杜彩艷，木　霖，王紅華，嚴(yán)婷婷，程在全，曾　民，段宗顏，雷　梅，羅紅梅（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，昆明 650201；.云南省農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，昆明 650201；.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，昆明 65022；5.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101）

不同鈍化劑及其組合對(duì)玉米（Zea mays）生長(zhǎng)和吸收Pb Cd As Zn影響研究

杜彩艷1，2，木霖3，王紅華3，嚴(yán)婷婷3，程在全4，曾民4，段宗顏1*，雷梅5*，羅紅梅4
（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，昆明 650205；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物保護(hù)學(xué)院，昆明 650201；3.云南省農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，昆明 650201；4.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，昆明 650223；5.中國(guó)科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所，北京 100101）

選取硅藻土、生物炭、沸石粉、石灰及其組合開(kāi)展田間試驗(yàn)，研究它們對(duì)玉米（Zea mays）生長(zhǎng)、玉米籽粒吸收Pb、Cd、As、Zn與土壤有效態(tài)Pb、Cd、As、Zn的影響。結(jié)果表明，除石灰粉外，施用其他3種鈍化劑及其組合均能促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，增加玉米株高、葉面積和生物量，顯著提高玉米產(chǎn)量。4種鈍化劑及其組合可升高土壤的pH值和降低土壤中的有效態(tài)Pb、Cd、As、Zn含量，與CK處理相比，施用不同改良劑導(dǎo)致土壤有效態(tài)Pb降低6.82%～20.46%，有效態(tài)Cd降低12.76%～28.28%，有效態(tài)As降低26.89%～48.74%，和有效態(tài)Zn降低13.88%～28.95%，其中BZD（生物炭+沸石粉+硅藻土）處理降低效果最明顯，BLD（生物炭+石灰粉+硅藻土）處理次之；4種鈍化劑及其組合都能降低玉米籽粒對(duì)Pb、Cd、As、Zn的吸收，其中BZD處理能明顯降低玉米籽粒中Pb、Cd、As、Zn含量，較對(duì)照分別降低47.71%、95.00%、90.90%、31.41%。在原位鈍化修復(fù)鎘-砷-鋅復(fù)合污染農(nóng)田土壤時(shí)，BDZ組合的施用效果最佳。

鈍化劑；重金屬；有效性；玉米

杜彩艷，木霖，王紅華，等.不同鈍化劑及其組合對(duì)玉米（Zea mays）生長(zhǎng)和吸收Pb Cd As Zn影響研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2016，35（8）：1515-1522.

DU Cai-yan，MU Lin，WANG Hong-hua，et al.Effects of different amendments on growth and Pb，Cd，As，Zn uptake by Zea mays［J］.Journal of Agro-Environment Science，2016，35（8）：1515-1522.

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，重金屬污染已成為危害全球環(huán)境質(zhì)量的主要問(wèn)題之一［1］。重金屬通過(guò)各種不同的途徑進(jìn)入土壤［2］，對(duì)農(nóng)作物產(chǎn)生毒害作用，降低農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)，最終經(jīng)食物鏈在人體內(nèi)富集，對(duì)人體健康造成危害［3］。如何對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行有效修復(fù)是近年來(lái)各國(guó)科學(xué)家的研究熱點(diǎn)［4］。

原位鈍化修復(fù)技術(shù)以其成本低廉、操作方便、效果明顯，且適合大面積污染治理而備受土壤環(huán)境科研人員的青睞［5-6］。近年來(lái)，大量的鈍化劑被廣泛應(yīng)用于重金屬污染土壤的治理，較為常見(jiàn)的有石灰、沸石粉、磷酸鹽類(lèi)、膨潤(rùn)土、生物炭、作物秸稈等［7-8］。崔紅標(biāo)等［9］用石灰處理污染土壤后，發(fā)現(xiàn)土壤中提取態(tài)的Cd和Cu明顯下降；孫約兵等［10］研究表明，海泡石能顯著提高Cd污染紅壤pH，土壤有效Cd含量隨海泡石施用量增加而降低，碳酸鈣能顯著降低土壤中Pb、Cd、Zn的有效性［11］；Luke等［12］研究證實(shí)，污染土壤經(jīng)生物炭處理后種植西紅柿，其幼苗、根中As含量均顯著下降，可食部分As質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于3 μg·kg-1，毒性及轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)最小。對(duì)于重金屬?gòu)?fù)合污染的土壤，采用多種改良劑配施已有一些研究［5，13］。盡管以上諸多研究通過(guò)向土壤中加入石灰、海泡石、生物炭等減少土壤重金屬的生物有效性，但只針對(duì)其中Pb、Cd、Cu、Zn幾種重金屬的單一污染或復(fù)合污染，而對(duì)于Pb、Cd、Zn、As 4種重金屬同時(shí)鈍化修復(fù)的報(bào)道尚少。

