粘土礦物改良劑對(duì)鎘污染土壤修復(fù)治理效果的研究進(jìn)展

蔡 銳

（遼寧省朝陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，遼寧 朝陽(yáng) 122000）

1 前言

土壤是人類生存和發(fā)展的必要條件，土壤破環(huán)嚴(yán)重就會(huì)對(duì)人類及其他生物造成致命打擊。近些年，由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)藥、化肥、工業(yè)污水超標(biāo)排放等問題對(duì)土壤傷害極大，造成很多土壤荒廢。鎘是自然界化學(xué)元素之一，并不是人體必需的元素。在自然界中一般含量很低，正常環(huán)境狀態(tài)下，不會(huì)影響人體健康。但是當(dāng)環(huán)境被鎘污染后，鎘就會(huì)在生物體內(nèi)富集，人體通過食用被鎘污染的農(nóng)作物、飲用水等引起慢性中毒。近幾年，尤其是食用鎘大米，對(duì)人的身體健康造成極大危害。鎘對(duì)土壤的污染是由工業(yè)廢水及廢氣的不合理排放，化肥的盲目使用造成的。一般在一個(gè)煉鋁廠的附近及其下風(fēng)向地區(qū)土壤中含鎘濃度就很高，土壤基本不能正常使用，造成土壤的荒廢。自20世紀(jì)60年代，化肥被廣泛應(yīng)用到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，其增收增產(chǎn)效果非常明顯。但隨著化肥的大量、盲目使用，其對(duì)土壤造成的污染也日益嚴(yán)重。土壤、作物和食品中來自磷肥和某些農(nóng)藥的鎘，可能會(huì)超過來自其他污染源的鎘。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)土壤鎘污染的修復(fù)治理做了大量的研究。其中，對(duì)改良劑原位修復(fù)技術(shù)研究較多。原位修復(fù)技術(shù)就是人為向土壤中加入改良劑，通過一些理化反應(yīng)，改變污染土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)，從而降低土壤中有效態(tài)重金屬比例，減少其向環(huán)境中遷移的風(fēng)險(xiǎn)。粘土礦物因其較強(qiáng)的吸附能力、離子交換性能等優(yōu)點(diǎn)被作為無極改良劑廣泛應(yīng)用于土壤重金屬修復(fù)工作中。

2 粘土礦物改良劑對(duì)鎘污染土壤修復(fù)效果及作用機(jī)理

2.1 沸石

沸石是沸石族礦物的總稱，是一種多孔的堿土金屬鋁硅酸鹽礦物，具有獨(dú)特的格架狀結(jié)構(gòu)；同時(shí)，沸石還具有顆粒小、比表面積大、表面負(fù)電荷豐富等特點(diǎn)，由于其對(duì)重金屬離子具有較強(qiáng)的吸附力和陽(yáng)離子交換能力，故被廣泛應(yīng)用于重金屬污染的修復(fù)[1]。沸石作為良好的土壤改良材料，近年來被逐漸應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)方面，已有許多研究表明施用沸石可以顯著修復(fù)土壤中的重金屬鎘污染。劉秀珍等[2]研究表明，當(dāng)土壤受到輕中度重金屬鎘污染時(shí)，交換態(tài)鎘、結(jié)合態(tài)鎘的含量降低，有機(jī)態(tài)鎘和殘?jiān)鼞B(tài)鎘增加。但沸石在土壤重金屬鎘污染修復(fù)的過程中也存在一定局限性。在土壤受到鎘的重度污染時(shí)，施加沸石卻對(duì)鎘起到了激活的作用。由于在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)沸石作為改良劑存在一定局限，同時(shí)也為了能進(jìn)一步提高沸石對(duì)土壤重金屬鎘的修復(fù)和治理能力，一些研究者開始對(duì)沸石進(jìn)行改進(jìn)，形成人工沸石。郭煒辰等[3]研究發(fā)現(xiàn)，改性沸石顯也可以顯著改變鎘在土壤中的賦存形態(tài)，降低土壤可交換態(tài)鎘含量，增加土壤殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量，鈍化效果更為明顯。

2.2 海泡石

海泡石是一類纖維狀含水鎂硅酸鹽粘土礦物，其具有極大的內(nèi)、外表面積和獨(dú)特的孔結(jié)構(gòu)，同時(shí)存在多微孔隙。對(duì)重金屬離子有良好的吸附性和陽(yáng)離子交換能力，亦有極高的熱穩(wěn)定性，尤其對(duì)土壤鉛和鎘有較強(qiáng)的吸附能力[4-5]，可應(yīng)用于環(huán)境中重金屬污染的修復(fù)和治理。現(xiàn)階段已有大量研究證明，海泡石對(duì)土壤重金屬鎘污染有良好的修復(fù)效果。孫約兵等[4]研究表明，pH值對(duì)植物生長(zhǎng)及重金屬修復(fù)都有重大影響，在不同濃度的鎘污染土壤中加入海泡石可以使土壤pH值顯著提高，同時(shí)對(duì)土壤中有效態(tài)鎘含量有明顯抑制作用。范美蓉等研究結(jié)果表明，海泡石的施用能有效促進(jìn)交換態(tài)鎘穩(wěn)定化，有利于重金屬鎘的固定。朱奇宏等研究發(fā)現(xiàn)，施用海泡石后對(duì)稻作、旱作土壤都有顯著影響，土壤中有效態(tài)鎘的含量比例降低，還原態(tài)鎘、殘?jiān)鼞B(tài)鎘比例增加。

2.3 黏土礦物對(duì)鎘污染土壤的作用機(jī)理

黏土礦物被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬修復(fù)領(lǐng)域，其作用機(jī)理主要是利用土壤溶液中的重金屬離子與吸附在粘土礦物層間域或表面的離子發(fā)生交換作用，從而降低土壤重金屬的有效性，從而達(dá)到修復(fù)土壤的目的。此外黏土礦物還具有比表面積大，多孔隙等特點(diǎn)，對(duì)重金屬具有良好的吸附性，且吸附的鎘不易釋放。施用黏土礦物可以提高土壤pH，進(jìn)而降低重金屬活性。

3 研究展望

在實(shí)際生產(chǎn)中，土壤改良劑還存在一些問題，不能得到廣泛應(yīng)用，推廣也受到一定限制。如果想進(jìn)一步提高改良劑對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)和治理效果，需要在一些方面進(jìn)行更加深入的研究。如，我國(guó)土壤種類豐富，一種粘土改良劑是否能夠?qū)Χ喾N類型的土壤鎘污染產(chǎn)生一樣的修復(fù)效果。如果不能，是否能夠研究出一種改良劑能夠應(yīng)用于各類型重金屬污染土壤中。不同種類的改良劑對(duì)重金屬的作用效果不一，在不同類型的土壤中施加不同的改良劑也會(huì)有不同的效果，有時(shí)甚至?xí)鸬较喾吹淖饔茫虼诵枰獙?duì)改良劑的作用機(jī)理進(jìn)行更深一步的研究和分析等。