徐奕+梁學++峰彭亮+曾清如+徐應明

摘要：隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，農(nóng)田土壤重金屬污染日趨嚴重。鈍化修復技術因其具有修復速率快、效果好、穩(wěn)定性好、操作簡單等優(yōu)點較適應于大面積中輕度重金屬污染農(nóng)田修復治理。本文概述了農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復技術特點及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復技術的發(fā)展歷史。在此基礎上就黏土礦物材料對農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復研究現(xiàn)狀、農(nóng)藝措施對農(nóng)田土壤重金屬污染黏土礦物材料鈍化修復效應及穩(wěn)定性影響、黏土礦物材料鈍化修復對農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量影響等諸多方面進行了詳細綜述，并就黏土礦物材料在農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復中的應用及相關問題進行了展望。

關鍵詞：黏土礦物；土壤；重金屬；鈍化；進展

中圖分類號：S156.99文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）02-0156-08

農(nóng)田土壤重金屬污染主要來自于鉛礦、鉛鋅礦等開采的廢水和廢渣排放，礦山開采廢氣中重金屬的擴散、沉降，含重金屬的工業(yè)廢水排放與農(nóng)田污水灌溉，含重金屬農(nóng)藥、化肥與有機肥的大量施用，城市污水處理廠污泥排放和農(nóng)用污染，以及含重金屬的城市垃圾傾倒淋濾造成的農(nóng)田土壤污染等。在過去幾十年中，由于國家和地方政府對農(nóng)田土壤重金屬潛在污染的重視不夠，導致目前我國農(nóng)田土壤重金屬污染呈現(xiàn)由點向面、由大中城市周邊向遠郊農(nóng)村擴散的趨勢，許多地區(qū)農(nóng)田土壤重金屬污染呈現(xiàn)出區(qū)域性和流域性污染發(fā)展態(tài)勢，導致農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量惡化與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全受重金屬污染威脅十分嚴重，特別是在一些經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)[1]。在南方酸性水稻區(qū)，如湖南、江西、湖北、四川、廣西、云南、廣東等地區(qū)，農(nóng)田土壤重金屬鎘污染超標現(xiàn)象較為普遍，稻米鎘超標明顯。據(jù)有關文獻不完全統(tǒng)計，我國耕地受到鎘、鉛、砷、鉻、汞等重金屬污染近2 000萬公頃，約占總耕地面積的1/6，其中重金屬鎘污染耕地面積占近40%，主要涉及11個省25個地區(qū)[2]。2014年4月17日環(huán)境保護部和國土資源部發(fā)布全國土壤污染狀況調(diào)查公報指出，全國土壤總的點位超標率為 16.1%，其中鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8種無機污染物點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%[3]。面對農(nóng)田重金屬污染面廣、量大，尚未成熟的大面積修復治理技術的現(xiàn)狀，本文重點就黏土礦物材料在農(nóng)田土壤重金屬特別是鎘污染鈍化修復中的研究進展進行了較為詳細的綜述，以期為我國農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復技術的進一步發(fā)展提供新的思路。

1農(nóng)田土壤重金屬污染修復技術

農(nóng)田土壤重金屬污染修復對技術要求很高，在目前國內(nèi)外研究中，大量土壤重金屬污染修復成熟技術主要來自場地，如固化/穩(wěn)定化技術、淋洗技術、電動修復技術、熱解吸法等，這些修復技術成本均較高，同時在場地土壤重金屬污染修復中，基本不考慮修復后土壤環(huán)境質(zhì)量。而農(nóng)田土壤重金屬污染修復在保證修復效果的同時，必須保障修復前后土壤環(huán)境質(zhì)量不會產(chǎn)生明顯變化，不會影響農(nóng)業(yè)正常生產(chǎn)。因此，場地重金屬污染修復中大量成熟技術難以復制到農(nóng)田土壤重金屬污染修復中應用。目前，適用于農(nóng)田土壤重金屬污染修復的技術主要包括以下4種：（1）農(nóng)藝調(diào)控技術，主要包括通過良好農(nóng)田水分管理措施、良好肥料運籌、良好耕作及輪作措施，以及酸性土壤pH值調(diào)節(jié)措施等，降低土壤中重金屬有效性，阻控重金屬向農(nóng)作物可食部位的遷移累積；（2）高效鈍化修復技術，主要是通過向農(nóng)田耕作表層土壤中添加環(huán)境友好型鈍化材料，借助土壤重金屬在鈍化材料表面及內(nèi)孔的吸附、絡合、沉淀、置換等作用，降低土壤中重金屬離子的活性，實現(xiàn)重金屬離子在土壤中的鈍化/固定化，阻控重金屬離子在土壤中向農(nóng)作物根系的運移，降低農(nóng)作物可食部位對土壤重金屬的吸收累積，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)；（3）植物修復技術，主要是利用篩選出的富集及超富集植物對農(nóng)田土壤中重金屬的吸收提取，降低土壤中重金屬含量的一種修復技術；此外，植物修復技術中還包括：植物穩(wěn)定化技術，即利用植物根系分泌出的化學物質(zhì)與土壤重金屬發(fā)生反應，實現(xiàn)對土壤有害重金屬的鈍化/穩(wěn)定化等；（4）植物葉面阻隔技術，主要是通過在農(nóng)作物葉面噴施微量元素（簡稱葉面微肥或葉面調(diào)理劑），抑制或拮抗農(nóng)作物對土壤重金屬元素的吸收累積。

