凹凸棒石和腐殖酸對重金屬超標土壤鎘鈍化和菜薹安全生產的影響

楊文葉，余中娟，袁杭杰，李丹

(1.杭州市植保土肥服務總站，浙江 杭州 310020； 2.淳安縣里商鄉政府，浙江 淳安 311700)

近年來，隨著工業化、城市化和交通運輸業等的發展，土壤環境受到日益嚴重的重金屬污染[1]。重金屬在土壤中遷移性差，不易被微生物降解，滯留時間長，還會影響農產品的產量和質量，并易通過食物鏈影響人體健康，甚至通過生態系統的能量流動和物質循環影響整個生態系統安全[2]。重金屬污染土壤的修復治理和安全利用已成為相關研究的熱點。

菜薹為十字花科蕓薹屬蕓薹種白菜亞種的一個變種，起源于廣東[3]，是我國南方的特產蔬菜之一，一年四季均可播種，現世界各地均有引種栽培。菜薹品質柔嫩，味甘苦，營養豐富。

凹凸棒石又稱坡縷石或坡縷縞石，是一種具鏈層狀結構的含水富鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，具有陽離子可交換性、吸水性、吸附脫色性和大的比表面積。腐殖酸是動植物遺骸(主要是植物遺骸)經過微生物的分解和轉化，以及地球化學的一系列過程形成和積累起來的一類有機物質。腐殖酸大分子的基本結構是芳環和脂環，環上連有羧基、羥基、羰基、醌基、甲氧基等官能團。研究表明，施用凹凸棒石和腐殖酸能調節并保持土壤肥力，促進植物生長[4]。但有關凹凸棒石作為重金屬原位鈍化外源修復劑的研究還較少見報道。為此，特開展試驗研究凹凸棒石和腐殖酸作為外源修復劑原位鈍化土壤重金屬鎘的效果，并分析其對菜薹生長的影響，以期為重金屬污染土壤的治理和安全利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

杭州市位于中國東南沿海，浙江省北部，錢塘江下游，京杭大運河南端，地理坐標為118°21′～120°30′E、29°11′～30°33′N，屬亞熱帶季風性氣候，溫和濕潤。杭州市富陽區常安鎮東風村部分土壤前幾年受小型鍍鋅廠污水污染，重金屬鎘超標。經檢測，灌溉水中含鎘0.31 μg·L-1，符合GB 5084—2005要求(≤5 μg·L-1)。凹凸棒石中總鎘含量0.12 mg·kg-1，腐殖酸中總鎘含量0.34 mg·kg-1，符合NY 525-2012標準(≤3 mg·kg-1)。

1.2 處理設計

開展小區試驗，每小區面積1.5 m2。試驗共設4個處理：M0(對照)，不加腐殖酸和凹凸棒石；M1，每小區加1 000 g腐殖酸；M2，每小區加1 000 g凹凸棒石；M3，每小區同時加750 g腐殖酸和750 g凹凸棒石。各處理隨機排列，每個處理重復2次。

試驗處理：按相應處理加入腐殖酸、凹凸棒石，均勻撒施在土壤表面后，每個小區加復合肥(N 15%，P2O515%，K2O 15%)110 g(折每667 m250 kg)，將土翻耕。

選用常豐臘菜薹一代種子。播種前把種子放在陽光充足的地方晾曬3～4 h，然后放在50 ℃溫水中浸種20～30 min，再在20～30 ℃水里浸種2～3 h，晾干后直接撒播，間隔13 cm×15 cm，不覆土，直接澆水澆透，各小區相同。在幼苗具3片真葉時結合間苗追一次肥(每小區追尿素12 g，折每667 m25 kg，尿素含N 46%)，之后每隔7 d可追施一次速效性肥料，一般每667 m2可用尿素5 kg和復合肥10 kg混合施用。及時澆水，保持土壤基本濕潤。

1.3 樣品采集與檢測

土壤樣品分別于種植菜薹前、后采集，按照隨機、等量和多點混合的原則，決定采樣點的數量和分布。土壤樣品以0～25 cm的表層混合土樣為主，將各采樣點的土樣混合均勻，用四分法棄取至各混合土樣保留1 kg左右。土樣經風干、磨碎、過篩，備用。

