人工合成鈍化劑原位鈍化修復鎘污染土壤的試驗研究

摘要：開展盆栽試驗，在高含量、中含量與低含量的鎘污染土壤中分別加入不同劑量的人工合成鈍化劑（巰基改性黏土、硅鈣肥、鈣鎂磷肥），然后種植油菜，待油菜成熟后采集莖葉樣品測定鎘含量。根據油菜莖葉鎘含量檢測結果，3種鈍化劑對鎘污染土壤的綜合修復效果排序為：巰基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥。巰基改性黏土的鈍化阻控率最高，能有效地阻止鎘向油菜體內遷移。

關鍵詞：鎘污染土壤；原位鈍化修復；鈍化劑；巰基改性黏土；硅鈣肥；鈣鎂磷肥

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.047

Experimental study on in-situ Passivation and remediation of cadmium contaminated soil using artificially synthesized passivators

YU Dashu， LIANG Yongxin， SONG Jiarui， HOU Liye， LIAO Liwen

（Nuclear Industry 247 Brigade of Tianjin North China Geological Exploration Bureau， Tianjin 301800， China）

Abstract： The potted experiment is conducted， in which different doses of artificially synthesized passivators （thiol modified clay， silicon calcium fertilizer， calcium magnesium phosphate fertilizer） are added to high， medium， and low cadmium contaminated soil， and then rapeseed is planted， and stem and leaf samples are collected to determine cadmium content after maturity. According to the detection results of cadmium content in rapeseed stems and leaves， the comprehensive remediation effect of three passivators on cadmium contaminated soil is ranked as follows： mercapto modified clay＞silicon calcium fertilizer＞calcium magnesium phosphate fertilizer. The passivation and inhibition rate of thiol modified clay is the highest， which can effectively prevent cadmium from migrating into rapeseed.

Keywords： cadmium contaminated soil; in-situ passivation and remediation; passivators; sulfhydryl modified clay; silicon calcium fertilizer; calcium magnesium phosphate fertilizer

鎘是一種毒性很強的重金屬，它不是人體必需的元素，過量攝入會導致中毒。我國農田重金屬污染非常突出，鎘污染面積大[1]。我國大量農田存在不同程度的鎘污染，因此修復鎘污染土壤對于保障農產品安全具有重要意義。作為一種行之有效的重金屬污染土壤修復技術，原位鈍化修復通過調節土壤理化性質和吸附、沉淀、離子交換、腐殖化、氧化還原等反應，將土壤中的有毒重金屬固定起來，或者將重金屬轉化成化學性質不活潑的形態，降低其生物有效性，從而阻止重金屬通過植物根部向農作物地上部遷移和累積，實現污染土壤的治理[2]。人工合成鈍化劑既能修復重金屬污染土壤，又可以改良土壤結構，增加土壤肥力，改善農田的整體環境，避免土壤出現板結現象，綠色環保，具有很好的應用前景[3]。在室外開展盆栽試驗，將巰基改性黏土、硅鈣肥（鈍鎘劑Ⅰ號）和鈣鎂磷肥3種人工合成鈍化劑分別加入不同含量的鎘污染土壤中，然后種植油菜，待油菜成熟后采集莖葉樣品測定鎘含量，推斷3種鈍化劑的綜合修復效果。不同含量的鎘污染土壤要合理選用鈍化劑，確保油菜莖葉鎘含量達到相關安全標準限值。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗基礎土壤為高含量鎘污染土壤，采集于衛輝市孫杏村鎮衛河河灘；摻拌用土為無污染的清潔土壤，采集于天津市寶坻區的麥田。試驗基礎土壤和摻拌用土進行晾曬、錘擊、研磨、過篩和攪拌等加工后，根據《土地質量地球化學評價規范》（DZ/T 0295—2016）[4]的土壤環境地球化學等級劃分標準，在試驗基礎土壤中摻拌一定比例的摻拌用土，分別配制低含量（鎘含量為1.63 mg/kg）、中含量（鎘含量為2.77 mg/kg）和高含量（鎘含量為4.55 mg/kg）的試驗用土。盆栽試驗作物為油菜。

人工合成鈍化劑分別為巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥。巰基改性黏土的鈍化原理為有機絡合和沉淀反應，形成難溶性鹽。硅鈣肥的鈍化原理為物理吸附和有機絡合。鈣鎂磷肥的鈍化原理為物理吸附和有機絡合，主要通過吸附、絡合等機制抑制土壤中鎘活性，阻止土壤中的鎘向植物體內遷移。

1.2 試驗方法

在高含量、中含量和低含量的鎘污染土壤中分別加入3種鈍化劑，即鈣鎂磷肥、巰基改性黏土和硅鈣肥。根據3種鈍化劑的特點，向3種土壤中分別加入高劑量、中劑量和低劑量的鈍化劑，攪拌均勻。將配制好的試驗用土放置在種植盆中，加入去離子水平衡1周進行老化[5]。每種種植試驗設置2個重復樣（2盆），用于計算精度和離散性。每種含量的鎘污染土壤設置2個空白樣（2盆），不加入任何鈍化劑。其中，1盆種植油菜，用于對比鈍化效果，1盆不種植油菜，用于對比自然狀態的有效態鎘含量[6]。在盆栽土壤中栽種10～15粒油菜種子，進行澆水、除草、防治害蟲和間苗等日常維護，培育50 d后收獲。

