关于粉末状石膏修复菱镁矿土壤污染的研究(2)

　　
　　本研究采用土柱作为试验淋洗装置， 以洁净土壤进行淋洗试验作为空白对照组；向土壤中添加定量的氧化镁粉尘后在相同条件下进行淋洗试验模拟矿区土壤被氧化镁粉尘污染后土壤渗透性变化；在洁净土壤中同时加入定量的石膏与氧化镁粉尘后进行淋洗试验考察石膏对氧化镁粉尘污染土壤渗透性能的改良作用。通过扫面电镜观察加入石膏前后镁质土壤结皮表面的结构变化表征改良效果， 为菱镁矿区镁质土壤结皮修复提供依据。
　　
　　1、材料与方法
　　
　　1.1 试剂与仪器
　　
　　石膏， 北京红星化工厂， 粉末状；供试的镁粉尘为海城总厂生产的轻烧氧化镁粉尘， 氧化镁含量为97%, 粒径大小约为5μm.
　　
　　扫描电镜 （SEM:S-3400, Rigaku Corporation） ;p H测试仪 （上海雷磁PHS-3C酸度计）
　　
　　1.2 清洁土壤样品
　　
　　试验土壤样品采自海城市梨树村农田土壤 （0~15 cm） 表层土， 将土壤样品于室内自然风干后过2 mm尼龙筛获得小于2 mm的土壤颗粒备用， 测得土壤的理化性质如表1所示。
　　
　　1.3 淋洗试验
　　
　　土柱淋洗是测定土壤渗透速率常用的方法， 在土柱最底部铺上一层石英， 上层均匀铺垫300 g未被污染的清洁土壤， 最顶层铺垫5 g氧化镁和100 g土及4 g石膏的混合物， 同时以400 g清洁土壤在相同条件下淋洗作为对照组。土柱内径5 cm, 土壤填充高度约15 cm, 土壤容重约1.36 g·cm-3.将土柱用蒸馏水浸泡8 h后进行土壤淋洗试验， 初次淋洗结束后将土柱自然晾干两周后进行第二次淋洗试验， 每组实验设置3个平行。试验过程保持土柱上方水头稳定， 防止因水压不同造成渗透速率波动， 影响试验结果。

　　
　　1.4 土壤渗透速率测定
　　
　　土壤的渗透速率利用如下公式计算 （AL-Kayssi, 2016） :
　　
　　i=Vp· （tp·A） -1
　　
　　式中， i为土壤渗透速率， Vp为间隔时间内土柱渗透出来的水量 （mm3） , tp为间隔时间 （min） , A为承接土柱底部渗透水容器的底面积 （mm2） .
　　
　　1.5 土壤结皮样品检测
　　
　　利用扫描电镜观察土壤中加入石膏淋洗后土壤表面结构变化。将土壤结皮取下用滤纸包好后室温自然风干12 h, 用竹刀将结皮下部土壤刮下后再用分析纯乙醇进行冲洗至表面颗粒不能被洗下， 制成表面积为1 cm2大小的长方体样品自然风干24 h.将结皮样品放在铝管中， 在其表面铺上金粉， 通过环境扫描电子显微镜观察结皮的形态和微观结构。
　　
　　1.6 数据处理
　　
　　每组试验设置3组平行， 试验数据采用3组数据平均值。试验数据采用SPSS 16.0统计分析， 土壤渗透速率因加入氧化镁及石膏而产生差异采用多重比较LSD法比较差异显着性 （显着性水平为0.05） .Origin 8.0进行作图和模型拟合。
　　
　　2、结果与分析
　　
　　2.1 清洁土壤渗透速率变化规律
　　
　　空白对照组土壤经过淋洗后渗透速率变化如图1所示。两次淋洗试验土壤渗透速率变化趋势大致相同：淋洗初期土壤渗透速率下降速度较为快速， 径流稳定后最初短时间内， 土壤的渗透速率不断降低， 然后逐步趋于稳定并达到最小渗透速率。当淋洗时间超过15 min时土壤渗透速率逐渐趋于稳定。其中第一次淋洗土壤渗透速率稳定时为0.469 mm·min-1, 和第一次淋洗相比， 第二次淋洗时土壤的渗透速率明显降低， 第二次淋洗后土壤渗透速率最终稳定在0.367 mm·min-1.和初次淋洗不同的是， 第二次淋洗渗透速率达到稳定时所用时间更短。

　　
　　2.2 氧化镁粉尘对土壤渗透速率影响
　　
　　在土壤中加入氧化镁粉末后在淋洗初期土壤结皮尚未形成， 因而渗透速率较大。初次淋洗时前10min淋洗速率从0.544 mm·min-1降至0.408 mm·min-1, 淋洗时间超过10 min后土壤渗透速率下降趋势逐渐变缓， 到70 min时土壤渗透速率逐渐稳定在0.346 mm·min-1.在土柱自然风干两周后进行第二次淋洗时发现淋洗时间超过15 min时土壤渗透速率达到稳定为0.214 mm·min-1.和空白对照组相比土壤中加入氧化镁粉尘后土壤渗透速率显着降低 （P<0.05） , 淋洗初期土壤渗透速率较初次淋洗时降低0.230 mm·min-1, 说明土柱干燥两周后在氧化镁的作用下形成薄薄一层结皮， 降低土壤渗透速率效果较明显 （图2） .
　　
　　2.3 石膏对含氧化镁粉尘土壤渗透速率影响
　　
　　在清洁土壤中同时加入石膏和氧化镁粉尘混匀淋洗试验后渗透速率变化如图3所示。第一次淋洗时土壤渗透速率变化趋势同空白对照组及加入氧化镁粉尘淋洗渗透速率变化趋势相似。随着渗透时间的增加， 渗透速率由0.527 mm·min-1快速降至0.405 mm·min-1后下降速度变缓， 最终土壤渗透速率稳定在0.379 mm·min-1.经过两周土柱自然干燥后再次进行淋洗试验时发现土壤的渗透速率得到明显的提高， 经过60 min的淋洗试验后土柱的渗透速率最终稳定在0.425 mm·min-1, 与加入氧化镁粉尘的土壤相比土壤渗透速率显着提升 （P<0.05） , 说明石膏具有抑制氧化镁粉尘污染的土壤表面形成结皮。

　　
　　2.4 氧化镁粉尘及石膏对土壤结皮表面结构影响
　　
　　在清洁土壤中加入氧化镁粉尘后经过两次淋洗试验形成的土壤表面镁质结皮如图4所示。镁质土壤结皮表面整体比较光滑， 表面有少许土壤小颗粒附着在表面， 结皮表面土粒粘结紧密， 本实验得到的镁质土壤结皮SEM图和徐明特 （2015） 研究的镁质土壤结皮相似。而付莎莎 （2009） 在八里镇矿区采集的土壤结皮进行研究发现， 结皮上层颜色为灰白色， 表面比较松软， 结皮中层为白色质地紧实， 但是结皮底层呈灰白色， 颗粒较大， 质地疏松。矿区土壤结皮的中层与本实验得到的土壤结皮性质较为相似， 而最上层的与实验结果相差较大， 原因是由于该地区粉尘污染较为严重， 在形成土壤结皮时土壤表面同时不断沉降粉尘， 因而最上层显得松软。
　　
　　土壤中同时加入氧化镁粉尘和石膏经两次淋洗后土壤表面结构如图5所示。加入石膏在淋洗作用后土壤表面变得凹凸不平， 结皮的结构为条形成簇的小晶体， 和未加石膏的土壤结皮相比， 结皮表面显得较为疏松， 孔隙度也明显增加。 …… 此处隐藏：1144字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……