鈍化劑對酸性鎘輕度污染土壤的修復(fù)效果

謝煒，徐立軍，石一珺，王潔，倪中應(yīng)

(桐廬縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 桐廬 311500)

治理重金屬污染土壤的常用方法有工程措施、物理修復(fù)、生物修復(fù)和化學(xué)穩(wěn)定修復(fù)等[1-3]。化學(xué)穩(wěn)定修復(fù)因具對環(huán)境破壞較小、治理成本較低、效果持續(xù)時間較長、便于操作等特點，被認(rèn)為是一類實用的污染土壤治理技術(shù)。鈍化劑包括石灰、黏土礦物、煤灰、淤泥、含石膏和鐵鋁的工業(yè)副產(chǎn)品等[3-6]。不同鈍化劑對重金屬污染土壤的修復(fù)效果有較大的差異[7-10]，同時，鈍化劑對污染土壤的修復(fù)效果也會因土壤性狀的差異而有所變化。我國南方地區(qū)的鎘污染農(nóng)田土壤兼具酸化特點，如何選擇合適的鈍化劑修復(fù)這些土壤是南方地區(qū)污染農(nóng)田安全利用需要考慮的重要內(nèi)容。為了解常用鈍化劑對酸性鎘輕度污染農(nóng)田土壤的修復(fù)效果，在水稻-小麥種植模式下于2016—2018年進(jìn)行了不同用量生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑對降低土壤酸度、土壤有效鎘及籽粒中鎘積累的效果試驗。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在桐廬縣某污染農(nóng)田中進(jìn)行。供試農(nóng)田土壤為水稻土，含鎘量為0.350 mg·kg-1，土壤pH平均為5.00，土壤質(zhì)地為壤土，有機(jī)質(zhì)含量為28.50 g·kg-1。

1.2 處理設(shè)計

試驗選擇生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑，各設(shè)計3個用量梯度，同時設(shè)置不施用鈍化劑的處理為對照。鈍化劑在試驗開始時施用，并與耕層土壤充分混合。小區(qū)面積30 m2，重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間用土埂隔離，但預(yù)留排/進(jìn)水口。除鈍化劑處理外，其他水肥農(nóng)藝調(diào)控管理措施保持一致，肥水管理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行。試驗期間種植作物依次為小麥-水稻-小麥-水稻，品種依次為華麥5號、甬優(yōu)538、蘇麥188和甬優(yōu)1540。

鈍化劑3個用量梯度：生石灰1.50、3.00和4.50 t·hm-2，代號分別為LM1、LM2、LM3；鈣鎂磷肥2.25、3.75和7.50 t·hm-2，代號分別為CM1、CM2、CM3；生物質(zhì)炭3.75、7.50和15.00 t·hm-2，代號分別為BC1、BC2、BC3；羥基磷灰石2.25、3.75和7.50 t·hm-2，代號分別為SI1、SI2、SI3。

1.3 分析方法

在每季作物收獲時，分別測定小區(qū)產(chǎn)量，同時采集各小區(qū)表層土壤和籽粒樣品用于分析土壤pH、土壤有效鎘和籽粒鎘含量。

采集的土壤樣品經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干后分別過2和0.15 mm塑料土篩，用于土壤性狀和鎘測定。水稻和小麥籽粒樣品風(fēng)干后磨細(xì)過0.15 mm塑料土篩。土壤pH和有機(jī)碳等采用常規(guī)方法測定；土壤鎘用硝酸-高氯酸消化，土壤有效鎘采用EDTA提取[11]，籽粒中鎘采用HNO3-HClO4聯(lián)合消煮(GB/T 5009.15—2003)。消化物、提取物中鎘采用石墨爐原子吸收法測定。

分析數(shù)據(jù)用Excel 2010處理，采用SAS8.1軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對土壤pH值和土壤質(zhì)量的影響

2018年水稻收獲時表層土壤分析結(jié)果(表1)表明，施用生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑均可顯著提高土壤pH值。與對照土壤比較，pH值提高0.13～0.44單位，并隨鈍化劑用量的增加而增加，尤以生石灰和羥基磷灰石的使用效果最為明顯。除施用中量、高量生物質(zhì)炭處理(BC2、BC3)能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和陽離子交換量(CEC)外，其他鈍化劑的施用對土壤有機(jī)質(zhì)和CEC均無顯著影響。除施用生石灰外，施用鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石后土壤有效磷和速效鉀均有顯著的提高。這一結(jié)果表明，施用生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑不會對土壤肥力質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，且能改善土壤肥力性狀。

