礦物質鈍化劑對重金屬污染土壤的鈍化效果研究

葉勝蘭

摘 要：試驗采用室內恒溫培養試驗，研究不同礦物質材料（海泡石、沸石和坡縷石）添加量對土壤溶解態和殘渣態的銅、鎘、鋅和鉛含量的影響，得出不同礦物質材料適宜的添加量。結果表明：不綜合分析發現，不同種類鈍化劑能有效降低溶解態重金屬含量，同時增加殘渣態重金屬含量。其中以低濃度的坡縷石效果最佳，因此可選用1%或者2%的坡縷石用于土壤中重金屬銅、鋅和鉛的鈍化修復，可選擇2%的海泡石對鎘進行修復。

關鍵詞：鈍化劑;重金屬;污染土壤

中圖分類號：S-3 ? ? ? 文獻標識碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20201030038

前言

隨著城市化和工業化的高速發展以及市政污水和排放廢棄物等進入農業循環系統，大面積的土壤嚴重受到重金屬污染。且在由于我國人口的巨大壓力條件下，優質耕地資源的短缺和糧食生產的需求矛盾顯得極為突出，因此對污染土壤進行大規模修復已是迫在眉睫。但物理修復存在高成本的問題而植物修復需要長時間不間斷的修復作用。因此，對于重金屬污染的土壤最實用的且可以確保農作物安全生產的補救措施應采用化學鈍化法[1]?；瘜W鈍化修復是指向受污染的土壤中添加鈍化劑，以將重金屬從活性形式轉變為穩定形式，從而減少重金屬的遷移和生物利用度，達到修復受重金屬污染的土壤的方法[2]。該項修復技術具有快速修復，操作簡單等優點，因此更適合大面積被重金屬污染的農田[3-4]。目前已研究出可使用的鈍化劑材料主要有各種礦物質，生物炭，有機物等，它們對不同類型的污染物質，土壤類型和污染水平的修復結果存在一定差異性[4-6]。將這些鈍化劑用于土壤的修復后，一方面可以改善土壤的理化性質和補充養分，另一方面通過吸附，沉淀，結合使重金屬從可交換態變為有機結合態和殘留態。從而降低了重金屬的遷移率和生物結合度[7]。

然而我們不可忽視的是重金屬污染土壤的修復是一項長期而艱巨的工程。因此，在選擇化學鈍化劑時，應充分考慮鈍化劑的價格和是否可能再次污染。礦物是廉價的材料，具有最佳的環境相容性。近年來，尤其是非金屬礦物常被用作土壤重金屬的鈍化劑，并取得了良好的效果[8]。礦物鈍化劑可以增強土壤與重金屬離子的親和力，提高土壤中重金屬的吸附能力，并減少重金屬的二次釋放。白云石可以更好地修復酸性土壤中的重金屬污染，并可以顯著減少有效的鋅、鎘和鉛[9]。施用海泡石后，蔬菜土壤中可交換的鎘含量可降低23.1%-41.2%;生菜，油菜和蘿卜的可食用部分中鎘的最大減少量分別達到51.8%，47.0%和24.9%[10]。但是，僅使用礦物鈍化劑土壤中有機物存在加速分解的風險，土壤腐殖質不易積聚，若長期添加腐殖質也會導致土壤致密化和微量營養素缺乏[7]。因此，鑒于化學鈍化修復技術在實際生產中已有的明顯缺陷，有機肥與鈍化劑的聯合修復技術不僅可以提高土壤肥力，促進農作物生長，而且可以促進修復效率的提高和土壤中鈍化重金屬含量的增加[11-14]。研究表明，在鈍化劑海泡石的修復作用下，增加有機肥的施用可以顯著減少小菜可食部分和根中Cd的吸收和積累[15]。