在上述4種農(nóng)田土壤重金屬污染修復技術中，農(nóng)藝調(diào)控措施和植物葉面阻隔技術一般修復效率較低，特別是葉面阻隔技術，修復效果還存在不穩(wěn)定、異地復制效果較差的缺點，目前有關植物葉面阻隔機理尚不完全清楚。農(nóng)藝調(diào)控措施中，水分管理技術特別對南方酸性鎘污染水稻田具有較好的調(diào)控效果，但長期淹水需要大量清潔水源，在干旱季節(jié)將會導致水源困難，對該技術的應用將產(chǎn)生不利影響；良好肥料運籌將受到農(nóng)作物對肥料需求的限制，對能夠造成土壤重金屬活化的肥料控制又會受到農(nóng)作物正常生長的肥料需求影響，所以如何在通過良好施肥措施控制土壤有害重金屬活性的同時實現(xiàn)農(nóng)作物的健康生長仍然需要開展大量研究工作；酸性土壤pH值調(diào)節(jié)目前主要使用石灰，石灰的大量長期使用會產(chǎn)生一系列負面影響，而且效果也普遍較低，操作極不便利。植物修復技術一般適應于重度重金屬污染農(nóng)田，且修復時間長，修復過程中影響農(nóng)作物正?；顒樱罅啃迯脱a償經(jīng)費政府將難以承受，該項技術大面積推廣應用存在困難。鈍化修復技術具有修復速率快、效果好、穩(wěn)定性強、價格適中、操作簡單等優(yōu)點，特別適用于大面積重金屬污染農(nóng)田土壤的修復治理，是目前國內(nèi)研究最為活躍的農(nóng)田土壤重金屬污染修復技術。

2鈍化修復技術的發(fā)展歷史

農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復與場地重金屬污染固化修復技術不同，根據(jù)美國國家環(huán)保署（EPA）的定義，固化技術主要指將污染物囊封入惰性基材中，或在污染物外面封裝上低滲透性材料，通過減少污染物暴露的淋濾面積以達到控制污染物遷移的目的，也稱為穩(wěn)定化技術。兩者最大的差別包括所使用的修復劑不同，修復目標物土壤的用處差異。其中農(nóng)田土壤重金屬污染所使用的鈍化劑主要是一些環(huán)境友好型材料，包括：黏土礦物、生物炭、含磷材料、有機物料、硅鈣類材料等，而場地污染修復所采用的固化材料主要包括：無機粘結物質(zhì)，如水泥等；有機粘結劑，如瀝青等熱塑性材料；熱硬化有機聚合物，如尿素、酚醛塑料和環(huán)氧化物等，玻璃化物質(zhì)等。所以，場地重金屬污染土壤固化修復后基本失去了農(nóng)用價值。

農(nóng)田土壤重金屬鈍化修復研究主要開始于20世紀50年代，其研究思路來源于科研人員采用吸附劑吸附去除水體中有害重金屬離子。通過科研人員大量研究發(fā)現(xiàn)，土壤重金屬污染的危害主要源于存在于土壤中具有活性的那部分重金屬離子，而重金屬離子一旦被鈍化或固定，使其活性下降，亦即降低其在土壤中的遷移性，其對植物的毒性將極大地下降，隨后研究人員逐漸將這些重金屬離子吸附劑應用到土壤重金屬污染的吸附固定中。80年代以后，大量鈍化材料，如黏土礦物材料、沸石分子篩材料、磷酸鹽、石灰、有機物料、人工合成的沸石、污泥、含鐵氧化物材料等被大量應用于土壤重金屬Pb、Cd、As等污染的鈍化修復研究中[4-15]。

