保水劑對土壤重金屬鎘形態(tài)及生物有效性的影響

秦端端，姚粉霞，2，陳亞軍，徐冰，周燕，趙海濤，2，王小治，2，封克，2*

（1.揚州大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇 揚州 225127；2.江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095）

保水劑對土壤重金屬鎘形態(tài)及生物有效性的影響

秦端端1，姚粉霞1，2，陳亞軍1，徐冰1，周燕1，趙海濤1，2，王小治1，2，封克1，2*

（1.揚州大學環(huán)境科學與工程學院，江蘇 揚州 225127；2.江蘇省有機固體廢棄物資源化協(xié)同創(chuàng)新中心，南京 210095）

基于保水劑所具有的較強重金屬吸附能力，近年來已被作為重金屬污染土壤的修復候選材料之一，為弄清保水劑如何影響重金屬在土壤中的形態(tài)轉化，通過向鎘污染土壤中添加不同用量保水劑后的黑麥草盆栽試驗，探討保水劑（聚丙烯酸鈉）對黑麥草吸鎘以及對土壤鎘形態(tài)轉化的影響。結果顯示，試驗所用保水劑對溶液中重金屬鎘有較強的吸附能力，在鎘濃度為200 mg·L-1的溶液中，保水劑吸附鎘可達120 mg·g-1以上，添加保水劑可減少鎘在黑麥草地上部的積累量。僅添加保水劑處理，60 d后土壤鎘下降20%以上。添加保水劑并栽種黑麥草，可使土壤鎘附加下降16%以上，培養(yǎng)過程中減少的土壤鎘絕大部分被保水劑所吸附。黑麥草根系分泌物對鎘的絡合可促使難溶性鎘向可溶性鎘轉化，而保水劑通過對可溶性鎘的吸附降低了可溶性鎘的濃度，促進鎘由“殘渣態(tài)→可氧化態(tài)→可還原態(tài)→酸溶態(tài)”的轉化，兩者共同促進了土壤鎘的降低。添加保水劑一方面促進了土壤中難溶性鎘向可溶性鎘的化學轉化，另一方面又減少了鎘在植物體內(nèi)的積累。因保水劑吸附的鎘是否在一定時間后可重新釋放出來被植物吸收還不清楚，將保水劑作為鈍化劑正式用于修復鎘污染土壤之前，還須通過長期的生物學試驗加以驗證。

保水劑；鎘；黑麥草；土壤污染

重金屬污染已成為當前最受關注的土壤環(huán)境問題之一。據(jù)國家環(huán)?？偩终{(diào)查，中國農(nóng)田鎘污染面積在2003年即達到28×104hm2，鎘超標農(nóng)產(chǎn)品多達150萬t[1]，因此對土壤鎘污染的治理迫在眉睫。

土壤重金屬污染修復方法主要包括物理、化學和生物三大類，其中物理修復包括物理熱脫法、分離法、新土置換法、固化穩(wěn)定法以及電動力法等，化學方法包括溶劑萃取法、化學淋洗法、鈍化法及氧化還原方法等，生物修復方法包括微生物修復法、植物修復法和動物修復法等[2-3]。對于輕度污染且面廣量大的農(nóng)田土壤來說，采用鈍化劑修復方法是比較快速可行的方法之一。這類修復方法具有投入低、操作簡單、不破壞土壤原有結構等特點[4-5]，其實施效果的關鍵取決于對土壤及環(huán)境沒有副作用而對重金屬的吸附和固持能力又比較強的修復材料。