本文以云南個(gè)舊多金屬礦區(qū)復(fù)合污染土壤作為研究對(duì)象，玉米為供試材料，以固廢資源再利用、經(jīng)濟(jì)廉價(jià)為原則，選取目前在原位鈍化修復(fù)技術(shù)中較為受關(guān)注的生物炭、硅藻土、石灰和沸石作為鈍化材料，通過(guò)田間試驗(yàn)研究其對(duì)重金屬?gòu)?fù)合污染土壤的鈍化效果，以期通過(guò)研究鈍化劑單獨(dú)施用以及不同鈍化劑的組合施用對(duì)其修復(fù)效果進(jìn)行對(duì)比，篩選到能有效降低土壤重金屬生物有效性的鈍化劑，從而為我國(guó)重金屬?gòu)?fù)合污染耕地的修復(fù)和糧食作物的安全生產(chǎn)提供一些參考。

1　材料與方法

1.1供試材料

試驗(yàn)地位于個(gè)舊市雞街鎮(zhèn)石榴壩村污染水旱輪作農(nóng)田（103°9′29″E，23°32′12″N，海拔高度1122 m），其土壤基本理化性狀為：有機(jī)質(zhì)37.68 g·kg-1，pH值6.29，堿解氮150.15 mg·kg-1，有效磷77.96 mg·kg-1，速效鉀206.14 mg·kg-1，全氮2.17 g·kg-1，全磷1.94 g·kg-1，全鉀11.20 g·kg-1，總Cd 0.49 mg·kg-1，總Pb 157.50 mg·kg-1，總As 92.50 mg·kg-1，總Zn 340.47 mg·kg-1。根據(jù)國(guó)家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618─1995），研究區(qū)域土壤重金屬Cd、As、Zn含量分別超出GB 15618 ─1995（水旱輪作地的土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，砷采用水田值）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)1.03、3.08、1.70倍。土壤Pb未超標(biāo)，但調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品重金屬Pb含量超標(biāo)。

試驗(yàn)以紅單6號(hào)為供試玉米品種（常規(guī)玉米品種）。

試驗(yàn)選用的鈍化劑為生物炭、硅藻土、石灰粉（熟）和沸石粉。生物炭購(gòu)自河南商丘三利新能源有限公司，硅藻土購(gòu)自云南騰沖助濾劑廠，石灰粉購(gòu)自昆明索希達(dá)科技有限公司，沸石粉購(gòu)自云南昆明小石壩飼料批發(fā)市場(chǎng)。所有鈍化劑均過(guò)200目篩，呈粉狀，其基本的理化性質(zhì)見(jiàn)表1。分析方法參見(jiàn)土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法［14］。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表1　供試鈍化劑的理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of additives

試驗(yàn)共設(shè)置7個(gè)處理，分別為：不施用鈍化劑（CK）；生物炭（3%，鈍化劑與土壤質(zhì)量比，B）；硅藻土（3%，D）；沸石粉（3%，Z）；石灰粉（3%，L）；生物炭+石灰粉+硅藻土（1∶1∶1，BLD）；生物炭+沸石粉+硅藻土（1∶1∶1，BZD）。每個(gè)處理3次重復(fù)，共21個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，行間距60 cm×50 cm，小區(qū)面積50 m2；各處理設(shè)獨(dú)立灌溉溝渠，同時(shí)試驗(yàn)地四周設(shè)置2行玉米作為保護(hù)行，以消除邊際效應(yīng)。

組配鈍化劑按照質(zhì)量比1∶1∶1的比例通過(guò)攪拌機(jī)混合均勻，于2015年5月均勻撒施于試驗(yàn)小區(qū)土壤表面，利用旋耕設(shè)備將鈍化材料翻入土壤（深度0～20 cm），充分混勻。

