土壤重金属钝化效果实验研究

侯彪　行仙峰

摘 要：随着矿产资源的大量开发，各种化学产品的广泛使用，工业三废进入土壤，导致土壤重金属污染，尤其是农田土壤重金属污染日益突出。农田土壤重金属污染已成为当前亟待解决的环境问题，我国大多数城市农田都不同程度的受到了重金属污染，尤其镉大米成为人们日常生活中经常面对的问题。镉污染土壤修复已经成为不得不关注的问题。文章通过粘土矿物吸附土壤重金属，将重金属固定在土壤中，减少重金属有效态进入农作物中，从而降低作物中的重金属含量。

关键词：粘土矿物；矿物肥料；有效态

中图分类号：X53 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）32-0054-02

Abstract： With the development of mineral resources and the extensive use of various chemical products， industrial wastes enter the soil， resulting in heavy metal pollution in soil， especially in farmland soil. The heavy metal pollution of farmland soil has become an environmental problem to be solved. Most urban farmland in our country is polluted by heavy metals in varying degrees， especially cadmium rice has become a problem that people often face in their daily life. The remediation of cadmium contaminated soil has become a problem that has to be paid close attention to. Through the adsorption of soil heavy metals by clay minerals， the heavy metals were fixed in the soil to reduce the availability of heavy metals into crops， thereby reducing the content of heavy metals in crops.

Keywords： clay mineral； mineral fertilizer； available state

随着土壤重金属污染越来越严重，国家对土壤关注程度也越来越高。2016年5月28日，国务院印发了《土壤污染防治行动计划》，标志着打响了土壤污染防治的攻坚战。土壤重金属污染问题作为一个老大难问题，更让许多人投入到对土壤污染重金属修复研究与治理当中。重金属对农作物的危害，主要与重金属有效态含量有重大关系。有效态多，则容易被土壤吸附，进而威胁人体健康。因此，如何找到一个有效方法减少有效态重金属进入到农作物中成为了研究的关键。结合重金属的性质与粘土矿物的吸附性，本文通过在与矿物肥料结合的情况下，通过粘土矿物吸附重金属减少有效态含量，矿物肥料提供作物所需的养分元素，筛选出使重金属有效态降低的粘土矿物，从而为重金属修复提供一定的参考。

1 粘土矿物吸附重金属机理

粘土矿物主要通过三类作用力实现对重金属离子的吸附，具体包括：（1）离子交换作用，在粘土矿物晶体中，阳离子与重金属离子发生的置换反应；（2）表面络合作用，粘土矿物表面带负电的基团与带正电的重金属离子发生表面络合或沉淀反应，从而降低重金属离子的活性；（3）静电作用，粘土矿物硅氧四面体中的硅被铝替代，价态没有达到平衡，從而使硅氧四面体带负电，进而通过静电吸附作用吸附带正电的阳离子或阳离子基团。

三类作用力在不同的粘土矿物上所起的作用是不一样的。2：1型粘土矿物的层间充满大量可交换性阳离子，因此当其吸附重金属离子时，阳离子交换作用>表面络合（沉淀作用）>静电作用；1：1型粘土矿物层间主要由氢键作用联结，可交换性阳离子基本上不存在，因此表面络合（沉淀作用）>静电作用>阳离子交换作用。