表1 各處理對土壤pH值和土壤質(zhì)量的影響

2.2 對土壤有效鎘含量的影響

表2表明，與對照比較，不同類別的鈍化劑對土壤中鎘均有明顯的鈍化效果，但鈍化效果因鈍化劑種類與施用量不同有較大的差異。鈍化效果一般隨鈍化劑用量的增加而增加。由于試驗點土壤酸化嚴(yán)重，在施用適量石灰的情況下，土壤有效鎘含量可比對照下降45%以上，最高可達(dá)66%。施用生物質(zhì)炭和羥基磷灰石對降低土壤鎘的效果也較為明顯，有效鎘含量的下降幅度分別在37%～66%和35%～58%；施用鈣鎂磷肥對降低土壤有效鎘含量的效果相對較弱，為31%～48%。施用生石灰降低土壤中的有效鎘含量與施用生石灰后土壤pH值提高有關(guān)；施用羥基磷灰石、鈣鎂磷肥降低土壤中的有效鎘含量與施用羥基磷灰石、鈣鎂磷肥后土壤pH值提高及磷與鎘形成難溶性化合物有關(guān)；而施用生物質(zhì)炭降低土壤中的有效鎘含量與施用生物質(zhì)炭后增加了有機(jī)質(zhì)對鎘的絡(luò)合作用及pH值提高降低了鎘的有效性有關(guān)。

表2 各處理對土壤有效鎘含量的影響

2.3 對籽粒中鎘含量的影響

表3結(jié)果表明，4種鈍化劑的施用均可對水稻和小麥籽粒中鎘有明顯的降低作用，下降量隨鈍化劑用量的增加而增加。

表3 各處理對水稻和小麥籽粒鎘含量的影響

2017年小麥試驗結(jié)果表明，與對照比較，生石灰降低小麥籽粒鎘含量3.6%～18.1%，鈣鎂磷肥降低小麥籽粒鎘含量0.4%～8.0%，生物質(zhì)炭降低小麥籽粒鎘含量6.5%～15.6%，羥基磷灰石降低小麥籽粒鎘含量8.0%～12.3%。2017年水稻試驗結(jié)果表明，與對照比較，生石灰降低水稻籽粒鎘含量50.6%～61.2%，鈣鎂磷肥降低水稻籽粒鎘含量43.0%～61.6%，生物質(zhì)炭降低水稻籽粒鎘含量52.3%～69.2%，羥基磷灰石降低水稻籽粒鎘含量39.2%～60.8%。

2018年小麥試驗結(jié)果表明，與對照比較，生石灰降低小麥籽粒鎘含量26.5%～34.2%，鈣鎂磷肥降低小麥籽粒鎘含量19.4%～34.8%，生物質(zhì)炭降低小麥籽粒鎘含量22.6%～40.7%，羥基磷灰石降低小麥籽粒鎘含量21.3%～43.2%。2018年水稻試驗結(jié)果表明，與對照比較，生石灰降低水稻籽粒鎘含量29.0%～43.2%，鈣鎂磷肥降低水稻籽粒鎘含量27.0%～40.2%，生物質(zhì)炭降低水稻籽粒鎘含量26.6%～40.2%，羥基磷灰石降低水稻籽粒鎘含量22.4%～34.0%。

施用鈍化劑除第1季小麥效果較小外，其他3季作物中均有顯著的效果，平均效果以施用石灰和生物質(zhì)炭為較高。施用鈍化劑對水稻籽粒中鎘含量降低效果大于對小麥籽粒中鎘的效果，鈍化劑用量較大時水稻籽粒中鎘的水平可下降50%以上。生石灰用量以3.00～4.50 t·hm-2為宜，生物質(zhì)炭用量以7.50 t·hm-2為宜。第1季小麥試驗中，鈍化劑對降低小麥籽粒中鎘效果較小可能與鈍化劑施入土壤時間較短、與土壤中鎘作用不夠充分有關(guān)。

2.4 對作物產(chǎn)量的影響

表4為以對照為參照的各處理相對產(chǎn)量。結(jié)果表明，施用不同種類、不同用量的鈍化劑對小麥和水稻產(chǎn)量均沒有顯著的影響，但多數(shù)情況下作物產(chǎn)量有輕微的增加。

表4 各處理對水稻和小麥相對產(chǎn)量的影響

3 小結(jié)

試驗結(jié)果表明：生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑對提高土壤pH值、降低土壤有效鎘和水稻、小麥籽粒中鎘的含量均有效，其效果隨鈍化劑用量的增加而增加；施用鈍化劑對降低水稻籽粒中鎘積累的效果大于對降低小麥籽粒中鎘積累的效果，鈍化效果以生石灰和生物質(zhì)炭為最佳，生石灰、生物質(zhì)炭的用量分別以3.00～4.50和7.50 t·hm-2為宜；4種鈍化劑的施用均不會對土壤肥力質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，并可輕微增加作物的產(chǎn)量。