关键词:
煤化工沉降区
重金属污染
生态风险
改性生物炭
生态恢复
摘要:
为探明宁东能源化工园区中心区土壤中重金属形态、分布状况,评价生态风险,为指导场地重金属原位修复提供数据和理论支持,采样测定了宁东化工园区表层土壤不同重金属形态及其含量,用以研究化工生产区由于大气沉降造成的土壤重金属富集情况、重金属形态分布;以钝化处理为指导,对污染土壤添加0.75 t·hm-2、1.5 t·hm-2、2.25 t·hm-2三种施用量的6%壳聚糖改性生物炭与20%FeCl3改性生物炭进行钝化处理,种植黑麦草,跟踪测定土壤理化生性质指标及植株生长状况,评价改良效果,为宁东国家级大型能源化工基地生态恢复治理提供新思路、新方法。结果表明:(1)宁东化工园区附近撂荒地表层土壤重金属Cu、Cr、Cd、Pb平均含量分别为41.13、181.5、0.12、33.91 ***-1,略微超过当地重金属背景值,但符合国家农田土壤环境质量标准;重金属Cu、Pb、Cd来源具有一致性,Cr的污染来源更为广泛;重金属Cu、Pb主要以残渣态形式存在,Cr与Cd主要以碳酸盐结合态形式存在。潜在生态风险指数评价结果表明,宁东煤化工园区重金属风险从高到低依次为Cd>Cu>Pb>Cr;RSP法评价结果表明,重金属风险从高到低依次为Cd>Cr>Cu>Pb。综合上述结果可知,Cd为主要污染物,需重点关注。(2)利用壳聚糖与FeCl3两种改性生物炭进行污染土壤处理,DR0.25、WR0.25、MWD、有机质含量均随着两种改性生物炭施用量的增大而增大,并在施用量为2.25 t·hm-2时达到其最大值。PAD与ELT值随着生物炭施用量的增加呈现先减小后增大的趋势,当施用量为1.5 ***-2时土壤团聚体最稳定。壳聚糖改性生物炭对土壤结构学性质改良的效果优于FeCl3改性生物炭。两种改性生物炭均能显著提高土壤中有机质、全量养分、速效养分含量,当FeCl3改性生物炭施用量为2.25 ***-2时,有机质、全量养分及速效养分的增加效果较其他处理最显著。在风沙土壤中施加了改性生物炭能显著降低土壤的容重,增加土壤孔隙度与含水率。综合来看,不同改性方式及施用量的改性生物炭对风沙土壤孔隙度、含水率及容重的影响在改性方式上以FeCl3改性生物炭效果最好,生物炭施加量以2.25 ***-2最佳,其次为1.5 t·hm-2。Fe2.25处理的孔隙度及含水率较CK提高了24.08%、16.17%,容重降低了 6.21%。(3)不同生物炭施用量与改性方式下土壤中细菌、真菌、放线菌菌落数含量和土壤酶活性也有不同程度的增加。从不同改性方式上来看,FeCl3改性生物炭对风沙土壤H2O2酶活性、蔗糖酶活性及真菌菌落数的增加效果优于壳聚糖改性生物炭;壳聚糖改性生物炭对土壤脲酶活性及放线菌菌落数的增加效果优于FeCl3改性生物炭;两种改性生物炭对细菌菌落数的增加效果相当。就同一改性方式下,土壤中三种酶活性及微生物菌落数以改性生物炭施用量2.25 t·hm-2>改性生物炭施用量1.5 t·hm-2>改性生物炭施用量0.75 t·hm-2。(4)两种改性生物炭均能显著降低风沙土壤中有效态Cu、Cr、Cd、Pb含量,且随着改性生物炭施用量的增加,有效态重金属含量呈现降低的趋势。从不同生物炭施加量上来看,以2.25t·hm-2施加量效果最佳;从不同改性方式上来看,FeCl3改性生物炭与壳聚糖改性生物炭对有效态重金属的降低效果相当。(5)经过施加两种改性生物炭后,黑麦草的产量及其中N、P、K含量较未施加生物炭的对照CK有显著提高。从不同生物炭施加量上来看,以2.25 t·hm-2施加量效果最佳;从不同改性方式上来看,壳聚糖改性生物炭对牧草的养分含量的增加及增产效果较FeCl3改性生物炭略显著。黑麦草地上部与地下部中重金属Cu、Cr、Cd、Pb的含量随着生物炭的施加量的增多呈现降低的趋势。在生物炭的处理下,黑麦草各部位的重金属富集系数均有所降低,地上部对重金属的富集能力均表现出Cd>Cr>Cu>Pb的趋势,地下部呈现Cd>Cu>Pb>Cr的趋势。由于施加了改性生物炭后土壤中有效态的重金属离子显著降低,重金属对黑麦草的毒害也随之降低。