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

（山西農業大學資源環境學院，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

（山西農業大學資源環境學院，山西太谷030801）

采用盆栽試驗，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Cd含量及油菜地上部分Cd含量，有機無機鈍化劑配施效果好于單施鈍化劑處理，經處理，油菜中Cd含量符合《食品安全標準》（GB2762—2012）規定的葉菜類0.2 g/kg的Cd濃度限值。

海泡石；膨潤土；雞糞；鈍化

當前由于金屬礦山的開采、汽車尾氣的排放、農業上肥料和農藥的大量施用等，造成土壤中重金屬含量大幅度增加，土壤重金屬污染已經成為世界上非常嚴峻的環境問題[1-3]。受重金屬污染的土壤，肥力降低，影響農作物產量，并通過食物鏈進入人體內。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廣泛應用于合金制造、電鍍以及電子設備中，因此，其對土壤的污染較為嚴重。有數據表明，我國菜地土壤的Cd超標率高達24.1%[6]，因此，修復土壤Cd污染意義重大。

土壤鈍化修復常見的鈍化劑分為無機鈍化劑和有機鈍化劑2種。無機鈍化修復是利用經濟有效的石灰、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]；有機鈍化修復是利用有機堆肥、畜禽糞便以及城市污水廠中產生的活性污泥作為重金屬絡合劑固定重金屬，同時為作物提供必要的營養元素[11-14]。

當前，關于化學修復重金屬土壤的文獻雖然較多，但多數均采用單一改良劑，而有機無機鈍化劑配施較少。本研究通過模擬Cd污染土壤，以小油菜作物進行盆栽試驗，選用常見的海泡石、膨潤土及發酵雞糞作為鈍化劑，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Cd含量的影響，旨在為合理選擇鈍化劑修復土壤提供一定依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

從山西農業大學資源環境學院試驗站采集表層（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，有機質含量13.6 g/kg，Cd全量0.37 mg/kg。

1.2 試驗材料

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公司。

供試雞糞來自養雞場，施用前堆肥發酵，pH值為6.31，Cd全量1.13 mg/kg。

1.3 試驗設計

采用盆栽試驗，將土壤自然風干，易除其中的大部分雜質，然后過2 mm鐵篩，向土壤中添加已配好的CdCl2（化學純）溶液，使土壤中Cd濃度為3 mg/kg，充分攪拌均勻后在室溫條件下老化30 d。

試驗在山西農業大學資源環境學院試驗站溫室內進行。采用塑料盆，每盆裝入2 kg老化后的Cd污染土壤。試驗設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，調節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 數據分析

數據采用Excel 2007和SPSS19軟件進行統計分析。

2 結果與分析

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為S＋M＞B＋M＞M＞S＞B＞CK。

雞糞作為有機肥，可以向作物提供豐富的N，P，K等大量營養元素和B，Zn，Mn，Mo等中微量元素；有機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和刺激性物質，促進和調控作物生長；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。這是因為海泡石呈強堿性，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，其他加入有機肥雞糞的處理pH值也有不同程度降低。這主要是因為雞糞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酸，從而進一步降低土壤的pH值[17]。

2.3 不同鈍化劑對土壤有效態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Cd，降幅為20.1%～39.6%，其中，有機無機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，結構均為2個硅氧四面體之間夾著一個八面體晶片結構[18]，因此，具有比表面積大、空隙豐富的特點，同時，礦物表面富含OH-等大量負電荷，有較強的化學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。

有機肥的絡合作用是鈍化土壤重金屬的主要原因。有機肥表面富含芳香結構，含有大量的羥基、酚羥基和羰基等官能團，這些官能團為重金屬的絡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，有機肥可以增加土壤陽離子交換量，增加土壤表面可變負電荷，從而增強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%，有機無機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《食品安全標準》（GB2762—2012）規定的葉菜類0.2 g/kg的Cd含量限值。

3 結論

本研究結果表明，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Cd含量，有機無機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，有機無機鈍化劑配施效果好于單施鈍化劑處理，S＋M處理效果最好，經過處理，油菜Cd含量符合國家食品安全標準。

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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

山西省自然科學基金項目（2015011022）；山西農業大學校青年科技創新基金項目（J141502002）

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