由于不同重金屬元素化學性質(zhì)差異較大，在同一鈍化材料表面的吸附、離子交換、絡合等作用存在著明顯的差別，而在重金屬土壤毒性評價中常常用重金屬離子的遷移性能來評估重金屬元素在土壤環(huán)境中的歸趨和生物學毒性。不同重金屬離子間存在著獨特的移動性能，所以在實際農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復中，一般難以找到單一的鈍化修復劑用來降低大部分有害重金屬離子的有效性，而對土壤中微量元素和大量元素不產(chǎn)生吸附固定作用。在已有研究的大量鈍化劑中部分適合于幾種重金屬離子，但對各種有害重金屬離子的鈍化效果還要取決于所加入鈍化劑的量。

對于重金屬污染程度較輕的農(nóng)田土壤，可以根據(jù)重金屬在土壤中的存在特性，向土壤中施加各種鈍化修復劑，如黏土礦物、生物質(zhì)、有機堆肥、人工合成沸石、橄欖皮等[16-20]，用以修復被重金屬污染的土壤。當外源鈍化劑添加到土壤中后，與重金屬離子產(chǎn)生離子交換、吸附、表面絡合和沉淀等一系列反應。各種鈍化劑的鈍化修復效果除了與添加的劑量有關外，還與所使用鈍化劑的種類和添加的形式、鈍化劑自身與重金屬離子的物理化學性質(zhì)等密切相關。例如，在實際研究過程中，由于低成本和高溶解性，常用Ca（H2PO4）2代替CaHPO4，以Ca（H2PO4）2和CaCO3進行混合，能明顯降低重金屬元素的可提取態(tài)濃度，有效地實現(xiàn)對重金屬離子進行鈍化。由于易溶解和反應，CaO是一種非常有效的鈍化劑，尤其是在鈍化固定重金屬鎘、鉛和鋅元素方面，它的添加會導致土壤pH值迅速升高，促使土壤中重金屬鎘、鉛和鋅等形成氫氧化物沉淀；同時，由于石灰具有較高的水溶性，它能更有效地滲入土壤孔隙中，比其它鈍化劑具有更好的修復效果。如在土壤中添加石灰、紅泥和高爐渣鈍化修復鎘、鉛和鋅污染，試驗結果表明，3種鈍化劑均可明顯降低土壤中鎘、鉛和鋅的有效態(tài)含量，紅泥在降低生菜地上部重金屬含量方面效果最好，與對照相比，生菜中鎘、鉛和鋅含量降低分別達86%、58%和73%；紅泥和石灰修復下，土壤呼吸強度、脲酶和脫氫酶活性明顯增加[21]。

在土壤化學修復中，石灰是使用時間最久的鈍化劑，但石灰在實際應用中由于飛飄，農(nóng)民撒施極不方便，而且在實際應用中發(fā)現(xiàn)施石灰對酸性水稻田Cd污染稻米降Cd效果并不十分理想，其中一個原因可能是由于Ca2+與Cd2+有相近的離子半徑，所以導致已吸附在土壤顆粒上的Cd2+可被Ca2+重新置換到土壤溶液中而再次有可能被植物所吸收，導致施石灰降低作物吸收Cd的效果并不明顯。同時發(fā)現(xiàn)施石灰降低土壤pH值維持時間較短，一般僅有2～3個月時間，土壤pH值又會迅速上升，這樣需要反復增施石灰以便保持效果，而長期大量施用石灰又會導致土壤鈣化、板結，影響農(nóng)作物正常生長。此外，硫磺及某些還原性有機化合物可以使重金屬可溶性轉變成為高度難溶性的硫化物沉淀，磷酸鹽類物質(zhì)如磷灰?guī)r、羥基磷灰石等可與重金屬鉛等反應形成難溶磷酸鉛，可促進鉛等重金屬的沉淀，減少土壤中的鉛離子等的可溶態(tài)和可提取態(tài)含量，但這些研究大部分仍然以實驗室模擬試驗為主。如國外相關科研人員在實驗室利用Pb（NO3）2與天然磷礦石混合開展土柱試驗，發(fā)現(xiàn)天然磷礦石可固定39%～100%的鉛（British Standards Institution，1988）；Haidouti[22]采用盆栽試驗，對含汞920 μg/kg的污染土壤添加天然沸石進行處理并種植黑麥草和紫花苜蓿，研究發(fā)現(xiàn)土壤添加不同含量的天然沸石后，黑麥草和紫花苜蓿地上部和根部中汞的含量明顯降低，分別減少50%和80%以上。因此，科研人員認為，在重金屬污染土壤中添加少量沉淀劑如磷酸鹽等，可以降低植物對重金屬的吸收作用。但應該注意到的是向土壤中添加熟石灰、碳酸鈣、硅酸鈣和硅酸鎂鈣等化學物質(zhì)，均會給土壤理化性質(zhì)和微生物生長環(huán)境帶來不同程度地不利影響，導致土壤環(huán)境質(zhì)量下降，對作物生長產(chǎn)生不利影響。因此，需要進一步篩選和研究對土壤環(huán)境友好的重金屬污染鈍化修復劑。