研究發(fā)現(xiàn)，保水劑是一種吸水能力特別強的高分子功能材料，能吸收水分、肥料、農(nóng)藥并在其后緩慢釋放，從而增加肥效和藥效，且對人體無害，無環(huán)境污染，已在多個領域特別是農(nóng)業(yè)上得到廣泛應用[6-9]。保水劑主要可分為淀粉類、纖維素類和合成聚合物類，其共同點是分子中均帶有大量羧基和羥基，因此從理論上講，它們可通過絡合吸附重金屬離子，將其從環(huán)境中去除。曲貴偉等曾報道了利用保水劑去除工業(yè)廢水和土壤中重金屬的可行性[10]。黃占斌等[11]和黃震等[12]試驗發(fā)現(xiàn)，保水劑在改善作物根系水分供應和改良土壤結構的同時，能明顯降低玉米、大豆等作物對土壤中鎘和鉛的吸收。據(jù)Peng等報道，將納米水合氧化錳摻入到聚丙烯酸鹽類保水劑中，還可進一步提高保水劑對Cd（Ⅱ）的吸附能力，從而減少植物吸收，因此認為該材料可用于土壤鎘污染的原位修復[13]。前人的這些研究發(fā)現(xiàn)并證實，保水劑可減少土壤鎘向植物體內(nèi)的轉移。但由于土壤以不同形態(tài)存在，對生物的有效性會有所不同，搞清保水劑如何影響不同形態(tài)鎘之間的轉化，對闡明保水劑對土壤鎘的鈍化機理很有幫助。本文通過向鎘污染土壤中添加保水劑并種植黑麥草試驗，探討保水劑的吸鎘能力及其對不同形態(tài)鎘之間轉化的影響，為將保水劑應用于污染土壤的修復提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗采用的保水劑為聚丙烯酸鈉鹽，由北京漢力淼新技術有限公司生產(chǎn)提供。分子量500～600萬，粒徑20～80目，吸水倍率434.3倍。

供試土壤采自湖南省株洲市某冶煉廠附近受鎘嚴重污染的0～10 cm表層土壤。土壤經(jīng)風干，過孔徑為1 mm的尼龍篩后備用。土壤pH 6.23，有機質28.55 g·kg-1，全氮1.373 g·kg-1，全磷0.358 g·kg-1，速效鉀56.7 mg·kg-1，土壤總鎘含量為269.1 mg·kg-1。

供試植物為多年生黑麥草。盆栽試驗采用上口徑129 mm、下口徑90 mm、高116 mm的帶有底孔的塑料盆缽，并配有防漏托盤。

1.2 試驗設計

1.2.1 保水劑對溶液中鎘的吸附能力

將0.100 g保水劑加入到100 mL鎘濃度分別為100、200、300、400、500、600 mg·L-1的氯化鎘溶液中，室溫下靜置48 h后用200目尼龍網(wǎng)過濾。過濾后的保水劑放入50 mL坩堝中，在65～70℃下烘干待測。每個濃度處理重復3次。

1.2.2 添加保水劑對土壤鎘形態(tài)和植物吸收鎘的影響

盆栽試驗分兩組在日光溫室中進行，每盆裝風干土750 g，一組僅添加保水劑而不種植物，一組在添加保水劑后種植黑麥草。每組各包括4個保水劑添加量處理，即0‰（空白對照）、2‰、4‰、8‰，兩組共8個處理。將保水劑和基肥（N 180 mg·kg-1、P2O590 mg·kg-1、K2O 120 mg·kg-1，肥料種類分別為尿素、過磷酸鈣、硫酸鉀）與土壤混勻后按照土壤飽和持水量的60%澆水，并依據(jù)保水劑的吸水倍率對含保水劑的處理另外補足相應的水量。每處理重復三次。然后播種黑麥草，待全部出苗后，每盆保留生長健壯的苗20棵。所有處理在試驗期間均維持土壤水分含量處于飽和持水量的60%。分別在黑麥草生長至40、60、80 d時收獲地上部分，在105℃下殺青0.5 h，75℃下烘干24 h，稱重后合并保存。

第三次收獲后，將保水劑與土壤分離。在風干過程中，土壤顆粒失水較快，易分散，而保水劑保持較大的顆粒狀，水分難以散發(fā)，有彈性不易破裂，因此可采用一定孔徑的尼龍篩將保水劑與土壤分離。將分離后的土壤樣品經(jīng)風干、研磨，過100目尼龍篩，用于不同形態(tài)鎘的測定。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤養(yǎng)分測定

