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简述腐植酸在土壤重金属污染修复中的作用pdf

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  2016年第6期 腐植酸 专题评述j荔: 简述腐植酸在土壤重金属污染修复中的感化 马献发李伟彤盂庆峰周连仁李 莎田志会夏金龙徐嘉萍凌超 (东北农业大学资本与情况学院哈尔滨150030) 摘 要;近年来,土壤重金属污染修复不断是研究的热点和难点。腐植酸作为土壤中主要的无机物质,因其特殊 的布局和性质,在土壤重金属污染修复中起了极其主要的感化。从腐植酸的构成及布局入手,对土壤重金属污染 现有的修复手艺、腐植酸对土壤重金属污染修复结果及修复机理等方面进行综述,并对腐植酸修复土壤重金属污 染的将来研究标的目的进行了瞻望。 环节词:腐植酸重金属污染土壤修复 671—921 中图分类号:TQ314.1,X53文献标识码:A 文章编号:1 2(2016)06—0003—06 TheRemediationEfiectof MetalsContaminatedSolJ HumicAcid Heavy by Ma Chao Xianfa,LiWeitong,Meng Lianren,LiSha,TianZhihui,Xia Qingfeng,Zhou Jinlong,XuJiaping,Ling and ofResources (School Environment,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin,150030) Abstract:Inrecent metalscontaminatedsoilremediationhasbeenahotanddifficultresearch years,heavy topic.As the in all in matter acid role metalscontaminatedsoil importantorganic soil,humicplaysimportantremediatingheavy becau搜索引擎优化fits structureand this onthe andstructureofhumic special properties.Inpaper,basedcomposition acid, metalscontaminatedsoilsremediation effectandmechanismofhumicacidonthe metals heavy technology,the heavy soils were futureresearchdirectionofhumicacidonsoil contaminatedremediationreviewed.In addition,the heavy metalscontaminatedsoilsremediationwasdiscussed. words:humic metal;contaminatedsoil;remediation Key acid;heavy 当前,我河山壤重金属污染严峻。据报道,受 建议,以期为腐植酸在修复土壤重金属污染方面 镉(Cd)、砷(As)、铬(Cr)、铅(Pb)等重金属污染的更好地使用供给参考。 耕地面积近2000万公顷,约占总耕地面积的1/5, 严峻影响耕地质量、食物平安和人类健康…。如 1 土壤重金属污染及修复手艺研究 何修复重金属污染土壤成为当务之急。腐植酸作 为一种天然物质,具有改良土壤、提高肥料操纵 1.1土壤重金属污染的概念 率、加强动物抗逆能力和刺冲动物发展的感化B1。 