于2015年5月9日直接點(diǎn)播，5月28日定苗，2015年9月13日一次性收獲。播種前施“肥力番”復(fù)合肥（15-15-15，總養(yǎng)分≥45%）做基肥，施用量600 kg·hm-2；拔節(jié)期追施尿素，施用量300 kg·hm-2。田間試驗(yàn)管理按大田常規(guī)操作進(jìn)行。

1.3樣品采集與分析

土壤、植株樣品采集于2015年9月中下旬（玉米成熟期），采用“梅花”形取樣法分別對(duì)各小區(qū)進(jìn)行樣品的采集，即每個(gè)處理小區(qū)采5株玉米，所采玉米盡量保持長(zhǎng)勢(shì)一致，同時(shí)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”原位采集土壤樣品。玉米植株先用自來(lái)水小心洗凈根系泥土，然后用蒸餾水清洗整個(gè)植株。將植株根系、莖葉、籽粒分離，在105℃殺青30 min，70℃烘干至恒重，分別測(cè)定干物質(zhì)量。玉米籽粒烘干樣品粉碎過(guò)40目篩備用。土壤樣品風(fēng)干后，分別過(guò)20目、60目、100目篩備用。

土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；土壤pH值采用1∶2.5的土水比，酸度計(jì)（Starter-3C，奧豪斯儀器有限公司）測(cè)定。土壤重金屬有效態(tài)含量采用0.1 mol·L-1鹽酸提取［14］，玉米籽粒樣品中Cd、Pb、Zn、As總量測(cè)定時(shí)均采用干灰法消解（GB/T 5009—2010）。土壤樣品溶液中Cd、Pb、Zn含量采用ICP-AES（ICP 6300，Thermo）測(cè)定，玉米籽粒樣品溶液中Cd、Pb、Zn含量采用石墨爐原子吸收分光光度計(jì)（ICE-3500，Thermo）測(cè)定，土壤和玉米籽粒中As含量均采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（海光，AFS-2202E）測(cè)定。

葉面積和株高：玉米收獲時(shí)，測(cè)定其株高和玉米葉片長(zhǎng)和最大葉寬，葉面積=Σ（葉長(zhǎng)×葉寬×0.75）。

產(chǎn)量測(cè)定：玉米成熟期，選取具有代表性的1行玉米，以間隔式的方式選取4株，將果穗取下立即稱(chēng)鮮質(zhì)量，放入網(wǎng)袋中帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行考種，最后再通過(guò)出籽率、籽粒含水量（按14%含水量折算）測(cè)算出實(shí)際產(chǎn)量，即玉米的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量（kg·hm-2）=單株干重（kg）×每公頃實(shí)有株數(shù)。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并利用新復(fù)極差法（Duncan法）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

2　結(jié)果與分析

2.1鈍化劑對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

施用不同鈍化劑及其組合會(huì)在不同程度上影響玉米生長(zhǎng)（表2）。與對(duì)照相比，生物炭（B）、硅藻土（D）等4種鈍化劑及其不同組合對(duì)玉米株高、葉面積、生物量、穗粒質(zhì)量和產(chǎn)量均有一定影響。除了石灰粉處理外，施用其余鈍化劑及其組合均會(huì)在不同程度上促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，增加玉米株高、葉面積、地上部生物量、根部生物量和穗粒質(zhì)量，施用BZD（生物炭+沸石粉+硅藻土）處理玉米株高、葉面積、地上部生物量、根部生物量和穗粒質(zhì)量的增加最為明顯，分別增加6.30%、11.45%、11.23%、14.50%和16.27%。

就玉米產(chǎn)量而言，不同鈍化劑及其組合均有效增加玉米產(chǎn)量（除石灰粉處理外），玉米產(chǎn)量提高最顯著的處理為BZD，較對(duì)照處理提高了26.77%。不同試驗(yàn)處理下，玉米產(chǎn)量的大小順序?yàn)椋築ZD＞B＞BLD＞D＞Z＞CK＞L。

表2　不同鈍化劑對(duì)玉米成熟期生長(zhǎng)、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 2 Effects of different amendments on maize yield and its components at harvesting stage

可見(jiàn)，施用不同鈍化劑及其組合（除了石灰粉處理外），能促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，同時(shí)對(duì)玉米具有顯著的增產(chǎn)作用。