3黏土礦物材料對農(nóng)田重金屬污染鈍化修復

3.1黏土礦物材料的特性

利用天然礦物治理土壤重金屬污染的方法是建立在充分利用自然規(guī)律的基礎之上的，體現(xiàn)了天然自凈化作用的特色，不會給農(nóng)田土壤帶來二次污染，具有環(huán)境友好型特點。黏土礦物（clay minerals）是黏土巖和土壤的主要礦物組成，是一些含鋁、鎂等為主的含水硅酸鹽礦物[23]。除坡縷石、海泡石具鏈層狀結構外，其余均具層狀結構，顆粒極細，一般小于0.01 mm，加水后具有不同程度的可塑性。自然界中一般還包括高嶺土、蒙脫土、伊利石等。

海泡石是具有鏈式層狀結構的纖維狀富鎂硅酸鹽黏土礦物，由二層硅氧四面體片之間夾一層金屬陽離子八面體組成，為2∶1型，其化學式為Mg8（H2O）4[Si6O15]（OH）4·8H2O，其中SiO2含量一般在54%～60%之間，MgO含量大部分在21%～25%之間，并常伴有少數(shù)置換的陽離子。我國是世界上少數(shù)幾個富產(chǎn)黏土礦物材料海泡石的國家之一，但開發(fā)利用卻十分滯后，目前仍以出口原料為主。由于海泡石比表面面積較大，理論計算其內(nèi)表面可達500 m2/g，僅次于活性炭，但其價格僅為活性炭的十幾分之一，價格極其低廉，而且易于開采。因此，加強對海泡石的開發(fā)利用研究有著極其重要的意義。Onodera研究表明，用海泡石吸附水體中Cd2+、Pb2+、Zn2+、Cu2+，在5 min內(nèi)即可達到平衡，說明海泡石對重金屬不僅具有較強的吸附能力，而且吸附速率快。在水溶液pH值為5時，濃度分別為100 mg/L的Cd2+、Pb2+、Hg2+溶液，經(jīng)改性海泡石吸附處理后，重金屬去除率均達到98%以上。pH值是影響海泡石吸附重金屬能力的重要因素，pH值<5的酸性水溶液將不利于海泡石對重金屬離子的吸附作用，pH值≥5的弱酸性和弱堿性條件有利于海泡石對水溶液中重金屬的吸附。研究表明，與其它吸附劑相比，由于海泡石獨特的晶體結構，具有比表面積大、吸附性能好和離子交換能力強的特點，對重金屬離子具有較強的吸附固定能力，加工處理工藝簡單，特別適宜于我國農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復治理，具有修復費用較低、鈍化效果高、環(huán)境友好等優(yōu)點，具有廣泛的應用前景。