油菜成熟后，沿根部用塑料剪刀剪斷莖葉，采集莖葉樣品。用清水將油菜莖葉上的泥土和灰塵等臟物清洗干凈，然后將其放在烘箱中（低溫）短時間內烘干，再將莖葉樣品送至具有資質的實驗室進行檢測分析。按照《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618—2018）[7]和《食品安全國家標準 食品中鎘的測定》（GB 5009.15—2023）[8]，測定油菜莖葉樣品的鎘含量。

2 結果分析

試驗配制3種含量的鎘污染土壤，在未加入任何鈍化劑、加入巰基改性黏土、加入硅鈣肥和加入鈣鎂磷肥的情況下，不同含量鎘污染土壤對應的油菜莖葉鎘平均含量如表1所示。根據《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）的標準要求[9]，葉菜鎘含量的限值為0.20 mg/kg。根據油菜莖葉樣品的鎘含量檢測結果，3種鈍化劑均對土壤中的鎘起到鈍化阻控作用，達到綜合修復效果，降低其活度[10]。對于高含量鎘污染土壤，只有巰基改性黏土可以使油菜莖葉鎘含量達到安全標準限值；對于中含量鎘污染土壤，3種鈍化劑均可以使油菜莖葉鎘含量達到安全標準限值；對于低含量鎘污染土壤，3種鈍化劑均可以使油菜莖葉鎘含量達到安全標準限值[11]。

2.1 高含量鎘污染土壤

在高含量鎘污染土壤中分別加入巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥，通過試驗確定3種鈍化劑對應的油菜莖葉鎘含量。3種鈍化劑對鎘污染土壤的平均鈍化阻控率排序為巰基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥，如圖1所示。根據檢測結果，只有巰基改性黏土可以使油菜莖葉鎘含量達到相關安全標準限值。

2.2 中含量鎘污染土壤

在中含量鎘污染土壤中分別加入巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥，通過試驗確定3種鈍化劑對應的油菜莖葉鎘含量。3種鈍化劑對鎘污染土壤的平均鈍化阻控率排序為巰基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥，如圖1所示。根據檢測結果，3種鈍化劑均可以使油菜莖葉鎘含量達到相關安全標準限值。

2.3 低含量鎘污染土壤

在低含量鎘污染土壤中分別加入巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥，通過試驗確定3種鈍化劑對應的油菜莖葉鎘含量。3種鈍化劑對鎘污染土壤的平均鈍化阻控率排序為巰基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥，如圖1所示。根據檢測結果，3種鈍化劑均可以使油菜莖葉鎘含量達到相關安全標準限值。

3 結論

試驗在高含量、中含量與低含量的鎘污染土壤中分別加入不同劑量的人工合成鈍化劑（巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥），然后種植油菜，待油菜成熟后采集莖葉樣品測定鎘含量。根據油菜莖葉樣品鎘含量檢測結果，3種鈍化劑均對土壤中的鎘起到鈍化阻控作用，達到封控效果并降低其活度。對于高含量、中含量和低含量的鎘污染土壤，3種鈍化劑的鈍化阻控效果綜合排序為巰基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥。其中，巰基改性黏土的鈍化阻控效果最好。巰基改性黏土的鈍化阻控率最高，能有效阻止鎘向油菜體內遷移。對于高含量鎘污染土壤，只有巰基改性黏土可以使油菜莖葉鎘含量達到相關安全標準限值；對于中含量鎘污染土壤，3種鈍化劑均能使油菜莖葉鎘含量達到相關安全標準限值；對于低含量鎘污染土壤，3種鈍化劑均能使油菜莖葉鎘含量達到相關安全標準限值。

參考文獻

1 王玉軍，陳懷滿.我國土壤環境質量重金屬影響研究中一些值得關注的問題[J].農業環境科學學報，2013（7）：1289-1293.

2 崔 斌，王 凌，張國印，等.土壤重金屬污染現狀與危害及修復技術研究進展[J].安徽農業科學，2012（1）：373-375.

3 王立群，羅 磊，馬義兵，等.重金屬污染土壤原位鈍化修復研究進展[J].應用生態學報，2009（5）：1214-1222.

4 國土資源部.土地質量地球化學評價規范：DZ/T 0295—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

5 孫約兵，徐應明，史 新，等.污灌區鎘污染土壤鈍化修復及其生態效應研究[J].中國環境科學，2012（8）：1467-1473.

6 康宏宇，林 健，張乃明，等.不同鈍化材料對重金屬污染土壤的鈍化效果研究[J].中國農學通報，2015（35）：176-180.

7 生態環境部，國家市場監督管理總局.土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準（試行）：GB 15618—2018[S].北京：中國標準出版社，2018.

8 國家衛生健康委員會，國家市場監督管理總局.食品安全國家標準 食品中鎘的測定：GB 5009.15—2023[S].北京：中國標準出版社，2023.

9 國家衛生健康委員會，國家市場監督管理總局.食品安全國家標準 食品中污染物限量：GB 2762—2022[S].北京：中國標準出版社，2022.

10 王 林，徐應明，孫國紅，等.海泡石和磷酸鹽對鎘鉛污染稻田土壤的鈍化修復效應與機理研究[J].生態環境學報，2012（2）：314-320.

11 左清青，王爍康，趙陳晨，等.納米羥基磷灰石對鎘的吸附解吸及對鎘污染土壤修復研究[J].環境工程，2017（3）：179-184.

作者簡介：于大澍（1986—），男，遼寧燈塔人。研究方向：放射性環境評價、場地環境調查、環境風險評估及污染場地修復。