【摘 要】
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汞(Hg)是一种有毒的重金属元素,其毒性与赋存形态密切相关,甲基汞(Me Hg)的毒性最强。近年的研究发现稻米具有较强的甲基汞富集能力,且食用大米已成为汞矿区人体甲基汞暴露的主要来源。我国汞矿主要分布在生态脆弱的西南喀斯特地区,长期的汞矿开采与冶炼活动,已造成当地环境严重污染,农田土壤和农作物Hg含量严重超标。本研究以贵州省铜仁市重要的粮食生产基地司前大坝作为研究对象,利用生物炭开展汞污染农田修复
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汞(Hg)是一种有毒的重金属元素,其毒性与赋存形态密切相关,甲基汞(Me Hg)的毒性最强。近年的研究发现稻米具有较强的甲基汞富集能力,且食用大米已成为汞矿区人体甲基汞暴露的主要来源。我国汞矿主要分布在生态脆弱的西南喀斯特地区,长期的汞矿开采与冶炼活动,已造成当地环境严重污染,农田土壤和农作物Hg含量严重超标。本研究以贵州省铜仁市重要的粮食生产基地司前大坝作为研究对象,利用生物炭开展汞污染农田修复研究,评估生物炭的修复效果,探讨生物炭吸附钝化汞的微观机理。主要结论如下:(1)为明确合适汞矿区土壤有效态汞提取方法,本研究选取了4种常用的提取剂进行研究。结果表明:土壤有效态汞的提取率依次为0.1 mol/L HCl(0.036%)>0.005mol/L DTPA(0.018%)>超纯水(Milli-Q,0.005%)>0.1 mol/L Ca Cl2(0.003%)。超纯水提取的土壤生物有效态汞与水稻根、茎及土壤总汞含量都具有显著的正相关性(水稻根(r=0.742,p<0.01)、茎(r=0.752,p<0.01)、土壤总汞含量(r=0.69,p<0.01),表明超纯水适用于评估汞矿区稻田土壤生物有效态汞水平,为汞污染土壤的风险评估和污染修复提供了重要科学依据。(2)通过20亩汞污染稻田开展土壤污染修复研究,结果表明,生物炭对于汞污染农田的修复效果显著且稳定。相对于对照组,实验组大米总汞/土壤总汞比例降低32.0%,土壤有效态汞/土壤总汞比例降低51.4%。两年的持续监测显示水稻总汞含量和有效态汞的占比保持稳定,表明生物炭修复的稳定性较好。同时,实验组单株穗重相比对照组增加6.34%,亩产增加10.2%,表明钝化剂的添加还能促进水稻的产量增加。(3)通过傅立叶红外变换、X射线衍射、扫描电镜和透射电镜对加入稻田前后的生物炭进行表征,分析生物炭吸附钝化汞的机理。生物炭颗粒直径在10~40μm之间,其中95%以上的生物炭颗粒直径<20μm。生物炭表面不规则、粗糙和多孔,为汞的吸附提供了结合点位,部分生物炭颗粒具有骨架状结构,表面有明显的孔隙,有利于含汞颗粒的吸附。生物炭表面的-OH、-COOH、-CHO以及卤素增强了土壤对汞的吸附能力。加入稻田后的生物炭表面吸附大量的含氧化合物晶体,能够促进对汞的吸附,同时,加入稻田后的生物炭通过吸附Fe氧化物以及S化合物间接吸附汞。
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