2.2鈍化劑對(duì)土壤pH值和重金屬有效態(tài)含量的影響

圖1為玉米收獲后，不同鈍化劑處理土壤pH值的變化。可以看出，施用鈍化劑后，土壤的pH值顯著升高，差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），但不同鈍化劑間差異不顯著（P＞0.05）。與對(duì)照相比，單獨(dú)施用硅藻土（D）、生物炭（B）、沸石粉（Z）和石灰粉（L）處理后，土壤pH值分別升高1.62、1.54、1.64、1.72單位；BLD和BZD 2種組合使土壤pH值分別升高1.68、1.66單位。不同鈍化劑對(duì)土壤pH值的影響差異可能與鈍化劑本身的特性和施用的量不同有關(guān)。

由于土壤pH值是影響土壤重金屬有效態(tài)和植物吸收重金屬的主要因素，本研究考察了鈍化劑對(duì)土壤中有效態(tài)Pb、Cd、As、Zn含量的影響。從表3可以看出，加入不同鈍化劑后，與對(duì)照相比，不同鈍化劑及其組合均顯著降低了土壤中Pb、Cd、As、Zn有效態(tài)含量，從而阻控了玉米對(duì)Pb、Cd、As、Zn的吸收。但不同處理水平之間存在明顯差異。

圖1　不同鈍化劑施用后土壤pH值的變化Figure 1 Changes in soil pH values after application of different amendments

施用不同鈍化劑后，土壤中有效態(tài)Pb含量與CK相比均有不同程度降低，且不同處理間存在差異。從降低效果看，單獨(dú)施用硅藻土（D）、生物炭（B）、沸石粉（Z）和石灰粉（L）處理后，土壤中有效態(tài)Pb含量分別降低了11.46%、13.64%、11.37%和6.82%，BLD和BZD 2種組合使土壤有效態(tài) Pb含量分別降低了13.73%和20.46%。

施用不同鈍化劑后，土壤中有效態(tài)Cd含量與CK相比均有不同程度降低，降幅為12.76%～28.28%，且不同處理間存在差異。從鈍化效果看，以BZD組合對(duì)Cd的降低效果最好，Cd有效態(tài)含量較對(duì)照降低了的28.28%（P＜0.05）；其次為單獨(dú)施用B處理，較CK降低了25.52%，兩者之間差異顯著（P＜0.05）。

施用不同鈍化劑及其組合均顯著降低了土壤中As有效態(tài)含量（P＜0.05），降低范圍為26.89%～48.74%。BZD組合對(duì)土壤中有效態(tài)As的降低效果最明顯，較對(duì)照處理降低了48.74%；其次為BLD組合和單獨(dú)施用B處理，兩者較CK均降低了39.75%。

與對(duì)照相比，施用鈍化劑均有效降低了土壤有效態(tài)Zn含量（表3），降幅為13.88%～28.95%。從降低效果看，以BZD組合對(duì)土壤Zn有效態(tài)含量降低效果最明顯，較對(duì)照處理Zn有效態(tài)含量降低了28.95%；其次是BLD組合處理，較CK降低了22.49%，且與對(duì)照相比差異顯著（P＜0.05）。

2.3鈍化劑對(duì)玉米籽粒吸收Pb、Cd、As、Zn的影響

表3　施用鈍化劑后土壤重金屬有效態(tài)含量Table 3 Concentrations of available heavy metals in soils after application of combined amendments

不同鈍化劑及其組合對(duì)玉米籽粒吸收Pb的影響見(jiàn)表4。和對(duì)照相比，施用鈍化劑均顯著降低了玉米籽粒Pb含量（P＜0.05），降幅為23.85%～47.71%，其中，以BZD組合對(duì)玉米籽粒Pb含量的降低效果最好，玉米籽粒Pb含量較對(duì)照降低了47.71%（P＜0.05）。其次為BLD組合，較CK處理降低了45.87%（P＜0.05）。本試驗(yàn)中，各處理玉米籽粒Pb含量在0.57～1.09 mg·kg-1之間，均高于國(guó)家食品污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012）中谷物Pb的限量（0.20 mg·kg-1），低于飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012）中谷物Pb的限量（5.0 mg· kg-1）。