當菜薹長至最高的葉片先端相等時，花蕾初開，即到采收期。各小區測產，并分別采集菜薹植株樣品，用去離子水洗滌、擦拭干凈。菜薹植株樣地上部分約1 kg。

土樣檢測pH值，及有機質、有效態鎘、總鎘含量；菜薹檢測全鎘含量。土壤樣品的分析化驗均嚴格按照《土壤分析技術規范》第2版的要求執行。其中，土壤pH值采用pH計電位法測定；有機質含量采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定；有效鎘含量采用原子吸收法測定；總鎘含量采用電感耦合等離子體-質譜(ICP-MS)法測定；植株鎘含量采用ICP-MS法測定。

2 結果與分析

如表1所示，試驗后各處理的土壤有效鎘含量均比試驗前降低了60%，各處理降幅相差不大；但各處理對土壤總鎘含量的影響不一，試驗前后變幅在-9.3%～0.6%，其中單獨加凹凸棒石的處理(M2)試驗前后土壤總鎘含量基本沒有變化，而單獨加腐殖酸的處理(M1)試驗后土壤總鎘含量下降最多，說明就降低土壤總鎘含量來說，單獨加腐殖酸的處理更加合適。對照處理試驗后土壤有機質含量下降7.9%，單獨加凹凸棒石的處理試驗后土壤有機質含量下降4.8%，而加腐殖酸的處理(M1、M3)試驗后土壤有機質含量均增加，且以單獨加腐殖酸的處理試驗后土壤有機質含量增幅最大(6.9%)。從土壤pH值來看，各處理試驗后均有所下降，而且全部是從堿性趨向中性變化，處理間變幅差異不大。

表1 不同處理對土壤pH值，及有機質、有效鎘和總鎘含量的影響

如表2所示，各處理的菜薹植株中都能檢出Cd，從含量上來看，以同時加腐殖酸和凹凸棒石處理的植株Cd含量相對最低，符合GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》對葉菜類蔬菜Cd含量不超過0.2 mg·kg-1的限量要求，而其他處理的植株Cd含量相差不大，且均超出限量要求。從菜薹產量來看，對照處理的產量最低，同時加腐殖酸和凹凸棒石的處理產量最高。

表2 不同處理對菜薹鎘含量和產量的影響

3 小結與討論

本研究用小區試驗探索凹凸棒石和腐殖酸作為外源修復劑原位鈍化土壤重金屬鎘的效果，并分析其對菜薹生長的影響。結果發現，試驗后，各處理的土壤有效鎘含量比試驗前降低約60%，各處理相差不多。從總鎘含量來看，單獨加腐殖酸的處理降低最多，其次是同時加腐殖酸和凹凸棒石的處理。試驗后各處理土壤有機質含量變化不一，單獨加腐殖酸的處理對土壤有機質含量提高最多，其次是同時加腐殖酸和凹凸棒石的處理。從土壤pH值來看，各處理試驗后都是從堿性趨向中性變化，但變化幅度不大。各處理的菜薹植株中鎘含量略有差異，但只有同時加腐殖酸和凹凸棒石處理的符合國標限量要求，從食品安全的角度來講，說明該處理對土壤鎘的鈍化效果最好。從菜薹產量來看，對照處理產量最低，同時加腐殖酸和凹凸棒石的處理產量最高。綜合以上因素，本處理以同時加腐殖酸和凹凸棒石的處理效果最佳。

凹凸棒石是一種層鏈狀結構的鎂鋁硅酸鹽黏土礦物，查閱相關文獻可知，不同種類重金屬離子在黏土礦物表面的吸附-解吸行為各不相同，在其他重金屬存在下，黏土礦物對某種重金屬的吸附會產生不同程度的下降[5]。結果表明，腐殖酸能夠強化黏土礦物對重金屬離子的吸附[6-8]。另外，腐殖酸作為一類有機物質，施用后可以提高土壤有機質含量，也可以提高作物產量。因此，在本試驗條件下，同時加腐殖酸和凹凸棒石的處理對鈍化土壤Cd、保障菜薹安全生產的效果最佳。