發(fā)布時(shí)間：2020-05-21 07:25

【摘要】：規(guī)模化豬場的發(fā)展產(chǎn)生了大量的糞便、污水等豬場糞污,而污水肥料化利用模式——將養(yǎng)殖污水經(jīng)過適當(dāng)處理后,在農(nóng)田需肥或灌溉期間進(jìn)行水肥一體化土地利用的方式是養(yǎng)豬糞污的主要處理模式之一。已處理達(dá)標(biāo)的豬場廢水也屬糞污范疇,將其作為灌溉的替代性水源,已經(jīng)成為緩解農(nóng)業(yè)水資源短缺的重要途徑。早期的豬場糞污大都處理不當(dāng),在土地利用歷史較長的土壤中或許已存在重金屬污染。而運(yùn)用已處理達(dá)標(biāo)的養(yǎng)豬廢水也可能給土壤帶來重金屬污染風(fēng)險(xiǎn),這種風(fēng)險(xiǎn)在一定程度上限制了養(yǎng)豬廢水的農(nóng)用。吸附是養(yǎng)豬廢水中重金屬進(jìn)入土壤后發(fā)生的主要物化行為,大多數(shù)重金屬會(huì)被土壤吸附而累積在土壤中。然而廢水土地利用使土壤環(huán)境錯(cuò)綜復(fù)雜,重金屬在土壤中的累積遷移轉(zhuǎn)化可能受吸附、淋溶帶來的水動(dòng)力等綜合作用的影響。而重金屬在土壤中的累積遷移轉(zhuǎn)化過程與養(yǎng)豬廢水以及土壤性質(zhì)息息相關(guān)。本研究依托重慶市某種豬場,調(diào)查研究了實(shí)際豬場糞污灌溉區(qū)土壤重金屬的污染現(xiàn)狀,科學(xué)地評價(jià)了養(yǎng)豬糞污土地利用對土壤重金屬的污染風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí),選取豬場糞污灌區(qū)主要存在的黃棕壤、水田土以及西南地區(qū)農(nóng)耕面積最廣泛的紫色土為研究對象,通過序批式吸附—解吸試驗(yàn),探討了土壤對重金屬的吸附、解吸等特征及影響因素,并利用土柱模擬試驗(yàn)研究了已處理達(dá)標(biāo)的養(yǎng)豬廢水淋溶模式下,重金屬在土壤中遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及其作用機(jī)制,以動(dòng)靜結(jié)合的方式全面了解重金屬在不同土壤中的環(huán)境行為,為豬場廢水的農(nóng)業(yè)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展奠定理論基礎(chǔ)。本文得到了以下主要結(jié)論:(1)采集了豬場糞污灌區(qū)不同土地利用類型的表層(0~20cm)土壤樣品,測定了土壤的pH以及Cu、Zn、Cd、Pb的全量,并用BCR連續(xù)提取法測定了重金屬的分形態(tài)含量,運(yùn)用單因子污染指數(shù)法、內(nèi)梅羅污染指數(shù)法、地累積指數(shù)法對土壤重金屬進(jìn)行污染評價(jià),并評價(jià)了土壤重金屬的生物有效性和潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)果表明:豬場灌區(qū)土壤呈弱堿性,Cu、Zn、Cd、Pb的平均含量分別為30.80 mg/kg、91.33 mg/kg、0.55 mg/kg、29.34 mg/kg,四種重金屬的含量均超過了土壤區(qū)域背景值,但不超過土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)。變異系數(shù)Cd(1.06)Cu(0.31)Zn(0.23)Pb(0.14)。土壤中Cu、Zn、Pb主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在,Cd主要以可還原態(tài)存在。養(yǎng)豬場周邊個(gè)別采樣點(diǎn)存在中度Cd污染,但幾乎不存在Cu、Zn、Pb污染。土壤重金屬生物有效性由大到小為CdZnPbCu。研究區(qū)重金屬的綜合潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)屬輕微級,且Cd的貢獻(xiàn)率最高。(2)探索了土壤對重金屬的吸附作用機(jī)制,針對性地為預(yù)防和治理土壤重金屬污染提供理論依據(jù),采用批試驗(yàn)研究了黃棕壤、水田土、紫色土對Cu、Zn、Cd、Pb的吸附動(dòng)力學(xué)過程、等溫吸附過程以及土壤有機(jī)質(zhì)、溶液pH對吸附過程的影響。研究結(jié)果表明:土壤吸附四種重金屬離子均能在12h內(nèi)達(dá)到平衡,土壤對Cu、Pb平衡吸附量遠(yuǎn)大于Zn、Cd,且準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型最適合表征其動(dòng)力學(xué)過程(R~2≥0.99)。吸附等溫線可用Langmuir和Freundlich方程擬合,土壤對四種金屬均有較大的吸附容量,但土壤對Cu、Pb的吸附能力和緩沖能力較Zn、Cd更大,吸附是自發(fā)進(jìn)行的物理化學(xué)作用并存的過程。Cu和Cd在黃棕壤、水田土、紫色土中的吸附,Zn在黃棕壤和水田土中的吸附,Pb在紫色土中的吸附均為吸熱反應(yīng)。Zn在紫色土中、Pb在黃棕壤和水田土中的吸附為放熱反應(yīng)。去除有機(jī)質(zhì)的土壤對重金屬的吸附量降低,土壤對金屬離子的吸附量隨溶液初始pH的增加而增加。(3)采用土柱模擬試驗(yàn)研究了已處理達(dá)標(biāo)的養(yǎng)豬廢水淋溶模式下,重金屬在土壤中的累積遷移和形態(tài)轉(zhuǎn)化特征。結(jié)果表明:養(yǎng)豬廢水可改善土壤pH,淋溶后土壤pH介于廢水和土壤本底酸堿度之間。養(yǎng)豬廢水淋溶增加了土壤的有機(jī)質(zhì)含量。已處理達(dá)標(biāo)的養(yǎng)豬廢水淋溶不會(huì)造成土壤中Cu、Zn、Cd、Pb的累積。但水中若含有高濃度重金屬,Cu主要積累在0~35cm,Zn、Cd、Pb主要積累在0~45cm,重金屬在三種土壤中的累積比例從小到大依次為CdZnCuPb。盡管土壤對重金屬的理論吸附能力和吸附量大,但淋溶作用下,重金屬的遷移能力增強(qiáng)。養(yǎng)豬廢水淋溶時(shí),土壤中Cu、Zn、Cd主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在,Pb在淋溶量增大時(shí),主要形態(tài)殘?jiān)鼞B(tài)會(huì)轉(zhuǎn)化為可氧化態(tài)和可還原態(tài)。人工污水淋溶時(shí),Cu和Zn在三種土壤中主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在;Cd在黃棕壤中主要以可氧化態(tài),在水田土和紫色土中主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在;低淋溶量,Pb主要以殘?jiān)鼞B(tài)存在,淋溶量的增加使黃棕壤和紫色土中殘?jiān)鼞B(tài)Pb顯著下降,在水田土中比例增大。養(yǎng)豬廢水短期灌溉使淺層地下水中受重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)較小。
【圖文】：