不同鈍化劑對(duì)玉米籽粒吸收Cd的影響見(jiàn)表4。與對(duì)照相比，施用鈍化劑均顯著降低了玉米籽粒Cd的含量（P＜0.05），降幅為66.25%～95.00%。其中，以BZD組合對(duì)玉米籽粒Cd含量的降低效果最好，玉米籽粒Cd含量較對(duì)照降低了95.00%（P＜0.05）；其次為BLD組合，較對(duì)照CK處理降低了91.25%（P＜0.05）。本研究條件下，各處理玉米籽粒Cd含量在0.04～0.80 mg·kg-1之間，其中B、D、BZD、BLD 4個(gè)處理的玉米籽粒Cd含量都低于國(guó)家食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012）中谷物Cd的限量（0.20 mg·kg-1）。

由表4可以看出，施用鈍化劑后均顯著降低了玉米籽粒As含量。與對(duì)照相比，施用鈍化劑均有效降低了玉米籽粒As的含量（P＜0.05），降幅為60.00%～90.90%。其中，以BZD處理對(duì)玉米籽粒As含量的降低效果最好，玉米籽粒As含量較對(duì)照降低了90.90%（P＜0.05）；其次為BLD處理，較CK處理降低了83.64%（P＜0.05）。此外，本研究條件下，各處理玉米籽粒As含量在0.005～0.055 mg·kg-1之間，均低于國(guó)家食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012）中谷物As的限量（0.2 mg·kg-1）。

施用鈍化劑均顯著降低了玉米籽粒Zn含量，由表4可以看出，和對(duì)照相比，施用鈍化劑均有效降低了玉米籽粒Zn的含量（P＜0.05），降幅為15.48%～31.41%。其中，以BZD組合對(duì)玉米籽粒Zn含量的降低效果最好，玉米籽粒Zn含量較對(duì)照降低了31.41%（P＜0.05）；其次為BLD組合，較對(duì)照CK處理降低了26.10%（P＜0.05）。本研究條件下，各處理玉米籽粒Zn含量在27.91～40.69 mg·kg-1之間，均低于國(guó)家食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012）中谷物Zn的限量（50 mg·kg-1）。

表4　不同鈍化劑對(duì)玉米籽粒吸收Pb、Cd、Zn和As的影響Table 4 Effects of different amendments on concentrations of Cd，As and Pb in maize kernels

3　討論

在重金屬污染土壤上，施用土壤鈍化劑（改良劑）如石灰、硅藻土、生物炭、沸石粉等會(huì)降低重金屬對(duì)作物的毒害作用，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高作物生物量和產(chǎn)量［15］。劉維濤等［16］研究表明，投加不同的改良劑后，大白菜根部和地上部的生物量均有一定程度的增加；徐峰等［17］研究證實(shí)，添加不同改良劑對(duì)玉米的生物量影響不一樣，大多數(shù)改良劑處理均顯著地提高玉米的地上部鮮重和總鮮重；宋正國(guó)等［18］研究也表明，施用的改良材料（除海泡石外）均能促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，增加玉米葉、莖與籽粒的重量。然而也有研究表明，Cd污染土壤上施用石灰抑制了玉米生長(zhǎng)，降低了玉米生物量和產(chǎn)量［19］。本研究中，除了石灰粉外，施用硅藻土、沸石粉、生物炭及組合均能有效促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，增加植株株高、葉面積、玉米生物量，顯著提高玉米產(chǎn)量。施用硅藻土、沸石粉、生物炭及其組合顯著增加了玉米產(chǎn)量和生物量，主要原因是硅藻土、沸石粉屬于黏土礦物，其結(jié)構(gòu)層帶電荷，比表面積相對(duì)較大，通過(guò)吸附、配位反應(yīng)、共沉淀反應(yīng)等作用，減少土壤溶液中的重金屬離子濃度和活性，減輕土壤中重金屬對(duì)玉米的傷害，可促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，提高玉米生物量和產(chǎn)量；生物炭除具有較大的孔隙度、比表面積，表面帶有大量負(fù)電荷和較高的電荷密度，能夠吸附大量可交換態(tài)陽(yáng)離子外，同時(shí)含有豐富的土壤養(yǎng)分元素N、P、K、Ca、Mg及微量元素，施到農(nóng)田后，不僅可修復(fù)治理重金屬污染土壤，而且可以增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高土壤肥力，可促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，提高玉米生物量和產(chǎn)量。而石灰則由于堿性太強(qiáng)，旱地土壤對(duì)石灰的緩沖能力有限，石灰的強(qiáng)堿性在玉米生長(zhǎng)前期可能對(duì)玉米根系造成一定傷害，抑制了玉米生長(zhǎng)，降低了玉米產(chǎn)量和生物量。不同的鈍化劑對(duì)于作物的生長(zhǎng)和吸收重金屬的影響不盡一致，可能與鈍化劑自身的特性以及投加的量有關(guān)。

