許劍敏，劉奮武

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

不同鈍化劑對Cd污染土壤鈍化效果及油菜中Cd含量的影響

許劍敏，劉奮武

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

采用盆栽試驗(yàn)，研究施加鈍化劑海泡石、膨潤土和雞糞對Cd污染土壤的鈍化效果以及對油菜中Cd含量的影響。結(jié)果表明，施加雞糞可顯著提高油菜地上生物量，施加海泡石、膨潤土對油菜生物量無顯著影響；施加海泡石、膨潤土可顯著提高土壤pH值，施加雞糞可降低土壤pH值；施加鈍化劑能顯著降低土壤中有效態(tài)Cd含量及油菜地上部分Cd含量，有機(jī)無機(jī)鈍化劑配施效果好于單施鈍化劑處理，經(jīng)處理，油菜中Cd含量符合《食品安全標(biāo)準(zhǔn)》（GB2762—2012）規(guī)定的葉菜類0.2 g/kg的Cd濃度限值。

海泡石；膨潤土；雞糞；鈍化

當(dāng)前由于金屬礦山的開采、汽車尾氣的排放、農(nóng)業(yè)上肥料和農(nóng)藥的大量施用等，造成土壤中重金屬含量大幅度增加，土壤重金屬污染已經(jīng)成為世界上非常嚴(yán)峻的環(huán)境問題[1-3]。受重金屬污染的土壤，肥力降低，影響農(nóng)作物產(chǎn)量，并通過食物鏈進(jìn)入人體內(nèi)。Cd是一種對人體毒性大，容易在土壤與植物中積累的重金屬污染物[4-5]，由于Cd廣泛應(yīng)用于合金制造、電鍍以及電子設(shè)備中，因此，其對土壤的污染較為嚴(yán)重。有數(shù)據(jù)表明，我國菜地土壤的Cd超標(biāo)率高達(dá)24.1%[6]，因此，修復(fù)土壤Cd污染意義重大。

土壤鈍化修復(fù)常見的鈍化劑分為無機(jī)鈍化劑和有機(jī)鈍化劑2種。無機(jī)鈍化修復(fù)是利用經(jīng)濟(jì)有效的石灰、沸石、碳酸鈣、磷酸鹽和硅酸鹽等不同鈍化劑，與重金屬發(fā)生吸附、氧化還原、拮抗或沉淀作用，從而造成重金屬的生物有效性下降[7-10]；有機(jī)鈍化修復(fù)是利用有機(jī)堆肥、畜禽糞便以及城市污水廠中產(chǎn)生的活性污泥作為重金屬絡(luò)合劑固定重金屬，同時為作物提供必要的營養(yǎng)元素[11-14]。

當(dāng)前，關(guān)于化學(xué)修復(fù)重金屬土壤的文獻(xiàn)雖然較多，但多數(shù)均采用單一改良劑，而有機(jī)無機(jī)鈍化劑配施較少。本研究通過模擬Cd污染土壤，以小油菜作物進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，選用常見的海泡石、膨潤土及發(fā)酵雞糞作為鈍化劑，通過研究不同鈍化劑對油菜生物量、油菜中Cd含量、土壤pH值及土壤中有效態(tài)Cd含量的影響，旨在為合理選擇鈍化劑修復(fù)土壤提供一定依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

從山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院試驗(yàn)站采集表層（0～20 cm）土壤，土壤為石灰性褐土，基本理化性狀為：pH值7.85，陽離子交換量13.45 cmol/kg，有機(jī)質(zhì)含量13.6 g/kg，Cd全量0.37 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料

供試作物為小油菜，品種為四月慢。所用海泡石為粉末狀，pH值為9.57，Cd全量0.86 mg/kg；膨潤土為粉末狀，pH值為8.33，Cd全量0.45 mg/kg，二者均購自石家莊凱捷礦產(chǎn)公司。

供試雞糞來自養(yǎng)雞場，施用前堆肥發(fā)酵，pH值為6.31，Cd全量1.13 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

