不同钝化剂对Cd污染土壤钝化效果及油菜中Cd含量的影响

许剑敏，刘奋武

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

不同钝化剂对Cd污染土壤钝化效果及油菜中Cd含量的影响

许剑敏，刘奋武

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

采用盆栽试验，研究施加钝化剂海泡石、膨润土和鸡粪对Cd污染土壤的钝化效果以及对油菜中Cd含量的影响。结果表明，施加鸡粪可显著提高油菜地上生物量，施加海泡石、膨润土对油菜生物量无显著影响；施加海泡石、膨润土可显著提高土壤pH值，施加鸡粪可降低土壤pH值；施加钝化剂能显著降低土壤中有效态Cd含量及油菜地上部分Cd含量，有机无机钝化剂配施效果好于单施钝化剂处理，经处理，油菜中Cd含量符合《食品安全标准》（GB2762—2012）规定的叶菜类0.2 g/kg的Cd浓度限值。

海泡石；膨润土；鸡粪；钝化

当前由于金属矿山的开采、汽车尾气的排放、农业上肥料和农药的大量施用等，造成土壤中重金属含量大幅度增加，土壤重金属污染已经成为世界上非常严峻的环境问题[1-3]。受重金属污染的土壤，肥力降低，影响农作物产量，并通过食物链进入人体内。Cd是一种对人体毒性大，容易在土壤与植物中积累的重金属污染物[4-5]，由于Cd广泛应用于合金制造、电镀以及电子设备中，因此，其对土壤的污染较为严重。有数据表明，我国菜地土壤的Cd超标率高达24.1%[6]，因此，修复土壤Cd污染意义重大。

土壤钝化修复常见的钝化剂分为无机钝化剂和有机钝化剂2种。无机钝化修复是利用经济有效的石灰、沸石、碳酸钙、磷酸盐和硅酸盐等不同钝化剂，与重金属发生吸附、氧化还原、拮抗或沉淀作用，从而造成重金属的生物有效性下降[7-10]；有机钝化修复是利用有机堆肥、畜禽粪便以及城市污水厂中产生的活性污泥作为重金属络合剂固定重金属，同时为作物提供必要的营养元素[11-14]。

当前，关于化学修复重金属土壤的文献虽然较多，但多数均采用单一改良剂，而有机无机钝化剂配施较少。本研究通过模拟Cd污染土壤，以小油菜作物进行盆栽试验，选用常见的海泡石、膨润土及发酵鸡粪作为钝化剂，通过研究不同钝化剂对油菜生物量、油菜中Cd含量、土壤pH值及土壤中有效态Cd含量的影响，旨在为合理选择钝化剂修复土壤提供一定依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

从山西农业大学资源环境学院试验站采集表层（0～20 cm）土壤，土壤为石灰性褐土，基本理化性状为：pH值7.85，阳离子交换量13.45 cmol/kg，有机质含量13.6 g/kg，Cd全量0.37 mg/kg。

1.2 试验材料

供试作物为小油菜，品种为四月慢。所用海泡石为粉末状，pH值为9.57，Cd全量0.86 mg/kg；膨润土为粉末状，pH值为8.33，Cd全量0.45 mg/kg，二者均购自石家庄凯捷矿产公司。

供试鸡粪来自养鸡场，施用前堆肥发酵，pH值为6.31，Cd全量1.13 mg/kg。

1.3 试验设计

采用盆栽试验，将土壤自然风干，易除其中的大部分杂质，然后过2 mm铁筛，向土壤中添加已配好的CdCl2（化学纯）溶液，使土壤中Cd浓度为3 mg/kg，充分搅拌均匀后在室温条件下老化30 d。

试验在山西农业大学资源环境学院试验站温室内进行。采用塑料盆，每盆装入2 kg老化后的Cd污染土壤。试验设6个处理：处理1.不含任何钝化剂（CK）；处理2.海泡石10 g/kg（S）；处理3.膨润土10 g/kg（B）；处理4.鸡粪10 g/kg（M）；处理5.海泡石10 g/kg＋鸡粪10 g/kg（S＋M）；处理6.膨润土10 g/kg＋鸡粪10 g/kg（B＋M）。

施入基肥N 0.2 g/kg（尿素）、P 0.1 g/kg（过磷酸钙）、K0.2 g/kg（碳酸钾），将基肥、钝化剂、土壤搅拌均匀，调节该混匀土壤田间持水量至65%，平衡7 d。每盆播种10株小油菜，在出苗后进行不定期间苗，每盆保留3株长势均匀的幼苗。定期浇灌，保持65%的土壤持水量，45 d后收获小油菜。

1.4 样品的采集及项目测定

油菜生长45 d后，剪取植株地上部分，分别用自来水和去离子水冲洗并吸干水分，在105℃下杀青30 min，70℃烘干，粉碎。

油菜中Cd含量的测定采用HNO3-HClO4法；土壤Cd含量用HCl-HNO3-HClO4-HF法消解，有效态Cd采用DTPA溶液浸提[15]，原子吸收分光光度计测定。土样pH值采用电位法（土液比1∶2.5）测定。

1.5 数据分析

数据采用Excel 2007和SPSS19软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同钝化剂对油菜地上部生物量的影响