土壤重金属污染是指因为人类勾当使重金属 特别在改良土壤方面,腐植酸可以或许与土壤重金属 在土壤中的累积量较着高于土壤情况布景值或土 发生离子互换、吸附、络(螯)合等感化【31,降低土 壤情况质量尺度,以致土壤情况质量下降和农田 壤重金属活性,削减土壤中无效重金属含量,从 生态情况恶化的现象HJ。 而达到修复土壤重金属污染的目标。本文环绕土 1.2土壤重金属污染的类型及来历 壤重金属污染修复手艺,重点对腐植酸修复土壤 污染土壤的重金属次要包罗汞(Hg)、Cd、 P 重金属污染的机理和结果进行综述,并提出了3A b、Ctin类金属As等生物毒性显著的元素,以及 [基金项目]黑龙江省教育厅科学手艺研究项目(项目编号】254】04S)。 1—16 5--1 【收稿日期]201 6;5.c.,orll。 【作者简介】马献发,男,1978年生,善4传授,次要处置土壤肥料与土壤修复研究,E-mall:rnxf7856@1 3 万方数据 :翳专题评述 腐植酸 2016年第6期 刀■≈魈丌也 问题。反过来,水体和大气污染也会导致土壤表 有必然毒性的镍(Ni)、锌(Zn)、铜(cu)等元素。土 壤重金属污染元素中,Cd元素发生污染的概率最 层重金属富集。所以应出格留意防止重金属污染 土壤。 高,为25.20%;Ni和Hg元素的污染概率次之, 别离为5.17%lD3.31%;As币DPb元素发生污染的1。4土壤重金属污染的修复手艺 目前,修复土壤重金属污染次要有以下3种途 概率再次,别离为0.92%和0.72%;Zn、Cr矛DCu 元素发生污染的概率较小b1。情况庇护部和河山资 径。一是改变重金属在土壤中的具有形态,降低 其在情况中的迁徙性和生物可操纵性;二是操纵 源部于2014年4月17日发布的《全河山壤污染情况 生物或工程手艺方式,从土壤中去除重金属;三 查询拜访公报》显示:Cd、Ha、As、Cu、Pb、Cr、 Zn、Ni8种无机污染物点位超标率别离为7.O%、 是改变种植轨制,避免重金属通过食物链影响生 物和人体健剧剐。具体的办法为物理化学修复、生 1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、 4.8%。 物修复和农艺办法等。 土壤重金属污染次要来自农药、废水、污泥 物理化学修复次要包罗化学固剖卜111、土壤 和大气沉降等,如Hg次要来自含Hg工业废水, 淋洗n2,13、热脱附‘14】、电动修劐15’161等。化学固 Cd、Pb次要来自冶炼排放和汽车废气沉降,As则定是一种现阶段土壤修复的次要使用手艺,该技 次要来自被大量利用的杀虫剂、杀菌剂、杀鼠剂 术操作简单、收效快,但有些化学固定剂选择不 和除草剂。别的,在重金属的开采、冶炼、加工 当,会对土壤粉碎较为严峻,形成土壤中必需的 过程中,因办理不严和操作不规范形成不少重金 养分元素发生沉淀,导致微量元素缺乏等,且其 持久性和无效性以及对生态系统的影响也未知。 属(女HPb、Hg、Cd等)进入大气、水、土壤,惹起 严峻的情况污染。 土壤淋洗、热脱附、电动修复等手艺投资成本 1.3土壤重金属污染的风险 高、耗能多,容易导致土壤布局粉碎、生物活性 跟着各类重金属元素在土壤中富集,会对土 下降和土壤肥力退化,现实操作较为复杂,很难 壤动物的保存繁殖形成严峻要挟,且重金属污染 大规模处置污染土壤。 程度分歧,对土壤动物形成风险具有差别。土壤 生物修复次要包罗动物修复u7,18】、微生物修 复n 动物群落的构成与数量跟着污染的加重变化或减 9’2刚和动物修复乜1’221。生物修复具有成本低, 少;在重度污染的土壤中,劣势类群与常见类群 适宜于大规模修复的长处,属于真正意义上的绿 的品种较着削减;重金属污染导致土壤动物群落 色修复手艺,正遭到越来越多人的关心。可是, 的多样性指数、平均性指数、密度类群指数等呈 生物只能对特定的重金属起感化,而且需要特定 现削减的趋向俐。 