圖 2.1 養(yǎng)豬場周邊地形情況Fig. 2.1 The terrain surrounding the pig farm2.3 材料與方法2.3.1 土壤樣品的采集與處理土壤樣品于 2017 年 3 月采集，采樣點(diǎn)均以豬場糞污為主要肥料來源，遍及豬場內(nèi)及周邊的灌溉區(qū)。根據(jù)代表性、隨機(jī)性和典型性的原則，本次研究共設(shè)置 16個(gè)典型的采樣點(diǎn)，分別編號為 S1~S16。根據(jù)具體情況，各采樣點(diǎn)所用采樣方法不盡相同，如對污灌水田采用對角線法，對種植面積小、土壤均勻的地塊采用梅花點(diǎn)法，，對面積中等、土壤質(zhì)地不均勻的地塊采用棋盤式法，對地勢不平坦的坡地采用蛇形法，采集 3~5 個(gè)點(diǎn)的表層（0~20cm）土壤混合為一個(gè)代表樣。現(xiàn)場混合土壤樣品，以四分法取約 1kg 裝入聚乙烯自封袋后帶回實(shí)驗(yàn)室，剔除沙礫、植物殘?bào)w等，風(fēng)干，磨碎，過 18 目（1mm）和 100 目（0.149mm）尼龍篩后，于聚乙烯袋中密封保存，備用。2.3.2 樣品分析指標(biāo)與方法

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文豬場附近，采樣區(qū)的具體概況詳見 2.2 部分。紫色土某一蔬菜種植地。其中黃棕壤和紫色土根據(jù)采樣地地式進(jìn)行土壤樣品采集，水田土采用對角線法采集。采勻后經(jīng)四分法取足量帶回實(shí)驗(yàn)室。風(fēng)干、去雜、磨，備用。三種土壤的表觀顏色如圖 3.1 所示。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：X53;X713

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2673922