关键词：
宁东能源化工基地
重金属
粉煤灰
土壤调理剂
生态修复
摘要：
针对宁东能源化工基地局部地区的土壤重金属污染问题,以及由于当地干旱少雨的自然环境而引起的土壤荒漠化和植被退化问题,在重金属污染调查评价结果的基础上,按照“以废治废”思想,在Cd污染砂质土壤中添加细颗粒粉煤灰及粉煤灰复配有机肥等改良剂,以黑麦草为供试植物,测定分析土壤理化性质、Cd的含量与形态及植物不同部位Cd富集量,并根据“低成本,高效应”原则,选取最佳配施模式,进行生态退化土壤的原位修复示范,提出一种既能减轻土壤重金属污染又能够改善土壤性质的修复技术,以期为宁东能源化工基地重金属污染区域的生态修复提供理论依据。研究结果表明:(1)宁东能源化工基地研究区域内,表层土壤Pb、Cd、Cr、As四种重金属元素的平均含量不超过《农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618—2018)中(pH>7.5)风险筛选值,但Cd、Cr两种重金属的平均含量高于宁夏地区土壤环境背景值。尽管综合潜在生态风险结果为土壤生态风险轻微,但内梅罗综合污染评价显示,研究区域整体上属于轻度污染水平,尤其值得关注的是Cd的单一元素潜在生态危害指数超过40,达到中等生态危害,且有效态Cd占比较大,需要重点治理。(2)盆栽试验共设置13个处理,分别为CK(不添加改良剂),F1、F2、F4(添加100%粉煤灰,改良剂/土的质量比,分别为1%、2%、4%),FP1、FP2、FP4(添加80%粉煤灰、20%羟基磷灰石复配改良剂,改良剂/土的质量比,分别为1%、2%、4%),FY1、FY2、FY4(添加80%粉煤灰、20%有机肥复配改良剂,改良剂/土的质量比,分别为1%、2%、4%),FS1、FS2、FS4(添加80%粉煤灰、20%腐殖酸复配改良剂,改良剂/土的质量比,分别为1%、2%、4%)。结果表明,在受Cd污染的砂质土壤中添加改良剂能够不同程度增加土壤的田间持水量和饱和含水量,其中FS4处理田间持水量增加最大,相较CK增加26.40%,FY2处理饱和含水量增加最大,相比于CK提高20.85%。单独添加细颗粒粉煤灰土壤碱解氮含量与CK没有显著差异,而添加三种复配改良剂则能够增加土壤碱解氮、有效磷、速效钾、有机质的含量,且增量随添加量增大而提高。添加改良剂降低了黑麦草Cd含量,但因添加改良剂后土壤性质改善,黑麦草干重增长,最终使得黑麦草Cd富集量提高。改良剂联合黑麦草修复后,土壤Cd总含量降低,其中FP三组处理土壤Cd含量降低幅度最大,且有效态Cd占比最低。对生态修复效果进行综合比较,修复效果从大到小的排序为:FY4>FY2>FS4>FP4>FP2>FS2>FP1>FS1>FY1>F4>F2>F1>CK,其中 FY4 处理,即添加粉煤灰有机肥复配改良剂4%的处理生态修复效果最佳。(3)田间试验共设置5个处理,分别为CK(不添加改良剂)、F(添加100%粉煤灰,改良剂/土的质量比2%)、FP(添加80%粉煤灰、20%羟基磷灰石复配改良剂,改良剂/土的质量比2%)、FY(添加80%粉煤灰、20%有机肥复配改良剂,改良剂/土的质量比2%)、FS(添加80%粉煤灰、20%腐殖酸复配改良剂,改良剂/土的质量比2%)。通过田间试验,验证了粉煤灰及其复配改良剂对宁东能源化工基地Cd污染土壤的原位生态修复效果,结果表明添加改良剂显著增加了土壤的田间持水量和饱和含水量,增加了粒径大于0.25mm的水稳性团聚体占比,且提高了团聚体的平均质量直径(MWD),同时降低团聚体破坏率(PAD)。添加改良剂后黑麦草地上部Cd含量降低,其中FS处理地上部Cd含量降低幅度最大,与CK相比降低了 31.58%,然而因为施用改良剂后黑麦草地上部干重大幅增加,最终使得施用改良剂后地上部Cd富集量较CK有所提高,其中FY处理Cd富集量最大,较CK提高117.06%。运用主成分分析,对全部处理生态修复效果进行综合评价发现:添加三种粉煤灰复配改良剂的处理生态修复效果均有明显提升,其中FS处理,即施用粉煤灰腐殖酸复配改良剂的处理生态修复效果最优,FP和FY处理的生态修复效果与FS处理相近。综上所述,粉煤灰及粉煤灰复配改良剂,均能促进黑麦草生长,且对宁东能源化工基地Cd污染土壤具有良好的生态修复效果,其中添加粉煤灰有机肥复配改良剂FY及粉煤灰腐殖酸复配改良剂FS的生态修复效果较优。
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