发展情况,修复时间相对较长。 土壤重金属过量可惹起动物心理功能紊乱、 增施无机肥作为一种主要的农艺办法,不只 养分失调。如Cd、Hg等元素在作物籽实中富集系能够培肥土壤,并且能够影响重金属在土壤中的 数较高,即跨越食物卫生尺度。此外,Hg、As能形态及动物对其的接收。因为无机肥在矿化过程 削弱和抑止土壤中硝化、氨化细菌勾当,影响氮 中释放养分,同时合成的腐植酸组分会降低重金 素供应。重金属污染物在土壤中挪动性很小,不 属的挪动性和生物无效性123I。虽然鼎力倡导施用 易随水淋滤,不为微生物降解,通过食物链进入 无机肥,但因为无机肥源少,需要堆沤后施用, 人体后,潜在风险极大【”。 而且需要大量人力和机械等要素,限制着无机肥 土壤遭到重金属污染后还可导致水、大气等 的大面积使用。来历于风化煤、褐煤及无机物料 生态情况问题。例如,重金属含量较高的污染表 提取的腐植酸,是土壤无机质的次要成分,是优 土易在风力和水力的感化下别离进入到大气和水 良的土壤改良齐J124。工业化操纵腐植酸来管理重 体中,导致大气、水污染和生态系统退化等生态 金属污染土壤具有操作简单、取材便利、无效期 4 万方数据 2016年第6期 腐植酸 专题评述j器: 长、经济_口r靠等长处。 蒋煜峰等研究发觉,在土壤中插手腐植酸nJ-以降 低可溶态重金属含量,添加碳酸盐连系态、氧化 2腐植酸修复土壤重金属污染的机理 物连系态的含量,使无机连系态的Cup、CdH、 Zn斗、Pbl+含量降低【1…,从而降低这些重金属离子 2。1腐植酸对土壤重金属的吸附感化 在土壤中的活性、毒性以及生物可操纵性。邹德 腐植酸对土壤重金属的吸附感化按其吸附机 乙研究表白,在土壤氧化还原电位大于0.7V的条 理可分为离子互换吸附、络(螯)合吸附、专性吸 件下,腐植酸呈现电子赐与体的还原感化,使重 附(选择吸附)等形式。腐植酸作为一种大分子量 金属由氧化态变为还原态,可使高价态重金属离 的带负电荷的胶体,其阳离子互换(CEC)大,表子转化为低价态,削减以氧化态或高价重金属盐 面吸附离子易与土壤溶液中重金属阳离子发生离 形态的沉淀【30J。王学峰等研究发觉,腐植酸能使土 子互换,构成离子互换吸附。腐植酸含有大量含 壤中Cd、Ni、Zn可互换态和碳酸盐连系态逐步减 氧功能团,可与重金属阳离子螫合,构成络(螯) 少,Cd、Ni、Znil9无机连系态均不竭添加;并随 合吸附;一般腐植酸与重金属离子络(螯)合后显 着腐植酸用量的添加,重金属的生物活性降低”“。 正电性,一J.与带负电荷的土壤胶体概况发生静电 李雪梅研究发觉,腐植酸对土壤Hg形态和活性的 吸附,从而加强对重金属的吸附能力。Ladonin;}[1影响因腐植酸形态和土壤类型分歧而异旧引。何雨 Margolina研究发觉,腐植酸对金属离子的吸附能帆等研究表白,黄腐酸的络合容量大,具有丰硕 力大小为f’bCUZnCd,此次要是由于腐植的吸持位点,较易使难解吸态的Cd向活性高的可 酸特定的布局和官能团导致其对分歧金属离子吸 溶无机络合态转化口引。 附能力具有差别E“。张彩凤等研究发觉,腐植酸 2.4腐植酸对重金属淋洗的影响 对Pb外、Nr吸附机能优于CF叶,出格是不溶性腐 腐植酸作为天然无机酸,是一种比力好的天 植酸在水处置的pH范畴内(近中性前提)对PbH、然淋洗剂。单瑞娟等通过研究腐植酸对土壤重金 N产的吸附极佳且吸附率不变E川。王亚军等通过在 属Cd的淋溶结果及吸附解吸机制表白,腐植酸的 污染土壤中插手腐植酸,改变了有毒CP+的吸附比 用量分歧导致土壤淋溶液中Cd含量分歧,淋溶液 率,从而对土壤起到净化感化【1“。可见,腐植酸 中Cd含量并不随土壤腐植酸用量的添加而削减, 对分歧重金属离子的吸附能力差别较大,同时受 而是当腐植酸的用量达到必然浓度时,淋溶液中 C i污 腐植酸品种、情况前提(例如pH)等的影响。 d含量削减趋稳b4。