2 粘土矿物吸附重金属的实验研究

2.1 材料与试剂

样品：土壤样品TS125采集于什邡市师古镇，将采集的土壤阴干后，剔除植物碎屑，用四分法取100g主壤，研磨后过100目尼龙筛，装入样品袋中备用。

矿物肥料由中国科学院地质与地球物理所刘建明研究员提供，是以钾长石等天然富含硅酸盐岩的岩石经过水热反应工艺生产而成。

供试矿物材料为膨润土、高岭土、磷灰石。

2.2 钝化模拟实验

实验采用土壤量固定，矿物肥料及矿物材料同等比例的做法来进行实验，具体如下：

将上述组合混合均匀，然后加入10ml去离子水，在振荡器上振荡数小时，直至将去离子水蒸干。随后进行重金属形态连续提取。

2.3 重金属赋存形态分析

重金属赋存形态分析采用BCR连续提取法，此法将重金属分为五类，如下：

（1）弱酸溶态——包括可交换态和碳酸盐结合态。

a.可交换态重金属：指吸附在表土、腐殖质及其它成分上的金属，易于迁移转化，能被植物吸收。

b.碳酸盐结合态重金属：土壤中重金属元素在碳酸盐矿物上形成的共沉淀结合态。当PH值下降时易重新释放出来而进入环境中。相反，值升高有利于碳酸盐的生成。

（2）可还原态——铁锰氧化物结合态

重金属一般是以细粉散颗粒存在，铁锰氧化物结合态在氧化还原电位较高时，有利于铁锰氧化物的形成。

（3）可氧化态——有机结合态

由土壤中各种有机物如动植物残体腐殖质及矿物颗粒的包裹层等与土壤中重金属结合而成。

（4）残渣态

一般存在于硅酸盐原生和次生矿物等土壤晶格中，是自然地质风化过程中的结果。在自然界正常条件下不易释放，能长期稳定在沉积物中，不易为植物吸收。

3 结果讨论

矿物材料对重金属赋存形态的影响：

肥料与其它矿物材料结合后，土壤中重金属Cd形态百分比如图1。

通过图1，我们可以发现不同的矿物材料在与肥料结合的情况下，土壤中重金属形态所占百分比，由于残渣态与弱酸溶态一个不容易被吸收，一个容易进入作物，故我们重点关注这两个形态的变化情况。

（1）通过1、2组比较，我们发现单纯添加矿物肥料后，土壤中重金属弱酸溶态减少，残渣态增多，代表矿物肥料对于吸附土壤重金属有较好的效果。

（2）通过1、3、4、5组的对比，我们发现弱酸溶态比例都在减少，减少比例从大到小依次为3>5>4，即弱酸溶态减少比例磷灰石>高岭石>膨润土。发现3的残渣态比例有所增加，而4与原土中残渣态所占比例相当，5则减少。说明3即磷灰石与矿物肥结合吸附重金属较其它粘土矿物能力强，修复效果好。

（3）通过1、6、7、8组的对比，弱酸溶态比例都在减少，减少比例从大到小依次为8>7>6，即弱酸溶态减少比例磷灰石+高岭石>高岭石+膨润土>膨润土+磷灰石。从残渣态来看，三种组合残渣态都在减少，说明这三种组合将部分残渣态重金属和弱酸溶态重金属转化为了可氧化态与可还原态。

（4）通过1、9发现，将这些材料按1：1加入到土壤中后发现可还原态重金属变多，Cd主要以还原态重金属的形式存在。

4 结束语

通过我们的实验研究发现，在矿物肥料与磷灰石结合时，修复鈍化土壤重金属能力最强，最能将危险性形态的重金属钝化固定下来，因此可以考虑在施用矿物肥料时加入磷灰石，从而减少重金属被作物所吸收的概率，进而对人体健康影响程度降到最低。

矿物肥料不仅能够提供给作物所需的营养元素，而且可以将土壤重金属钝化，使其不易被作物所吸收，但是重金属被钝化后仍然保留在土壤中，一旦周围环境发生变化，这部分重金属就容易被释放出来，从而被作物所吸收，因此后续应考虑矿物肥料与粘土矿物结合修复重金属时的可持续性及有效性。

参考文献：

[1]宁东峰.土壤重金属原位钝化修复技术研究进展[J].中国农学通报，2016（23）.

[2]施培俊，王冠华，吴迪，等.几种有机、无机钝化剂对铜污染土壤的钝化效果研究[J].环境工程，2016

（06）.

[3]徐剑辉.土壤重金属污染现状及修复方法[J].安徽农业科学，2016（05）.