目前，有許多關于通過礦物質鈍化來修復重金屬污染的研究，并且大多數研究集中在使用一種或多種礦物質來降低土壤中重金屬的遷移率和生物結合度。但實際應用中，關于有機肥料對重金屬的鈍化和修復效果影響的研究很少，在鈍化修復中采用良好的農藝措施不僅可以促進修復效率，而且可以提高修復效率。土壤重金屬凈化與恢復的穩定性。因此，研究有機肥對鈍化修復效果和穩定性的影響，最小化有機肥對鈍化修復效率的不利影響，最大化有機肥對鈍化修復效果的協同增強作用，提高鈍化修復能力。效果和穩定性對進一步促進農田中重金屬污染土壤的研究和應用具有極其重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗土壤為陜西富平的粘土，并過0.149mm篩后備用。有機肥為購買的發酵羊糞。鈍化劑材料選用海泡石、沸石和坡縷石，過0.149mm篩后備用。重金屬污染土壤按照土壤環境質量二級標準（GB 15618-1995）擴大5倍添加適量重金屬鹽類物質，使土壤中總銅、總鎘、總鋅和總鉛含量分別達到500、1.5、1250和600mg·kg-1。

1.2 試驗方法

試驗中添加的礦物質鈍化劑量應按照干質量比（1%、2%、3%和5%）分別與重金屬復合污染土壤混合，同時設對照，共13個處理，每個處理設3個重復。

采用恒溫培養試驗，先稱取自制的污染土壤50g，分別加入不同種類和用量的鈍化劑材料，將其與土壤充分混勻后置于250mL塑料瓶中。按照田間持水量的65%添加去離子水到培養瓶中，用保鮮膜封口，并在保鮮膜中間留數個小孔。將塑料瓶置于25℃恒溫培養箱中培養，培養過程中采用稱重法補充去離子水。在培養50d后自然風干后過篩備用。

1.3 測定項目

溶解態及殘渣態銅、鎘、鋅和鉛的測定：采用1mol·L-1醋酸銨提取，稱取過2mm篩風干土樣于100mL塑料瓶中，準確加入1mol·L-1醋酸銨浸提劑（浸提劑：土為2：1），振蕩2h，離心過濾后，使用原子吸收分光光度計測定銅、鎘、鋅和鉛的含量。

2 結果

2.1 不同鈍化劑對污染土壤中溶解態重金屬含量的影響 ?溶解態重金屬是土壤中活性較高的一類物質，極易發生遷移轉化、淋溶滲漏造成植物、深層土壤、地下水等的污染。從圖1可看出，不同類型鈍化劑及不同比例鈍化劑均顯著影響重金屬污染土壤中溶解態重金屬的含量。其中CK的溶解態銅、鋅、鎘和鉛含量均表現為最大。在添加不同鈍化劑后，溶解態重金屬含量均出現不同程度的下降。P2（坡縷石2%）和P3（坡縷石3%）處理的銅含量相同，為279mg·kg-1且低于其他坡縷石處理;P3處理的鋅、鎘含量低于其他處理;同時P2處理的鉛含量是坡縷石中最低的。而溶解態重金屬在經過海泡石處理后，以S3（海泡石3%）處理的效果表現最好，其中銅、鎘和鉛均表現為最低，分別為286mg·kg-1、856mg·kg-1和60mg·kg-1。對于沸石處理則以Z2（沸石2%）的效果表現最佳，溶解態重金屬銅、鎘、鉛分別為299mg·kg-1、0.94mg·kg-1及55mg·kg-1。而在三種鈍化劑中，則以坡縷石對重金屬的鈍化效果最優，且以添加2%和3%比例坡縷石的效果最佳。

