有机肥钝化固定土壤重金属的环境行为与机制研究

Organic fertilizer is an excellent soil heavy metal immobilization agent, and one of the most cost-effective remediation materials for farmland heavy metal pollution. However, little attention has been attracted to the study of the environmental behavior and mechanism of organic fertilizer made from different raw materials in farmland soil. Decomposition incubation experiment, soil heavy metal form transformation incubation experiment，pot culture experiment and soil column leaching experiment with organic fertilizers from various row materials are schemed to be conducted in this project. Then characteristics of the decomposition process of different organic fertilizers, composition and properties of organic matter at different decomposition stages, adsorption and desorption characteristics and mechanism of heavy metals by organic fertilizers, and their effects on the chemical and molecular form transformation, bioavailability and environmental mobility of soil heavy metals at different decomposition stages, are to be studied by means of combination of conventional laboratory analytical methods and modern instrument analysis techniques such as FTIR, XRD and synchrotron radiation (XAFS). The objectives of the project are to reveal and understand the environmental behavior and mechanism of immobilization and fixation of heavy metals by organic fertilizers from various raw materials in the farmland soil with the overall goal to provide theoretical basis and technical support for the prevention and remediation of farmland soil heavy metal pollution by applying organic fertilizer.

有机肥是优良的土壤重金属钝化剂，以及性价比最高的重金属污染农田修复材料之一。然而，对于有机肥在农田土壤中钝化与固定重金属的环境行为与作用机理方面的研究并没有引起足够重视。本项目拟在对不同原料来源的有机肥进行腐解培养试验、土壤重金属形态转化培养试验、盆栽试验和土柱淋溶试验的基础上，通过采用实验室常规分析方法与FTIR、XRD、以及同步辐射XAFS等现代仪器分析技术相结合的研究方法，研究不同有机肥分解过程的特征、不同分解阶段有机肥组成与性质的差异与变化规律，有机肥分解对重金属吸附解吸特征、以及对土壤重金属化学与分子形态转化、生物有效性和环境迁移性的影响，从而揭示有机肥钝化和固定土壤重金属的环境行为与作用机制，为合理应用有机肥进行土壤培肥及农田土壤重金属污染的预防与修复提供理论依据与技术支撑。

本项目选择海南省具有代表性的不同来源的有机肥，研究了其在原位分解过程中的矿化特征及在不同分解阶段组成和性质的变化与差异，通过吸附动力学、等温吸附及解吸等方法研究了它们的分解产物在溶液体系中对铅镉的吸附效率与机制；并以海南昌化铅锌矿废弃尾矿库周边土壤为研究对象，选择两种不同污染程度的污染土壤进行室内培养实验与盆栽试验，研究不同有机肥对矿区土壤物理化学性质的改良效果以及对污染土壤中Cd , Pb和Zn的迁移性和生物有效性的影响，以及不同有机肥对重金属的钝化固定效果差异；采用扫描电镜结合能谱（SEM-EDS）和同步辐射近边X射线吸收精细结构光谱（NEXAFS）分析技术，研究了重度重金属污染土壤中施用羊粪和小麦秸秆生物碳的情况下，重金属在土壤不同粒级的团聚体组分中与矿物质和有机组分结合的分子机制。通过上述内容的研究，本项目了解了不同原料来源的有机肥分解过程的特征,不同分解阶段形成的有机质在组成与性质方面的差异,不同分解阶段的有机肥对重金属的吸附与 解吸特征,不同有机肥对重金属污染土壤中重金属的固定作用及生物有效、土壤团聚体组成及有效态重金属含量的影响，以及不同有机肥与重金属污染土壤中重金属结合的分子机理，从而揭示有机肥钝化和固定土壤重金属方面的环境行为与作用机制，为合理应用有机肥进行土壤培肥及农田土壤重金属污染的预防与修复提供了理论依据与技术支撑。