3.2黏土礦物材料對農(nóng)田土壤重金屬鈍化修復作用

黏土礦物鈍化修復土壤重金屬污染具有不同于其他修復技術的優(yōu)點，如原位、廉價、易操作、見效快、不易改變土壤結構、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境等，并且能增強土壤的自凈能力[24]。國內(nèi)外對黏土礦物鈍化修復農(nóng)田重金屬污染開展了大量研究工作。研究表明，盆栽土壤經(jīng)海泡石鈍化修復后，pH值明顯提高，有效態(tài)Cd含量則明顯降低，與對照相比，在土壤重金屬鎘含量分別為1.25、2.50 mg/kg和5.00 mg/kg時，添加海泡石可使土壤Cd有效態(tài)含量分別降低11.0%～44.4%、7.3%～23.0%和4.1%～17.0%，海泡石鈍化修復可以明顯提高菠菜產(chǎn)量，在上述3種Cd濃度污染土壤下，海泡石鈍化修復可使菠菜產(chǎn)量分別比對照增加2.76～5.11、0.68～1.40、1.48～7.12倍，在海泡石添加量為1%～10%時，菠菜地上部Cd含量分別比對照降低78.6%～300.4%、44.6%～169.0% 和18.1%～89.3%[25]。采用蛭石對重金屬污染土壤修復表明，添加蛭石的土壤pH值由初始的4.17增加到5.99，土壤中Cu、Ni、Pb、Zn交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)含量明顯降低，試驗蔬菜萵苣和菠菜可食部位重金屬含量降幅達60%以上[26]。王林等[27]通過盆栽試驗研究表明，菜地土壤中添加海泡石、酸改性海泡石以及二者與磷酸鹽復配使用均能顯著降低土壤提取態(tài)Cd、Pb的含量，最大降低率可分別達23.3%和47.2%，其中鈍化材料復配處理效果要優(yōu)于鈍化材料單一處理。菜地土壤添加海泡石和磷酸鹽，可在一定程度上提高土壤pH值，增加土壤對重金屬離子的物理化學吸附作用，以及生成礦物沉淀等，促進污染菜地土壤中的Cd、Pb由活性高的交換態(tài)向活性低的殘渣態(tài)轉化，顯著降低Cd、Pb的生物有效性和遷移能力。

當前，我國南方酸性水稻田重金屬Cd污染形勢突出，土壤Cd污染約占重金屬污染的40%，稻米Cd超標比較普遍，稻米安全生產(chǎn)面臨較大挑戰(zhàn)，迫切需要高效、穩(wěn)定、價低、友好的鈍化修復材料及其修復技術。國內(nèi)外盡管在長達幾十年的時間中開展了大量鈍化修復技術研究，但由于歐美發(fā)達國家農(nóng)田污染面積一般較小，大量土壤重金屬污染修復技術研究主要以場地污染研究為主，國內(nèi)有關農(nóng)田重金屬污染鈍化修復技術雖然研究較多，但主要以實驗室研究為主，田間小面積試驗為輔，技術大面積復制的高效性、穩(wěn)定性、長期鈍化修復的環(huán)境友好性等尚不明確，現(xiàn)有技術的大面積推廣應用仍然存在許多不確定性。因此，加強南方酸性水稻田重金屬污染，特別是Cd污染的修復技術研究急迫而艱巨。在已經(jīng)開展的鈍化修復研究中，以黏土礦物材料研究較多。在大田試驗研究中，海泡石分別與磷肥和生物炭復配用于農(nóng)田重金屬Cd污染鈍化修復，當666.7m2海泡石添加量為1 000 kg 時，可使糙米中Cd含量降低46.5%，當1 000 kg海泡石與333.5 kg 磷肥聯(lián)合使用時，糙米鎘含量降幅高達72.9%。當1 000 kg 海泡石與333 kg 生物炭聯(lián)合使用時，糙米中Cd的降幅可達63.6%，聯(lián)合鈍化效果幾乎是海泡石與生物炭單一修復之和，表明海泡石和生物炭之間具有很好的兼容性[28]。黏土礦物材料對重金屬離子的吸附作用是其重要特性之一，其吸附機理包括物理吸附、化學吸附和離子交換3種。重金屬鉛在農(nóng)田土壤污染中，大部分被表層土壤所吸附固定，這是因為土壤中含有的伊利石、蒙脫土和高嶺土對Pb2+的吸附作用要比對Ca2+的吸附作用力大2～3倍，因而導致鉛在耕作層土壤中的遷移力較弱，土壤中的蒙脫土和高嶺土對鉻的吸附作用同樣較強[29]。土壤對砷的吸附則以黏土礦物中鐵鋁的氫氧化物為主[30]。Kumpiene等[31]研究了采用斑脫土修復As污染土壤，添加10%的斑脫土即可使土壤中As的淋溶量減少50%。郝秀珍等[32]通過盆栽試驗研究了添加天然蒙脫土和沸石對銅礦尾礦砂上黑麥草生長的影響，結果發(fā)現(xiàn)，尾礦砂中加入蒙脫土可以顯著降低有效態(tài)鋅含量，但對有效態(tài)銅的含量無明顯影響。屠乃美等[33]通過田間試驗研究了不同改良劑對鉛鎘污染稻田的改良效應，結果顯示，對Pb、Cd污染的水稻田土壤，施加適量的海泡石和高嶺土具有一定的改良效果，水稻的生長發(fā)育得到明顯改善，產(chǎn)量獲得了一定的提高，土壤和糙米中2種重金屬的含量明顯降低。在施用鈣鎂磷肥、石灰、海泡石和腐植酸的試驗研究中，除腐植酸外，另外3種修復劑均可有效地降低土壤重金屬Cd的有效態(tài)含量，降幅達26%～97%，稻米Cd降低率可達6%～49%，其中，海泡石效果最為顯著，而腐植酸效果一般[34]。說明黏土礦物材料對農(nóng)田土壤重金屬污染具有較好的鈍化修復效果。