2.2 不同鈍化劑對污染土壤中殘渣態重金屬含量的影響 ?殘渣態重金屬是被固定的已結合的金屬，不能再次釋放。土壤中的殘渣態重金屬不會被植物吸收，也不易通過雨水等方式發生滲漏，呈現出極其穩定的一種狀態。從表1可看出，不同鈍化劑處理除鎘元素外均顯著增加了土壤中殘渣重金屬的含量。土壤中重金屬鎘不易被固化，其中S2（沸石2%）、S1（沸石1%）、P1（坡縷石1%）和P4（坡縷石5%）殘渣態鎘分別為0.061mg·kg-1、0.051mg·kg-1、0.035mg·kg-1和0.005mg·kg-1，但其他處理含量均為0。其中以低濃度的海泡石效果最佳。坡縷石中以P1的固定效果最佳，其中銅和鋅的含量分別為23mg·kg-1和46mg·kg-1，顯著高于其他處理。P2處理的殘渣態鉛含量最高為24mg·kg-1。而2%海泡石處理的效果表現最佳，其銅、鋅和鉛分別為24mg·kg-1、48mg·kg-1和19mg·kg-1，顯著高于其他比例的海泡石處理。

3 結論

綜合分析發現，不同種類鈍化劑能有效降低溶解態重金屬含量，同時增加殘渣態重金屬含量。其中以低濃度的坡縷石效果最佳，因此可選用1%或者2%的坡縷石用于土壤中重金屬銅、鋅和鉛的鈍化修復，可選擇2%的海泡石對鎘進行修復。

參考文獻

[1] 胡紅青，黃益宗，黃巧云，等.農田土壤重金屬污染化學鈍化修復研究進展[J].植物營養與肥料學報，2017，23（6）：1676-1685.

[2]王永昕，孫約兵，徐應明，等.施用雞糞對海泡石鈍化修復鎘污染菜地土壤的強化效應及土壤酶活性影響[J].環境科學，2016（35）：159-169.

[3]梁媛，王曉春，曹心德.基于磷酸鹽、碳酸鹽和硅酸鹽材料化學鈍化修復重金屬污染土壤的研究進展[J].環境化學，2012（31）：16-25.

[4]梁學峰，徐應明，王林，等.天然黏土聯合磷肥對農田土壤鎘鉛污染原位鈍化修復效應研究[J].環境科學學報，2011，31（5）：1011-1018.

[5]陳義群，董元華.土壤改良劑的研究與應用進展[J].生態環境學報，2008，17（3）：1282-1289.

[6]孫薊鋒，王旭.土壤調理劑的研究和應用進展[J].中國土壤與肥料，2013（6）：10-17.

[7]陳功寧.礦物質鈍化劑對重金屬污染紅壤的修復效應及機理研究[M].廣州：華南理工大學，2017.

[8]戴瑞，鄭水林，賈建麗，等.非金屬礦物環境材料的研究進展[J].中國非金屬礦工業導刊，2009（3）：3-10.

[9]Vondrá ková S， Hejcman M， SzákováJ. Effect of quick lime and dolomite applicationon mobility of elements （Cd， Zn， Pb， As， Fe， and Mn） in Contaminated soils[J]. Pol J Environ Stud，2013，22（2）：577-589.

[10]梁學峰，徐應明，王林，等.天然黏土聯合磷肥對農田土壤鎘鉛污染原位鈍化修復效應研究[J].環境科學學報，2011，31（5）：1011-1018.

[11]姚麗賢，操君喜，李國良，等.連續施用養殖場、鴿糞對土壤養分和重金屬含量的影響[J].環境科學，2007，28（4）：819-825.

[12]吳清清，馬軍偉，姜麗娜，等.雞糞和垃圾有機肥對莧菜生長及土壤重金屬積累的影響[J].農業環境科學學報，2010，29（7）：1302-1309.

[13]王林，徐應明，梁學峰，等.生物炭和雞糞對鎘低積累油菜吸收鎘的影響[J].中國環境科學，2014，34（11）：2851-2858.

[14]董志新，卜玉山，劉秀珍，等.不同有機物料對止壤養分和酶活性的影響[J].山西農業大學學報，2014，34（3）：1-6.

[15]王永昕，孫約兵，徐應明，等.施用雞糞對海泡石鈍化修復鎘污染菜地土壤的強化效應及土壤酶活性影響[J].環境化學，2016，35（1）：159-169.

（責任編輯 李媛媛）