采用盆栽試驗(yàn)，將土壤自然風(fēng)干，易除其中的大部分雜質(zhì)，然后過2 mm鐵篩，向土壤中添加已配好的CdCl2（化學(xué)純）溶液，使土壤中Cd濃度為3 mg/kg，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笤谑覝貤l件下老化30 d。

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院試驗(yàn)站溫室內(nèi)進(jìn)行。采用塑料盆，每盆裝入2 kg老化后的Cd污染土壤。試驗(yàn)設(shè)6個處理：處理1.不含任何鈍化劑（CK）；處理2.海泡石10 g/kg（S）；處理3.膨潤土10 g/kg（B）；處理4.雞糞10 g/kg（M）；處理5.海泡石10 g/kg＋雞糞10 g/kg（S＋M）；處理6.膨潤土10 g/kg＋雞糞10 g/kg（B＋M）。

施入基肥N 0.2 g/kg（尿素）、P 0.1 g/kg（過磷酸鈣）、K0.2 g/kg（碳酸鉀），將基肥、鈍化劑、土壤攪拌均勻，調(diào)節(jié)該混勻土壤田間持水量至65%，平衡7 d。每盆播種10株小油菜，在出苗后進(jìn)行不定期間苗，每盆保留3株長勢均勻的幼苗。定期澆灌，保持65%的土壤持水量，45 d后收獲小油菜。

1.4 樣品的采集及項(xiàng)目測定

油菜生長45 d后，剪取植株地上部分，分別用自來水和去離子水沖洗并吸干水分，在105℃下殺青30 min，70℃烘干，粉碎。

油菜中Cd含量的測定采用HNO3-HClO4法；土壤Cd含量用HCl-HNO3-HClO4-HF法消解，有效態(tài)Cd采用DTPA溶液浸提[15]，原子吸收分光光度計測定。土樣pH值采用電位法（土液比1∶2.5）測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2007和SPSS19軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鈍化劑對油菜地上部生物量的影響

各處理對油菜地上部生物量的影響如圖1所示。從圖1可以看出，與CK處理相比，各處理施用鈍化劑以后對油菜地上部生物量均有不同程度的提高，施入有機(jī)肥雞糞的處理油菜地上生物量增幅較為顯著，其中，S＋M處理地上生物量增加幅度最明顯，比CK增加27.6%；B＋M處理次之；而單施礦物鈍化劑處理與CK處理差異不顯著。各處理對油菜地上生物量影響大小順序?yàn)镾＋M＞B＋M＞M＞S＞B＞CK。

雞糞作為有機(jī)肥，可以向作物提供豐富的N，P，K等大量營養(yǎng)元素和B，Zn，Mn，Mo等中微量元素；有機(jī)肥含有多種功能性微生物，可直接或間接為作物提供多種營養(yǎng)和刺激性物質(zhì)，促進(jìn)和調(diào)控作物生長；而海泡石與膨潤土屬于天然礦物，不含有對作物有益的營養(yǎng)元素，基本沒有肥力，對作物來說就是石頭。因此，單施礦物鈍化劑處理與CK處理間差異不顯著，而施入含有雞糞的處理與CK處理比較差異顯著。

2.2 不同鈍化劑對土壤pH的影響

由圖2可知，各處理對Cd污染土壤pH有不同程度的影響，其中，單施無機(jī)礦物鈍化劑海泡石、膨潤土增加了土壤pH值，S處理提高pH值最大，比CK處理增加了0.31，且與各處理間差異顯著。這是因?yàn)楹Ｅ菔蕪?qiáng)堿性，pH值為9.57，施入土壤后能明顯提升土壤pH值，而膨潤土的pH值為8.33，呈弱堿性，因而提升土壤pH值能力弱于海泡石[16]。

施入有機(jī)肥雞糞的處理中則降低了土壤pH值，其中，M處理pH值比CK降低了0.27，降幅最大，其他加入有機(jī)肥雞糞的處理pH值也有不同程度降低。這主要是因?yàn)殡u糞pH值為6.31，低于供試土壤7.85，同時，雞糞在腐熟過程中會形成和累積大量的有機(jī)酸，從而進(jìn)一步降低土壤的pH值[17]。