3.3農(nóng)藝措施對鈍化修復效應及穩(wěn)定性影響

在農(nóng)田重金屬污染鈍化修復中，農(nóng)藝措施、耕作制度及環(huán)境條件的變化等都有可能對土壤重金屬鈍化修復效應及穩(wěn)定性產(chǎn)生一定的影響。王永昕等[35]在重金屬Cd污染土壤黏土礦物材料海泡石鈍化修復下，研究施用雞糞對鈍化修復效應的影響，結果表明，與對照相比，增施雞糞可以顯著降低小白菜地上部和根部Cd含量，降低幅度分別達26.9%～32.1%和7.7%～24.8%；在大田試驗中，鈍化修復下增施雞糞小白菜地上部和根部Cd含量可分別降低7.5%和16.4%。不同鈍化修復下菜地土壤有效態(tài)Cd含量均較對照呈現(xiàn)不同程度的降低。其中，海泡石鈍化修復下，增施雞糞效果最為明顯，盆栽試驗和大田試驗下，土壤有效態(tài)Cd最大降幅分別為17.7%和10.3%。王朋超等[36]通過盆栽試驗研究表明，在菜地重金屬Cd污染鈍化修復中，施加過磷酸鈣和鈣鎂磷肥后，油菜地上部Cd含量與對照相比分別降低54.3%～86.7%和74.4%～79.6%，其中當過磷酸鈣和鈣鎂磷肥施加量為中高劑量時，油菜地上部Cd含量降低至 0.18 mg/kg和0.10 mg/kg。說明施加磷肥有利于菜地Cd污染鈍化修復作用。淹水處理可使重金屬Cd污染酸性稻田土壤處于還原狀態(tài)，土壤pH值升高，OH-含量增加；此外，土壤中SO2-4被還原成S2-，均對Cd的沉淀有促進作用，有利于Cd污染酸性水稻田鈍化修復的穩(wěn)定性，而干濕灌溉和旱作均對鎘鈍化穩(wěn)定性存在一定的不利影響[37]?？傮w來看，農(nóng)藝措施對農(nóng)田土壤重金屬Cd污染鈍化修復效應與穩(wěn)定性具有一定的影響，而翻耕、輪作等鈍化修復效應及穩(wěn)定性影響目前研究較少。因此，在農(nóng)田土壤重金屬Cd污染鈍化修復中如何發(fā)揮好農(nóng)藝與耕作措施的協(xié)同強化作用，避免不利因素對鈍化修復效應及穩(wěn)定性的影響仍然需要通過開展大量研究工作，以便確定鈍化修復中良好的農(nóng)藝與耕作措施。

