不同改良剂对土壤环境中重金属污染的原位钝化效应

来源:用户上传      作者: 郑小真　刘锦秀

　　[摘要] 以蔬菜作为研究对象，通过盆栽和田间试验，探讨了不同改良剂对土壤重金属钝化作用以及蔬菜重金属累积与产量的影响。
　　[关键词] 改良剂 土壤环境 重金属 钝化 效应
　　
　　随着工业飞速发展，人口剧增以及城市化进程的加快，人类活动导致土壤环境中重金属污染日益严重。土壤环境中重金属污染不仅抑制农作物生长发育降低产量，而且降低其卫生品质。土壤中重金属经农作物如蔬菜吸收通过食物链最终危害人体健康。目前，修复土壤重金属污染具体措施主要有化学固定、土壤淋洗、热脱附、蒸汽萃取、动电修复，生物修复和农艺措施等。化学固定常用有无机和有机改良剂，因其成本低，实施容易常被利用。本文以蔬菜作为研究对象，就不同改良剂对土壤重金属污染的原位修复效果进行探讨，期望明确不同改良剂对土壤环境中重金属污染的钝化效应，选择生产上适用的改良剂品种。
　　
　　1 材料与方法
　　
　　供试土壤重金属改良剂（处理）：试验一是硫磺（0.167g•盆-1）、钙镁磷（20g•盆-1），试验二是石灰（750k g•hm-2）、厩肥（29500 kg•hm-2）、硫化钠（15 kg•hm-2），试验三和四硫磺（30 kg•hm-2）、二硫化碳（30kg•hm-2）、十二硫醇（120kg•hm-2），以上试验均以不施改良剂为对照。
　　供试重金属试剂：试验一盆栽每盆添加6.1mgCdCl2•2.5H2O，600mgAs2O3，1597.44mgPb(NO3)2。
　　供试蔬菜：按试验一至四（表1至3）顺序依次是上海青、芥蓝菜、空心菜、白萝卜。
　　供试土壤：试验一土壤为菜园土,基础肥力是pH7.0,有机质17.9g•kg-1,全N1.0g•kg-1,碱解N94. 0mg•kg-1,速效P109.9 mg•kg-1,速效K139mg•kg-1,每盆装风干土10kg。试验二土壤为菜园土，基础肥力pH6.6，有机质22.6 g•kg-1。试验三土壤为灰红黄泥土，基础肥力pH4.4，有机质40.2 g•kg-1，全N 2.36g•kg-1，全P 3.48g•kg-1，全K 20.4g•kg-1，碱解N 295mg•kg-1，速效P 517.8mg•kg-1，速效K 332mg•kg-1。试验四为灰红黄泥土，基础肥力pH5.61,有机质20.7 g•kg-1，碱解N 131mg•kg-1，速效P 111.6 mg•kg-1，速效K 198mg•kg-1。
　　试验一为盆栽，塑料盆直径38cm，高14cm，试验二至四为田间试验，小区面积依次为28m2、12 m2、20 m2，均设3次重复，随机排列。改良剂全做基肥施用，同一个试验管理措施基本保持一致。在蔬菜收成时测产，分别取土样，菜样送检。土壤有效态重金属，用pH7.3的DTPA-CaCl2-TEA浸提剂浸提，并经离心过滤。As分析用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法，Cu、Pb、Cd分析用原子吸收分光光度法,Hg采用冷原子吸收分光光度法。
　　
　　2 结果与分析
　　
　　2.1不同改良剂对蔬菜经济产量与农艺性状的影响
　　在四个试验中除一个盆栽试验（见表1）加改良剂硫磺和钙镁磷后上海青蔬菜的株重分别提高了27.5%、42.6%,经方差分析差异达显著与极显著水平外，其余三个田间试验（见表2一3）蔬菜产量增减产经方差分析差异均未达到显著水平。盆载上海青蔬菜农艺性状考察结果（见表1）表明，施硫磺和钙镁磷后上海青蔬菜的株高，开展度，最大叶面积均有提高趋势。可见，在网室盆栽，人工可控条件下，添加两种改良剂明显促进蔬菜生长，显著提高蔬菜产量。但在田间条件下，可能由于其他不确定条件的冲淡作用，施加改良剂后蔬菜产量基本保持平产水平。
　　
　　2.2不同改良剂对土壤环境―蔬菜植株系统中重金属迁移、转化、累积的影响