植物對(duì)重金屬的吸收受諸多因素的影響，如pH值、CEC、土壤自身的結(jié)構(gòu)、土壤中重金屬有效態(tài)以及離子間的相互作用等，添加鈍化劑則可以改變這些因素，從而影響植物對(duì)重金屬的吸收。研究證實(shí)，pH值是影響土壤中重金屬有效態(tài)和植物吸收的最為主要的原因［20］。土壤pH值的升高會(huì)使帶負(fù)電荷的土壤膠體對(duì)帶正電荷的重金屬離子吸附能力增加，而且土壤中的Fe、Mn等離子與OH-結(jié)合形成羥基化合物為重金屬離子提供了更多的吸附位點(diǎn)［21］，從而減小重金屬在土壤中的有效性和遷移性，進(jìn)而降低植物對(duì)重金屬的吸收累積。施用改良劑可升高土壤的pH值和降低土壤中的有效態(tài)Cd含量，施用改良劑可顯著降低大白菜中Cd和Pb的含量［16］。本研究中，施用不同鈍化劑及其組合可提高土壤pH值（圖1）和降低土壤中有效態(tài)Pb、Cd、Zn的含量（表3），降低了玉米籽粒中Pb、Cd、Zn的含量，與已有報(bào)道的結(jié)論一致。其可能原因是試驗(yàn)所施用的沸石粉、生物炭等鈍化劑為堿性添加劑，添加后土壤溶液pH值升高，土壤顆粒表面負(fù)電荷增加，促使土壤中Cd、Cu、Zn等元素形成氫氧化物或碳酸鹽結(jié)合態(tài)鹽類(lèi)沉淀［22］，并且土壤pH值的升高有利于Zn、Ni與Fe-Mn氧化物結(jié)合或向更穩(wěn)定的殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化［11］，從而降低重金屬的生物有效性。此外，生物炭材料含有作物生長(zhǎng)所需的大量及微量營(yíng)養(yǎng)元素成分，不僅可以提高土壤肥力，促進(jìn)作物增產(chǎn)，同時(shí)能夠吸附大量可交換態(tài)金屬陽(yáng)離子，與重金屬離子絡(luò)合、螯合等使之生成有機(jī)結(jié)合態(tài)，從而降低重金屬的有效性［23］。沸石粉具有比表面積較大、表面帶有豐富的負(fù)電荷等特點(diǎn)，使其對(duì)金屬離子具有較強(qiáng)的吸附和離子交換能力［24］。這是沸石粉降低土壤重金屬生物有效性的原因之一。硅藻土作為一種粘土礦物與大部分土壤的理化性質(zhì)相近，具有一定的持水性和保肥性。此外，硅藻土表面硅羥基（Si-OH）上的氫可以游離出來(lái)，使其表面在水中帶有一定的負(fù)電荷，可增強(qiáng)硅藻土表面對(duì)帶正電荷的重金屬離子的吸引能力［25］，使重金屬離子在硅藻土表面發(fā)生絡(luò)合，從而降低土壤中重金屬的遷移性和生物有效性。

土壤中的As主要以陰離子形式存在，施加碳酸鈣導(dǎo)致的土壤pH升高會(huì)促進(jìn)土壤中As的解吸［21］，提高As的生物有效性。殷飛等［26］通過(guò)向重金屬?gòu)?fù)合污染土壤分別施加磷礦粉、木炭、坡縷石、鋼渣4種鈍化劑，發(fā)現(xiàn)與未添加鈍化劑的對(duì)照組相比，土壤中Pb、Cd、Cu、Zn、As生物有效態(tài)含量均有不同程度降低。本研究中，施用硅藻土、生物炭等4種鈍化劑及其組合可升高土壤pH值（圖1）和降低土壤中As有效態(tài)含量（表3），降低玉米籽粒As含量。原因可能是試驗(yàn)土壤為Cd-As-Zn復(fù)合污染土壤，土壤中同時(shí)存在相反電荷的污染物，具有相反電荷的污染物共存時(shí)會(huì)有協(xié)同作用，能顯著提高對(duì)污染元素的固定效果，如在Fe （OH）3表面Zn和As能夠共同形成復(fù)合沉淀［27］。