刘峙嵘等对腐植酸修复N 2.2腐植酸对重金属的钝化感化 染土壤的尝试表白,腐植酸对Nr洗脱率较大,洗 3/min, 腐植酸对重金属的钝化感化次要是由于腐 脱速度较快,洗脱速度常数为27.5×10 植酸含有多种功能基团,如醇羟基、酚羟基、羧 与动力学一级方程相拟合”“。 基、甲氧基、酮、醛、醚等,这使得腐植酸具有 较高的反映活性,能与重金属离子发生感化,形 3腐植酸修复土壤重金属污染的结果 成的吸附物和无机一金属络合物具有较高的不变 性,重金属离子的迁徙转化和生物活性被减弱口川。 3.1腐植酸降低土壤重金属含量 蒋煜峰等研究发觉,在污灌土壤中添加腐植酸可 腐植酸对土壤中重金属通过吸附、络(螯)合、 以改变土壤对重金属分歧形态的吸持能力,较着 离子互换等物理化学感化,能够改变其无效性, 降低重金属在土壤中的流动性、活性和生物可利 降低土壤中重金属含量。然而,因为分歧组分、 用性‘29。 分歧来历、分歧添加量等要素影响,腐植酸对土 2.3腐植酸对重金属赋存形态的影响 壤重金属吸附感化及结果影响分歧。 腐植酸可以或许改变土壤中重金属的具有形态。 5 万方数据 :臻专题评述 腐植酸 2016年第6期 J步■々魁计您 上吸附的影响,证明螯合感化和离子互换感化提高 对Pb、Cd的富集,将Pb、Cd阻滞于秆中,以致 了的Cu2+fHPb2+吸附感化b6]。Chen等调查了活性炭稻米CdN量合适限量尺度H制。李奔研究表白,腐 b、C 对CU2+和腐植酸的吸附感化,发觉腐植酸的具有使 植酸液肥能削减苋菜对P d的富集量,并将部 Cu2_的吸附量提高了15%b“。Lai等也报道了腐植酸分Pb、Cd无效地阻滞于根部H5。任学军等通过腐 会推进负载铁的砂粒对CU2+和Pb”的吸附旧8l。于红植酸钠对Cd勒迫小白菜生物效应的研究得出,不 艳等研究发觉,在固体烧毁物拆解地重金属污染 同程度Cd勒迫土壤中施用腐植酸钠能够无效降低 土壤中插手分歧用量的滩涂泥提取的腐植酸,污 土壤中无效态Cd含量,且随腐植酸钠施肥量的增 染土壤中的水溶态和无效态重金属CU、Zn、Pb、加,其无效态Cd含量较着下降,表白重金属Cd Ni的含量均较着下降。当100 g土样中插手30mg腐 元素的生物无效性较着遭到抑止,随Cd勒迫程度 植酸时,腐植酸对污染土壤中水溶态重金属Zn、 加重,腐植酸钠无效缓解动物接收重金属的感化 Cu、Pb、Ni的去除率别离为38.6%、50.9%、削弱【46。陈宏等研究表白,土壤插手腐植酸后, 45.5%、23.9%,对无效态重金属Zn、Cu、Pb、Pb、Hg在莴苣体内的含量逐步降低,当插手量为 Ni的去除率别离为28.9%、64.7%、31.0%、 2.67 g/kg时,动物体内Pb、Hg显著降低M“。但 53.5%【3 9。张丽洁等研究发觉,在风化煤添加量为 也可通过动物无效富集土壤中的重金属,通过植 80 g/kg时,土壤无效态Zn的含量降低了37.22%, 物的接收达到修复管理重金属污染的目标。在李 土壤无效态Cu的含量降低了31.22%【40。武瑞平研 静等的研究中Cd污染土壤中施加腐植酸不单没有 究发觉,在250mg/kgPb污染土壤中施用0.50%抑止感化,反而会推进Cd向动物体内迁徙。对于 风化煤腐植酸、PH=4.5模仿酸雨淋溶前提下,表这种环境,可操纵蔬菜出产的间歇期,通过施加 层土壤无效态Pb含量显著降低31.7%H¨。张彩凤 腐植酸来推进Cd向修复动物体内迁徙,以达到降 等研究发觉,泥炭中提取的腐植酸对Pb2+、Ni2+的低土壤中Cd含量的目标H圳。 吸附率别离高达97.46%、97.43%,对Cr6+的吸附 率达到43.15%u…。 4瞻望与建议 3.2腐植酸影响土壤重金属生物无效性 重金属的生物无效性指重金属能被生物接收 操纵腐植酸类物质来修复重金属污染土壤, 或对生物发生迫害的性状,可由间接的毒性数据 不只原材料来历普遍、价钱低廉,并且管理结果 或生物体浓度数据评价,它与污染物的具有形态 好H9。