优于其它改性方法，添加量在0.2%~0.5%区间的处理，可使土壤中可交换态Cd降低26.4%～48.6%，可交换态Pb降低25.4%～65.1%。随着添加剂浓度的增加，可交换态Cd和Pb的含量随之降低；而且，热碱改性矾浆对Cd和Pb的钝化效果较为稳定，盆栽试验和田间试验结果表明，施加热碱改性矾浆够降低作物对Cd和Pb的吸收和累积，因此，利用热碱改性矾浆修复低度重金属Cd和Pb污染土壤是可行的，本项目的试验结果为低度Cd和Pb污染农田原位钝化修复技术提供了理论依据。本项目研究成果已经发表第一标注SCI论文2篇，授权发明专利1项，授权实用新型专利1项，所获得的试验数据还有部分在进一步整理和撰稿中，拟可再投2篇论文，已完成项目规定的全部研究目标。