聶衍韜， 黃 聰

(中南安全環(huán)境技術(shù)研究院股份有限公司， 湖北 武漢 430061)

隨著我國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展和礦產(chǎn)資源大量開發(fā)，土壤重金屬污染在一定程度上影響了我國(guó)土壤健康，尤其是農(nóng)田土壤[1]。農(nóng)田土壤中重金屬積累會(huì)增加糧食作物對(duì)其吸收，進(jìn)而威脅人的健康[2]。我國(guó)農(nóng)田土壤主要受汞、鎘、鉛、鉻、砷、鋅、銅、鎳等重金屬污染，其中鎘(Cd)污染較為突出，平均超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[3]規(guī)定Cd風(fēng)險(xiǎn)管控值的7.0%[4]。因此，重金屬土壤修復(fù)對(duì)農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境安全意義重大[5-6]。原位土壤修復(fù)方法的主要目的是長(zhǎng)期固化穩(wěn)定化重金屬元素，減少農(nóng)作物的吸收，同時(shí)改善土壤生態(tài)的功能。許多原位土壤修復(fù)方法不僅能減輕與重金屬污染相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)，還能提高土壤生產(chǎn)力。本研究以我國(guó)湖北省黃石市某地Cd污染農(nóng)田土壤為對(duì)象，分別選取市面上銷售的常用無(wú)機(jī)、有機(jī)和微生物3類修復(fù)劑進(jìn)行試驗(yàn)，比較處理后Cd的有效態(tài)含量和土壤理化性質(zhì)，綜合評(píng)價(jià)修復(fù)效果，為修復(fù)劑在土壤修復(fù)工程中應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

Cd污染土壤來(lái)自湖北省黃石市某地農(nóng)田，土壤類型為巖泥田水稻土，土壤pH 6.5，總Cd含量7.67 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量27.70 g/kg，中等肥力。

1.2 試驗(yàn)材料

有機(jī)、無(wú)機(jī)和微生物修復(fù)劑分別為生石灰-海泡石混合劑(CaO≥34%、pH 12.0)、生物炭(主要成分秸稈、雞糞)和芽孢桿菌，皆為固態(tài)粉末修復(fù)劑。其中，生物炭來(lái)自河南椰碳環(huán)保材料有限公司，生石灰-海泡石混合劑來(lái)自環(huán)保橋(湖南)生態(tài)環(huán)境工程股份有限公司，芽孢桿菌來(lái)自武漢豐甜生物科技有限公司。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)計(jì)4個(gè)處理，即對(duì)照組(不進(jìn)行修復(fù)處理，CK)；無(wú)機(jī)修復(fù)組(添加石灰-海泡石混合劑粉末，T1)；有機(jī)修復(fù)組(添加生物炭粉末，T2)；微生物修復(fù)組(添加芽孢桿菌粉末，T3)。每個(gè)處理分別稱取土壤5 kg，加入等量的除鹽水和土壤修復(fù)劑均勻混合，土壤修復(fù)劑添加量為1%，各處理3次重復(fù)。將各組土壤移入玻璃容器中，隨后將玻璃容器置于室外，模擬自然環(huán)境對(duì)土壤的影響。試驗(yàn)期30 d。采用3點(diǎn)取樣法收集試驗(yàn)后的土壤樣品500 g，用2 mm篩子過(guò)濾，儲(chǔ)存于4℃用于土壤理化性質(zhì)測(cè)定。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

土壤有效態(tài)Cd含量采用M3溶液(HOAc-NH4NO3-NH4F-HNO3-EDTA)浸提，后采用石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定。采用Mettler Toledo FE20 pH計(jì)測(cè)定pH(土水比5∶1)，采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定有機(jī)質(zhì)，采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定堿解氮，采用碳酸氫鈉法測(cè)定有效磷，采用乙酸銨法測(cè)定有效鉀。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析均采用軟件Excel 2016進(jìn)行處理，使用軟件SPSS進(jìn)行組間方差分析，組間差異顯著性水平P<0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理方式修復(fù)鎘污染土壤的效果

降低土壤Cd的有效態(tài)是重金屬土壤修復(fù)劑的最重要功能。由圖1可知，T1有效態(tài)Cd含量最低，僅0.07 mg/kg；其次是T3，為0.11 mg/kg；再次是T2，為0.15 mg/kg。相比CK，T1、T2、T3土壤有效態(tài)Cd含量均顯著降低(P<0.05)，分別減少85.71%、69.39%、77.55%。說(shuō)明，石灰-海泡石、生物炭和芽孢桿菌都可以很好達(dá)到修復(fù)重金屬污染土壤的效果[7]。

圖1 不同修復(fù)劑處理后土壤的有效態(tài)Cd含量

2.2 不同處理方式土壤的理化性質(zhì)

土壤理化性質(zhì)是反映土壤生產(chǎn)力的主要指標(biāo)之一，也是農(nóng)田土壤原位修復(fù)需要關(guān)注的內(nèi)容。由表1可知，T1、T2、T3土壤pH分別為8.53、7.03、6.93，均顯著高于CK。T2有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷和有效鉀含量均最高，分別為40.18 g/kg、142.36 mg/kg、9.81 mg/kg、162.55 mg/kg，比CK分別增加50.66%、22.00%、45.33%、92.89%，與其余組間差異顯著；T3第二，分別為31.24 g/kg、130.24 mg/kg、8.27 mg/kg、125.37 mg/kg，比CK分別增加17.14%、11.61%、22.52%、48.77%，除堿解氮外，與其余組間差異顯著。T1有效磷含量高于CK但無(wú)顯著差異，有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效鉀含量均降低。

表1 不同修復(fù)劑處理土壤的理化性質(zhì)

3 小結(jié)

石灰-海泡石、生物炭、芽孢桿菌3種土壤修復(fù)劑處理對(duì)降低土壤有效Cd含量有顯著效果，與不修復(fù)處理比，分別降低土壤有效Cd含量85.71%、69.39%、77.55%，且均會(huì)增加土壤pH，石灰-海泡石pH最高，為8.53，其主要原因可能是石灰-海泡石是一種堿性混和物，可用于中和土壤中的酸性物質(zhì)，使pH上升。添加生物炭土壤有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、有效鉀的含量最高，與不修復(fù)處理比，分別提高50.66%、22%、45.33%、92.89%，對(duì)土壤肥力有較大提升?？傮w而言，在完成Cd污染土壤修復(fù)的前提下，生物炭修復(fù)劑在工程中可優(yōu)先使用。3種不同處理方式的修復(fù)原理各不相同，影響修復(fù)效果的因素也較為復(fù)雜[8-9]，其作用機(jī)制和影響因素有待進(jìn)一步研究。