2.3 不同鈍化劑對土壤有效態(tài)Cd的影響

從圖3可以看出，與CK處理相比，各處理均顯著降低土壤中有效態(tài)Cd，降幅為20.1%～39.6%，其中，有機(jī)無機(jī)鈍化劑配施效果更為明顯，與其他處理間差異顯著；S＋M處理的土壤有效Cd濃度最低，B＋M次之，但二者間差異不顯著；單施鈍化劑處理間差異不顯著。

海泡石和膨潤土同屬于硅酸鹽類天然黏土礦物，結(jié)構(gòu)均為2個硅氧四面體之間夾著一個八面體晶片結(jié)構(gòu)[18]，因此，具有比表面積大、空隙豐富的特點(diǎn)，同時，礦物表面富含OH-等大量負(fù)電荷，有較強(qiáng)的化學(xué)吸附能力和離子交換能力。因此，海泡石與膨潤土的施入可以提高土壤對重金屬的吸附容量，并大幅度降低重金屬對作物的有效性。

有機(jī)肥的絡(luò)合作用是鈍化土壤重金屬的主要原因。有機(jī)肥表面富含芳香結(jié)構(gòu)，含有大量的羥基、酚羥基和羰基等官能團(tuán)，這些官能團(tuán)為重金屬的絡(luò)合提供了大量的配位基，因而對重金屬有高度的親和性，可以吸附土壤中重金屬，降低其遷移性和生物有效性[19]。同時，有機(jī)肥可以增加土壤陽離子交換量，增加土壤表面可變負(fù)電荷，從而增強(qiáng)對重金屬的吸附能力[20]。

2.4 不同鈍化劑對油菜地上部分Cd含量的影響

由圖4可知，施加鈍化劑后，油菜地上部分Cd含量均顯著較低，降幅為29.4%～58.5%，有機(jī)無機(jī)鈍化劑配施效果好于單施鈍化劑處理，其中，S＋M處理效果最好。施加鈍化劑后各處理油菜地上部分Cd含量均低于《食品安全標(biāo)準(zhǔn)》（GB2762—2012）規(guī)定的葉菜類0.2 g/kg的Cd含量限值。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，施加鈍化劑可以不同程度增加油菜地上部分生物量，施加海泡石、膨潤土對油菜生物量無顯著影響，施加雞糞可顯著提高油菜地上生物量。施加海泡石、膨潤土可顯著提高土壤pH值，施加雞糞會降低土壤pH值。

施加鈍化劑能顯著降低土壤中有效態(tài)Cd含量，有機(jī)無機(jī)鈍化劑配施效果好于單施鈍化劑處理，S＋M處理中土壤有效Cd含量最低。施加鈍化劑能顯著降低油菜地上部分Cd含量，有機(jī)無機(jī)鈍化劑配施效果好于單施鈍化劑處理，S＋M處理效果最好，經(jīng)過處理，油菜Cd含量符合國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

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Effects of Different Passivation Agents on Cd Contaminated Soil and the Content of Cd in Rape

XUJianmin，LIUFenwu
（College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The pot experiment was conducted to investigate the effects of applying chicken manure,sepiolite and bentonite on immobilization remediation of Cd contaminated soil.The results showed that applying chicken manure could significantly increase the biomass of rape,addition of sepiolite and bentonite had no significant effect on the biomass of rape.Applying chicken manure could reduce soil pH value,addition of sepiolite and bentonite could significantly improve soil pH value.Applying the passivation agent significantly decreased available Cd concentrations in soil and the content of Cd in rape,and combing applications of clays and chicken manure was better than that single passivation agent.In all immobilization treatments Cd concentration of rape was lower than the maximumlevel permitted byGB2762-2012.

sepiolite;bentonite;chicken manure;immobilization

X53

A

1002-2481（2016）12-1799-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.12.15

2016-07-13

山西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（2015011022）；山西農(nóng)業(yè)大學(xué)校青年科技創(chuàng)新基金項(xiàng)目（J141502002）

許劍敏（1980-），男，山西榆次人，講師，主要從事土壤退化與生態(tài)重建研究工作。