此后,操纵腐植酸修复重金属污染土壤将 有间接关系。分歧形态的重金属释放的难易程度 更为人类所关心,研究也会愈加深化。 分歧,生物可操纵性也分歧M2I。一般来说,可交 为了能更好地阐扬腐植酸在土壤重金属污染 换态的重金属在中性前提下易于为生物操纵;碳 修复中的感化,特建议从以下3个方面开展进一步 酸盐连系态重金属在酸性前提下可以或许发生挪动, 研究。 转化为无效态。铁锰氧化态可在还原前提下释 (1)腐植酸布局与重金属活度之间的关系,尤 放;无机物连系态释放过程迟缓,而残渣态重金 其是腐植酸官能团吸附重金属的机理,成立二者 属与堆积物连系最安稳,活性最小,无效性也最 之间的定量关系,为定向研发腐植酸产物供给理 小。腐植酸可与土壤重金属离子发生各类物理化 论指点。 学反映,改变重金属离子生物无效性,削减其对 (2)针对分歧污染土壤的重金属来历、土壤条 动物及人类的危险H引。 件、栽培动物等要素的分歧,定向研发功能性产 通过施用腐植酸,能够阻断土壤重金属进入 品,提高污染土壤修复率。 动物体,特别是抑止重金属可食部门(例如籽粒) (3)成立腐植酸修复重金属污染相关手艺规范 的累积。陈磊研究表白,腐植酸液肥可削减稻米 及尺度。 6 万方数据 2016年第6期 腐植酸 专题评述j嚣暑 参考文献 [15】王慧,马建伟,范向宇,等.重金属污染土壤的电 动原位修复手艺研究[J].生态情况,2007,16(1): 【1]徐良将,张明礼,杨浩.土壤重金属镉污染的生物 223——227 S..Electrokinetic [16]RosestolatoR.,Ferro 修复手艺研究进展[J].南京师大学报(天然科学版), D.,Bagatin remediationofsoils 2011,34(1):102~106 pollutedbyheavy in 1 Journal,205, [2】曾宪成,李双.让腐植酸在优化土肥关系中阐扬主要 particular)[J].ChemicalEngineering 感化[J].腐植酸,2014,(6):1~7,31 264(15、:16~23 【3]成绍鑫编.腐植酸类物质概论fM].北京:化学工业【17]鲍桐,廉梅花,孙丽娜,等.重金属污染土壤动物 出书社,2007 [4]姜强,夏开国,刘郎.分歧地盘操纵体例下土壤微团 [18]王海慧,郇恒福,罗瑛,等.土壤重金属污染及动物 聚体对Pb2+的吸附鳃析特征研究[J]。水土连结学报, 2013,2(6):237~243 [19]安凤秋,董祥芝,李庆,等.操纵微生物手艺修 【5】宋伟,陈百明,刘琳.中国耕地土壤重金属污染概况 复重金属污染土壤的方式切磋【J】.陕西农业科学, [J].水土连结研究,2013,(2):293~298 2016,(6):67~70 [6]孙贤斌,李成全,,等.淮南市重金属污染 [20】何文胜,王珊珊,韩永和,等.假单胞菌菌株4—05 对土壤动物群落和多样性影响研究【J】.生态学杂志, 生物质对二价锰离子的吸附与动力学表征[J】.福建 2005,(10):1163~1166 【7】魏本杰.微生物强化动物修复重金属污染土壤【D].湖 【21】田伟莉,柳丹,吴家森,等.动动物结合修复手艺 南工业大学硕士学位论文,2014 在重金属复合污染土壤修复中的使用[J].水土连结 [8】钟正,何冠谛,何腾兵,等.土壤重金属污染防治研 学报,2013,(5):188~192 [22】唐浩,朱江,黄沈发,等.蚯蚓在土壤重金属污染 究进展[J].贵州农业科学,2015,(6):202~206 [9]黄益宗,郝晓伟,雷鸣,等.重金属污染土壤修复技 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