文献综述
1、研究背景
土壤是人民生存所依赖的自然环境,人们的生存与发展都离不开土壤。土壤本身含有一定量的重金属元素,这并不会对原有的自然环境或其中的生物造成较大的影响。但是,随着现代社会的工业化进程加快,矿场的开采,工业电解锌的发展等,人类活动导致土壤中重金属累积的情况日益加重。[1]对植物而言,重金属不仅会影响其生长发育,其长期累积还有可能导致植物体内的酶活性降低,进一步导致植物的死亡;对生物而言,重金属的积累会导致生物体内的微生物和有益菌被杀死,严重将导致生态系统的失衡。[2]因此,对于土壤中重金属物质含量的降低十分有必要。
其中,镉是一种常见的重金属,它是一种生物非必需元素,且作为环境中对生物毒性最强的重金属元素之一,假如其含量超过适合植物生长的限值,将能够破坏植物体内的叶绿体,长期的累积将有可能导致叶面发黄、叶脉组织发生萎缩的现象,这将严重影响植物的正常生长发育。[2]除此之外,由于其累积性,它可以通过食物,甚至是在水分或空气中进入人体,且潜伏期长,发病期可达十年以上,其中以上世纪六十年代日本的“骨痛病”尤为著名。[3]因此,我们必须重视镉对土壤的污染情况。
2、土壤中镉的修复原理及手段
针对受污染的土壤,前人已经尝试过多种修复手段,在实际的运用中,物理修复手段有换土法、电动修复技术等;化学修复手段有土壤淋洗技术、固化稳定化技术、化学淋洗-固化稳定化联合修复技术等;生物修复手段有微生物修复技术、植物修复技术等。[4]在实际运用中,需要根据受污染土壤的实际情况来具体选择修复手段。
对土壤中重金属进行固定,常见手段是通过对土壤的钝化来对受污染土壤进行修复,其原理主要是利用吸附、沉淀和络合等,修复过程一般是这几种机理的综合运用。[5]不同的钝化剂或吸附剂的选择,修复效果也大不相同。
3、修复受镉污染土壤的试剂种类
除了修复手段不同以外,不同的试剂的运用,也有不同的效果。Mingkui Zhang等利用农业磷酸钙镁(CMP)、坡缕石(PG)、石灰石(AL)和磷酸盐岩(RP),通过土柱实验确定了其对酸性土壤中的Cd减少量分别为25.65%,68.06%,78.01%和79.06%。[6] 陈盾等人通过对碳酸钙、磷酸二氢钙、硫化钠和硅酸钙四种常见的钝化剂的使用,在盆栽条件下分别测得当钝化剂使用比例为0.5%时,各钝化剂对土壤中Cd的钝化率分别达到10.61%、9.76%、8.91%和8.49%,并且有效降低实验种植小麦籽粒中Cd的含量。[7] 陈思慧等选用粉煤灰、磷矿粉和生物碳,通过分别选用这三种钝化剂或联合叶面喷硅肥组合使用,采用田间试验种植水稻,对经过钝化的土样和成熟后的水稻进行分析,得出生物碳与叶面硅肥的配合使用对土壤中Cd含量的降低幅度最大,且降低水稻籽粒对Cd的吸收效果最显著。[8] 通过以上的研究,我们可以得知含硅材料在进行土壤修复和植物增产方面有一定的效果,由此,我们将对不同的含硅元素材料以及同一材料在不同浓度或不同方法下的使用对土壤的修复效果进行探讨。
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