此外，本研究條件下，各處理玉米籽粒Pb含量在0.57～1.09 mg·kg-1之間，均高于國(guó)家食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2012）中谷物 Pb的限量（0.20 mg·kg-1）。原因可能是：用來(lái)試驗(yàn)的土壤為重金屬?gòu)?fù)合污染土壤和大氣沉降所引起的污染。玉米對(duì)Pb的吸收積累不僅取決于土壤中Pb的有效態(tài)含量，還取決于土壤的pH值、Pb與其他元素的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用、植物對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)能力等因素的作用［17，28］。

4　結(jié)論

（1）除石灰粉外，施用其他3種鈍化劑及其組合都不同程度地促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，增加玉米株高、葉面積、生物量和穗粒質(zhì)量，顯著提高玉米產(chǎn)量（P＜0.05）。

（2）施用不同鈍化劑及其組合顯著升高土壤的pH值（P＜0.05），有效降低土壤中Pb、Cd、As、Zn有效態(tài)含量。與對(duì)照相比，土壤中有效態(tài)鉛、鎘、鋅、砷的降幅分別達(dá)：6.82%～20.46%，12.76%～28.28%，26.89%～48.74%，13.88%～28.95%；BZD處理降低土壤中Pb、Cd、As、Zn有效態(tài)含量效果最明顯（P＜0.05）。

（3）施用不同鈍化劑及其組合均顯著降低玉米籽粒對(duì)Pb、Cd、As、Zn的吸收、累積，其中BZD處理效果最明顯，玉米籽粒Pb、Cd、As、Zn含量較對(duì)照分別降低47.71%、95.00%、90.90%和31.41%；所有處理玉米籽粒Pb含量均超過(guò)國(guó)家食品污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg· kg-1），同時(shí)都低于國(guó)家飼料污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（5.0 mg· kg-1）。

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Effects of different amendments on growth and Pb，Cd，As，Zn uptake by Zea mays

DU Cai-yan1，2，MU Lin3，WANG Hong-hua3，YAN Ting-ting3，CHENG Zai-quan4，ZENG Min4，DUAN Zong-yan1*，LEI Mei5*，LUO Hongmei4
（1.Institute of agricultural Environment&Resources，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Kunming 650205，China；2.Plant Protection College，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；3.Agricultural environmental protection monitoring station of Yunnan Province，Kunming 650201，China；4.Biotechnology&Genetic Resources Institute，Yunnan Academy of Agriculture Sciences，Kunming 650223，China；5.Institute of Geographic Science and Natural Resources Research，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100101，China）

Field experiments were conducted to investigate the effects of diatomite，biochar，zeolite and lime and their additive proportion on maize growth and lead（Pb），cadmium（Cd），arsenic（As）and zinc（Zn）uptake by maize kernels and the available Pb，Cd，As and Zn in soil.The results showed that except lime，three amendments could improve maize growth and increase plant height，leaf area as well as biomass.The yield of maize was also significantly increased.All four amendments could increase soil pH values and reduce the concentration of available Pb，Cd，As and Zn in soil.Compared to the control treatment，applying different amendments led to a decrease of available Pb content in soil by 6.82%～20.46%，available Cd by 12.76%～28.28%，available As by 26.89%～48.74%，and available Zn by 13.88%～28.95%.Additions of BZD（biochar+zeolite+diatomite）was the most available treatments to decrease the available content of heavy met-als in soil，and BLD（biochar+lime+diatomite）was ranked to be the second.At the same time，All four amendments could all reduce Pb，Cd，As and Zn uptake by maize kernels.Compared to the control treatment，the application of BDZ reduced the concentration of Pb，Cd，As and Zn in maize kernels by 47.71%，95.00%，90.90%and 31.41%respectively.Our results in this study demonstrated that applying BDZ additive proportion amendments was the best functional amendments for the remediation of heavy metal contaminated soil of Cd-As-Zn.

amendments；heavy metals；availability；Zea mays

S513

A

1672-2043（2016）08-1515-08

10.11654/jaes.2016-0579

2016-04-25

中科院國(guó)際合作項(xiàng)目（GJHZ201308）

杜彩艷（1977—），女，博士生，副研究員，主要從事植物營(yíng)養(yǎng)和環(huán)境生態(tài)方面研究。E-mail：caiyandu@126.com

雷梅E-mail：leim@igsnrr.ac.cn；段宗顏E-mail：duanzongy@163.com