各处理对油菜地上部生物量的影响如图1所示。从图1可以看出，与CK处理相比，各处理施用钝化剂以后对油菜地上部生物量均有不同程度的提高，施入有机肥鸡粪的处理油菜地上生物量增幅较为显著，其中，S＋M处理地上生物量增加幅度最明显，比CK增加27.6%；B＋M处理次之；而单施矿物钝化剂处理与CK处理差异不显著。各处理对油菜地上生物量影响大小顺序为S＋M＞B＋M＞M＞S＞B＞CK。

鸡粪作为有机肥，可以向作物提供丰富的N，P，K等大量营养元素和B，Zn，Mn，Mo等中微量元素；有机肥含有多种功能性微生物，可直接或间接为作物提供多种营养和刺激性物质，促进和调控作物生长；而海泡石与膨润土属于天然矿物，不含有对作物有益的营养元素，基本没有肥力，对作物来说就是石头。因此，单施矿物钝化剂处理与CK处理间差异不显著，而施入含有鸡粪的处理与CK处理比较差异显著。

2.2 不同钝化剂对土壤pH的影响

由图2可知，各处理对Cd污染土壤pH有不同程度的影响，其中，单施无机矿物钝化剂海泡石、膨润土增加了土壤pH值，S处理提高pH值最大，比CK处理增加了0.31，且与各处理间差异显著。这是因为海泡石呈强碱性，pH值为9.57，施入土壤后能明显提升土壤pH值，而膨润土的pH值为8.33，呈弱碱性，因而提升土壤pH值能力弱于海泡石[16]。

施入有机肥鸡粪的处理中则降低了土壤pH值，其中，M处理pH值比CK降低了0.27，降幅最大，其他加入有机肥鸡粪的处理pH值也有不同程度降低。这主要是因为鸡粪pH值为6.31，低于供试土壤7.85，同时，鸡粪在腐熟过程中会形成和累积大量的有机酸，从而进一步降低土壤的pH值[17]。

2.3 不同钝化剂对土壤有效态Cd的影响

从图3可以看出，与CK处理相比，各处理均显著降低土壤中有效态Cd，降幅为20.1%～39.6%，其中，有机无机钝化剂配施效果更为明显，与其他处理间差异显著；S＋M处理的土壤有效Cd浓度最低，B＋M次之，但二者间差异不显著；单施钝化剂处理间差异不显著。

海泡石和膨润土同属于硅酸盐类天然黏土矿物，结构均为2个硅氧四面体之间夹着一个八面体晶片结构[18]，因此，具有比表面积大、空隙丰富的特点，同时，矿物表面富含OH-等大量负电荷，有较强的化学吸附能力和离子交换能力。因此，海泡石与膨润土的施入可以提高土壤对重金属的吸附容量，并大幅度降低重金属对作物的有效性。

有机肥的络合作用是钝化土壤重金属的主要原因。有机肥表面富含芳香结构，含有大量的羟基、酚羟基和羰基等官能团，这些官能团为重金属的络合提供了大量的配位基，因而对重金属有高度的亲和性，可以吸附土壤中重金属，降低其迁移性和生物有效性[19]。同时，有机肥可以增加土壤阳离子交换量，增加土壤表面可变负电荷，从而增强对重金属的吸附能力[20]。

2.4 不同钝化剂对油菜地上部分Cd含量的影响

由图4可知，施加钝化剂后，油菜地上部分Cd含量均显著较低，降幅为29.4%～58.5%，有机无机钝化剂配施效果好于单施钝化剂处理，其中，S＋M处理效果最好。施加钝化剂后各处理油菜地上部分Cd含量均低于《食品安全标准》（GB2762—2012）规定的叶菜类0.2 g/kg的Cd含量限值。

3 结论

本研究结果表明，施加钝化剂可以不同程度增加油菜地上部分生物量，施加海泡石、膨润土对油菜生物量无显著影响，施加鸡粪可显著提高油菜地上生物量。施加海泡石、膨润土可显著提高土壤pH值，施加鸡粪会降低土壤pH值。

施加钝化剂能显著降低土壤中有效态Cd含量，有机无机钝化剂配施效果好于单施钝化剂处理，S＋M处理中土壤有效Cd含量最低。施加钝化剂能显著降低油菜地上部分Cd含量，有机无机钝化剂配施效果好于单施钝化剂处理，S＋M处理效果最好，经过处理，油菜Cd含量符合国家食品安全标准。

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Effects of Different Passivation Agents on Cd Contaminated Soil and the Content of Cd in Rape

XUJianmin，LIUFenwu
（College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The pot experiment was conducted to investigate the effects of applying chicken manure,sepiolite and bentonite on immobilization remediation of Cd contaminated soil.The results showed that applying chicken manure could significantly increase the biomass of rape,addition of sepiolite and bentonite had no significant effect on the biomass of rape.Applying chicken manure could reduce soil pH value,addition of sepiolite and bentonite could significantly improve soil pH value.Applying the passivation agent significantly decreased available Cd concentrations in soil and the content of Cd in rape,and combing applications of clays and chicken manure was better than that single passivation agent.In all immobilization treatments Cd concentration of rape was lower than the maximumlevel permitted byGB2762-2012.

sepiolite;bentonite;chicken manure;immobilization

X53

A

1002-2481（2016）12-1799-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.12.15

2016-07-13

山西省自然科学基金项目（2015011022）；山西农业大学校青年科技创新基金项目（J141502002）

许剑敏（1980-），男，山西榆次人，讲师，主要从事土壤退化与生态重建研究工作。