3.4黏土礦物鈍化修復對農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量的影響

農(nóng)田土壤重金屬污染鈍化修復效應評價的一個重要方面就是環(huán)境友好性，即長期高效的鈍化修復不應導致農(nóng)田土壤板結、鹽堿化和環(huán)境質(zhì)量下降，影響農(nóng)業(yè)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。目前，有關鈍化修復對農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量影響研究較少，特別是長期跟蹤監(jiān)測研究更少，大量鈍化修復研究主要集成在修復效應研究方面。連續(xù)2年酸性水稻田Cd污染土鈍化修復試驗表明，添加海泡石對土壤脲酶、磷酸酶活性和微生物量碳等均無明顯影響，鈍化修復提高了土壤過氧化氫酶活性，土壤微生物量N和真菌出現(xiàn)一定程度的降低[38]。在湖南省某地酸性Cd污染水稻田鈍化修復試驗中，稻田施用海泡石和坡縷石進行鈍化穩(wěn)定化，在水稻收獲時，測定的土壤中脲酶、蔗糖酶、過氧化氫酶和酸性磷酸酶活性均有不同程度的提高，鈍化修復明顯有利于土壤中相關代謝反應的恢復，兩種黏土礦物對土壤中水解氮含量無明顯影響，但對土壤有效磷含量有一定的降低作用[39]。采集長期污灌菜地土壤進行盆栽試驗表明，在黏土礦物材料海泡石鈍化修復下，補充添加適量的雞糞可明顯提高土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性，與對照相比，3種酶的含量分別增加14.0%～47.6%、2.0%～22.4%和6.4%～38.6%；大田試驗條件下，3種酶的含量分別增加22.2%、5.5%和36.5%。說明在菜地土壤Cd污染黏土礦物材料鈍化修復下，補充施加適量的雞糞不僅可以起到強化Cd 鈍化修復效應，而且可以進一步提高土壤酶活性，改善Cd 污染污灌菜地土壤環(huán)境質(zhì)量[32]。孫約兵等[40]采用盆栽試驗研究表明，海泡石鈍化修復下，土壤脲酶、蔗糖酶和過氧化氫酶活性分別增加14.2%～28.8%、23.5%～34.0%和5.1%～15.4%，真菌和細菌數(shù)量分別增加45.6%～96.5%和15.5%～91.7%。而Cd污染酸性水稻田土壤雞糞和生物炭復配持續(xù)兩年鈍化修復后，各修復的土壤有效磷和堿解氮含量間并無顯著性變化[33]。

總體來看，黏土礦物材料鈍化修復重金屬污染農(nóng)田土壤，在不影響農(nóng)作物產(chǎn)量及品質(zhì)的情況下，對土壤環(huán)境質(zhì)量不會產(chǎn)生有害影響，而且具有一定的改善土壤環(huán)境質(zhì)量的作用，有利于農(nóng)作物的生長和產(chǎn)量及品質(zhì)的提高。

4展望

當前我國農(nóng)田土壤重金屬污染形勢嚴峻，迫切需要研發(fā)高效鈍化阻控修復材料和產(chǎn)品及易操作、可推廣的鈍化修復技術體系。黏土礦物作為一種環(huán)境友好型材料，在我國儲量豐富，易于開采，價格適中，且其自身與土壤環(huán)境融合性好，對土壤環(huán)境具有改善作用，但在今后仍需加強對黏土礦物材料長期鈍化修復穩(wěn)定性、黏土礦物材料不同添加劑量及不同老化時間對土壤重金屬鈍化修復效應、農(nóng)藝與耕作制度及環(huán)境條件變化對黏土礦物材料重金屬鈍化修復效應與穩(wěn)定性影響、黏土礦物材料長期鈍化修復對土壤環(huán)境質(zhì)量影響、黏土礦物材料對農(nóng)田重金屬污染鈍化修復機理、中重度重金屬污染農(nóng)田黏土礦物材料與其他技術聯(lián)合集成技術以及鈍化修復技術異地復制穩(wěn)定性的研究等。針對農(nóng)田土壤重金屬不同污染程度、不同土壤特性，采取相應的施加劑量和修復技術方法，以實現(xiàn)對輕中重度重金屬污染農(nóng)田的高效鈍化修復，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，保障人體健康。

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收稿日期：2016-11-18

基金項目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系之棉花產(chǎn)業(yè)技術體系項目（CARS-18-10）；轉基因新品種培育重大專項（2016ZX08005-003、2014ZX0800501B）；泰山學者建設工程專項（NO.ts201511070）

作者簡介：陳鵬云（1990-），男，碩士研究生，研究方向為分子育種。 E-mail： arpengyun@163.com

通訊作者：張軍（1968-），男，博士，研究員，從事棉花生物技術與育種研究。E-mail： scrczj@saas.ac.cn