矿物基蚯蚓粪表面特征及其对土壤Cd钝化能力的研究

针对农田土壤镉(Cd)活性高的问题,以寻求具有良好重金属钝化特性的原位修复材料为目标,该研究以铁粉、磷矿粉和牛粪混合蚯蚓堆肥所制备的矿物基蚯蚓粪为研究对象,利用系列结构表征手段对其进行基本性质表征,并进一步分析矿物基蚯蚓粪施加下土壤对Cd吸附、有效性和赋存形态的影响,最终筛选出具有良好Cd钝化效果的矿物基蚯蚓粪。结果表明,铁粉及磷矿粉的添加使矿物基蚯蚓粪中的pH值、C/N、有机质含量有所降低,但总养分含量显著增加(P<0.05)。比表面积及孔隙度、扫描电镜分析和X射线能谱分析结果表明,矿物质的添加增大了蚯蚓粪比表面积和孔容,改变了蚯蚓粪中矿物元素的占比。傅立叶变换红外光谱分析表明,矿物基蚯蚓粪中醇或羧酸类、芳香类以及多糖类物质增多,脂类和碳水化合物减少。X射线衍射分析表明,添加铁粉及磷矿粉制备出来的矿物基蚯蚓粪增加了磷酸盐、纳米零价铁等矿物组分。土壤培养和吸附解吸试验表明,施加矿物基蚯蚓粪显著提升了土壤对Cd的吸附强度,降低了对Cd的解吸率,其中以牛粪+20%铁粉+20%磷矿粉(VCFe+P)进行蚯蚓堆肥所获得的矿物基蚯蚓粪处理的土壤对Cd的吸附效果最佳,较施加纯蚯蚓粪的土壤吸附容量提升137.66%,解吸率降低7.34%~12.76%;该处理的土壤Cd钝化率高达50.02%,Tessier形态分析结果表明,VCFe+P矿物基蚯蚓粪使交换态Cd向铁锰氧化态Cd和残渣态转化。综上,20%铁粉+20%磷矿粉+牛粪混合蚯蚓堆肥所制备的矿物基蚯蚓粪具有良好的Cd吸附表面特征和高效的Cd钝化能力,在土壤Cd污染修复方面具有较大的应用前景。