　　施石灰、厩肥、硫化钠三种改良剂（见表2）促进土壤环境中Cu、Pb、Cd、As等四种重金属的形态向无效态转化，有效态含量均有明显下降，每公顷施750Kg石灰后土壤有效态Cu、Pb、Cd、As浓度分别下降21.1%、48.6%、11.6%、27.7%；每公顷施29500kg厩肥后土壤有效态Cu、Pb、Cd、As浓度分别下降11.0%、2.9%、4.3%、3.8%；每公顷施15Kg硫化钠后土壤有效态Cu、Pb、Cd、As浓度分别下降12.6%、34.3%、14.5%、3.0%。由此可见上述三种改良剂有明显钝化土壤环境中Cu、Pb、Cd、As等重金属的作用。
　　一般认为，作物受害程度与体内重金属含量不与土壤中该元素总浓度相关，而与该元素在土壤中有效态的浓度相关性甚佳。生物迁移是通过植物根系从土壤中吸收有效态重金属，并在植物体内累积起来的过程。由于施改良剂后土壤环境中有效态重金属含量下降，放缓了其在土壤――蔬菜系统中扩散、迁移，蔬菜可利用性降低。因此，加施改良剂后蔬菜中As、Pb、Cd、Hg等重金属含量普遍下降或有下降趋势（见表1-3）。每盆施20g钙镁磷后上海青蔬菜的As、Pb、Cd含量分别比对照下降52.5%、42.2%、32.0%，经方差分析差异达显著或极显著水平；每公顷施750kg石灰后芥蓝菜的Cu、Pb、Cd、As含量分别下降22.3%、50.0%、23.1%、44.0%；每公顷施29500kg厩肥后芥蓝菜的Cu、Pb、Cd、As、Hg含量分别下降14.9%、40.3%、7.7%、32.0%、6.3%；每盆施0.179g硫磺后上海青蔬菜的As、Pb、Cd含量分别下降42.5%、40.2%、52.0%，经方差分析差异均达到极显著水平；每公顷施30Kg硫磺后空心菜Pb含量下降32.1%，白萝卜As、Pb、Cd含量分别下降29.1%、67.4%、14.0%，其中As、Pb含量差异经方差分析达极显著，Cd含量差异不显著；每公顷施15kg硫化钠后芥蓝菜Cu、Pb、Cd、As含量分别下降31.0%、35.5%、23.4%、48.0%；每公顷施30kg二硫化碳后菜体中As、Cd、Pb元素含量，空心菜分别下降20.0%、16.7%、21.4%；白萝卜分别下降17.0%、20.5%、5.4%，Cd含量经方差分析差异达显著水平；每公顷施120kg十二硫醇空心菜Pb含量下降32.1%、白萝卜As、Pb、Cd含量分别下降44.7%、75.5%、20.5%，经方差分析As、Pb含量差异达极显著水平，Cd含量差异达显著水平。
　　
　　注：产量为小区产量，空心菜样为重复混合样，白萝卜F(产量)=8.93 5%LSD=11.68 1%LSD= 16.98，F（AS）=8.75** 5%LSD=0.019 1%LSD= 0.028，F（Pb）=9.12** 5%LSD=0.125 1%LSD= 0.182，F（Cd）=7.04* 5%LSD=0.012 1%LSD= 0.018
　　
　　3 小结
　　综上所述，施改良剂后蔬菜产量基本保持平产或进一步提高，农艺性状改善；土壤环境中Cu、Cd、Pb、As等重金属受到钝化，其有效态含量分别下降11.0%-21.1%，2.9%-48.6%，4.3%-14.5%，3.0%-27.2%；迁移扩散能力受进一步约束，蔬菜可利用率下降，蔬菜体中As、Pb、Cd、Hg、Cu等重金属含量普遍下降或有下降趋势；其下降率分别为17.0%-52.0%，5.4%-75.5%，7.7%-32.0%，6.3%，14.9%-22.3%。从不同改良剂对重金属改良钝化效果来看，同种改良剂对不同重金属改良效果不同，每种改良剂都针对某些重金属改良作用比较有效，每一种重金属因施不同改良剂改良的效果也不同，每种重金属都有对其改良作用比较好的改良剂品种，生产上应根据土壤中不同重金属污染程度来选择其适宜的改良剂品种。

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