鈍化劑在土壤鎘污染修復(fù)中的應(yīng)用

任雪菲

（航天凱天環(huán)保科技股份有限公司，長沙 410100）

前言

我國土壤污染狀況整體不容樂觀，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，全國土壤鎘超標(biāo)率7.0%，耕地點位超標(biāo)率19.4%，已對農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。土壤重金屬污染由于其隱蔽性、滯后性、累積性和不可逆性，難以修復(fù)。我國耕地土壤重金屬污染防治研究是一項長期、復(fù)雜、艱巨且極其迫切的任務(wù)。

目前國內(nèi)常用的土壤修復(fù)技術(shù)有原位鈍化修復(fù)技術(shù)、植物富集技術(shù)、農(nóng)藝調(diào)控技術(shù)。原位鈍化修復(fù)技術(shù)由于成本低廉、便于操作、效率高，適用于大面積中輕度重金屬污染耕地修復(fù)治理。原位鈍化修復(fù)技術(shù)是指向土壤中添加天然或人工合成的礦物材料，通過吸附作用、離子交換、化學(xué)沉淀、絡(luò)合（螯合）、氧化-還原等機(jī)制降低重金屬的生物有效性，減少植株對重金屬的吸收[1、2]。按鈍化劑的性質(zhì)差異可將其分為無機(jī)類、有機(jī)類和有機(jī)-無機(jī)復(fù)合類。其中無機(jī)類主要包括石灰、粉煤灰等堿性物質(zhì)，羥基磷灰石、磷礦粉等磷酸鹽類以及天然或人工合成的沸石、膨潤土等礦物。有機(jī)類包括農(nóng)家肥、草炭等有機(jī)肥料[3]。生物質(zhì)炭是作物秸稈在缺氧或厭氧條件下高溫裂解而制成的一種新型的修復(fù)材料[4]，已有研究表明其對Cd、Pb等重金屬元素具有較強(qiáng)的吸附和固定能力，可作為土壤重金屬的鈍化劑[5、6]。Guo等指出，施用鈍化劑可降低農(nóng)業(yè)土壤中重金屬的有效性，減少作物對重金屬的吸收，是一種經(jīng)濟(jì)有效、環(huán)境友好、切實可行的治理措施[7]。本文通過田間小區(qū)試驗，研究優(yōu)化鈍化劑的配方及使用條件，為大規(guī)模田間示范推廣提供理論依據(jù)。

1 試驗示范

試驗區(qū)域在湖南某縣，土壤類型為紅壤、呈酸性，pH為5.3，主要污染是Cd，土壤Cd含量為0.82mg/kg，有效態(tài)Cd含量為0.602mg/kg。

試驗材料：選用自主研發(fā)的3種鈍化劑（鈍化劑L、鈍化劑NA、鈍化劑NB），以黏土礦物和堿性材料復(fù)配為主。

試驗設(shè)計：試驗選用常規(guī)水稻品種進(jìn)行晚稻小區(qū)試驗；設(shè)空白對照（CK），3種鈍化劑處理（L、NA、NB），2個添加量（1500kg/hm2，3000kg/hm2），均設(shè)3次重復(fù)，共21個小區(qū)，每個小區(qū)30m2，采用隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間用覆薄膜的田埂隔開，小區(qū)間單排單灌。

試驗操作流程：在水稻種植前按照試驗設(shè)計布置小區(qū)，分別添加鈍化劑，反復(fù)翻耕使其混合均勻，平衡一周后進(jìn)行水稻移栽，每個小區(qū)移栽水稻株數(shù)相同。施肥按當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方式及用量，田間管理按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)方式進(jìn)行。小區(qū)水分管理保持長期淹水狀態(tài)。

樣品采集及處理：水稻成熟后采收植株樣和土樣。每個小區(qū)單獨采收，水稻樣品自然風(fēng)干后于實驗室制備糙米樣品，裝袋備用待測。土樣自然風(fēng)干，研磨分別過10目、100目篩，裝袋后備用待測。

2 結(jié)果

2.1 土壤鈍化劑對土壤pH的影響

由圖1可知，與對照相比，施用鈍化劑后土壤pH均有所上升，幅度為0.8～1.6個單位。其中鈍化劑NB對土壤pH的調(diào)節(jié)效果最好，鈍化劑L次之，鈍化劑NA最小。三種鈍化劑添加量的增加對土壤pH的增幅效果不明顯。

圖1 鈍化劑對土壤pH的影響

2.2 土壤鈍化劑對土壤有效態(tài)Cd含量的影響

由圖2可知，與對照相比，施用鈍化劑后土壤有效態(tài)Cd含量均降低，降幅為38%～63%。其中鈍化劑L對土壤有效態(tài)Cd含量的降低效果最好，鈍化劑NB次之，鈍化劑NA最小。三種鈍化劑添加量的增加對土壤有效態(tài)Cd的降低效果不明顯。

2.3 對水稻糙米Cd含量的影響

由圖3可知，與對照相比，三種鈍化劑對糙米Cd含量均有一定的降低作用，降幅為45%～85%，其中鈍化劑L處理效果最顯著，降低效果是：L＞NB＞NA。三種鈍化劑添加量的增加對糙米Cd含量的降低效果不明顯。

2.4 土壤理化性質(zhì)對糙米Cd含量的影響

土壤pH是影響糙米Cd含量的重要因素。此次試驗結(jié)果顯示：糙米Cd含量與土壤pH呈負(fù)相關(guān)（見圖4），糙米Cd含量與土壤有效態(tài)Cd含量呈正相關(guān)（見圖5）。

圖2 鈍化劑對土壤有效態(tài)Cd含量的影響

圖3 鈍化劑對糙米Cd含量的影響

圖4 土壤pH與糙米Cd含量的關(guān)系

圖5 土壤有效態(tài)Cd含量與糙米Cd含量的關(guān)系

土壤pH變化影響著土壤Cd的存在形態(tài)，因而影響其生物有效性。當(dāng)土壤pH升高時，土壤中Cd轉(zhuǎn)化為更穩(wěn)定的形態(tài)，有效態(tài)Cd含量降低，顯著降低Cd的生物有效性[8]，從而水稻對Cd的吸收降低。

3 結(jié)論

試驗結(jié)果顯示：針對酸性Cd污染紅壤，施用鈍化劑L、NA、NB均顯著提升了土壤pH，通過吸附、沉淀、離子交換和固定作用，降低土壤有效態(tài)Cd含量，從而降低土壤Cd的生物有效性，抑制水稻對Cd的吸收，降低糙米Cd含量。使生產(chǎn)的稻米Cd含量均低于《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中Cd的限量指標(biāo)0.2mg/kg。糙米Cd含量與土壤pH呈負(fù)相關(guān)性，與有效態(tài)Cd含量呈正相關(guān)性。綜合成本、操作、應(yīng)用效果等因素，三種鈍化劑可推薦使用量都為1500kg/hm2。所選用的鈍化劑以天然礦物和堿性材料加工而成，無二次污染，效果顯著，可推薦為酸性鎘污染土壤工程化修復(fù)實施應(yīng)用產(chǎn)品，并進(jìn)行效果持久性研究及評估。