土壤有機質采用重鉻酸鉀容量法－外加熱法測定；全氮含量采用開氏法測定；全磷含量采用HClO4-H2SO4消煮，鉬銻抗分光光度法測定；速效鉀含量采用1.0 mol·L-1NH4OAc浸提，火焰光度法測定[14]。

1.3.2溶液試驗保水劑中鎘含量的測定

將溶液試驗中吸鎘后的保水劑置于馬弗爐中，于450℃下灰化16 h，加入濃度為3 mol·L-1的HCl 10 mL，在90℃下消煮2次，直至消煮液變?yōu)橥该鞒吻宓囊后w后轉入到50 mL容量瓶，定容過濾后用原子吸收儀測定消煮液中的鎘含量[10，15-16]。

1.3.3 土壤總鎘、不同形態(tài)鎘和植物體內(nèi)鎘的測定

將保水劑添加到土壤后，由于表面粘附的土壤小顆粒難以去除，無法對保水劑吸附的鎘進行準確測定。但保水劑吸水后的顆粒較大，易于從土壤中分離出來，因此可對分離出保水劑后的土壤樣品進行鎘的測定。土壤中減少的鎘除被植物吸收外，則應該主要被保水劑所吸附，這部分鎘在本文中定義為“保水劑吸附鎘”。

對土壤不同形態(tài)鎘的測定采用BCR法[17-19]。按照該法，土壤鎘可分為酸溶態(tài)（包括可交換態(tài)和碳酸鹽結合態(tài)）、可還原態(tài)（鐵錳氧化態(tài)）、可氧化態(tài)（有機結合態(tài)和硫化物結合態(tài)）和殘渣態(tài)四級。

土壤鎘總量采用硝酸、氫氟酸、高氯酸法消煮[11]處理；植物鎘含量（地上部）采用干灰化法處理[14]（本文中用“植物鎘”表示）。處理后溶液中的鎘采用等離子體質譜儀ICAP-6000（美國Thermo公司）測定。

1.3.4 數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計

采用Microsoft Excel 2003軟件對數(shù)據(jù)進行處理。采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件對數(shù)據(jù)進行差異顯著性檢驗（LSD法）。采用OriginPro 8.5繪圖。

2 結果與分析

2.1 保水劑對溶液鎘的吸附能力

由圖1可見，保水劑對溶液中鎘離子有較大吸附能力。相對而言，在鎘濃度為200 mg·L-1時，保水劑顯示的吸附量最大，達到119.9 mg·g-1；鎘濃度增加，保水劑的吸鎘量反而減少，當鎘濃度為500 mg·L-1時，保水劑的鎘吸附能力僅為87 mg·g-1左右。該結果表明，保水劑對鎘具有較大的吸附能力，但這種能力受環(huán)境中鎘離子濃度的影響，并非濃度越大吸附越多。

圖1 保水劑對液體中鎘離子的吸附Figure 1 The holding capacity of water-retaining agent on Cd2+in solution

2.2 保水劑對黑麥草生長和吸收鎘的影響

從表1看出，隨保水劑添加量提高，黑麥草地上部生物量也隨之增加。這一方面得益于保水劑的存在可維持植物生長期間更好的土壤水分供應，另一方面也由于保水劑有助于土壤結構的改善和土壤養(yǎng)分的釋放，從而促進了植物生長[8，20-22]。

在黑麥草生長過程中，大量根系從保水劑顆粒中間穿過，無法將其從保水劑中分離出來，因此未能對根部鎘含量進行測定。表1顯示，添加保水劑可明顯減少黑麥草地上部鎘含量。與不添加保水劑相比，添加保水劑后雖然地上部生物量有所增加，但由于體內(nèi)鎘含量降低，總的鎘積累量仍有所降低。

表1 添加保水劑對黑麥草生長和吸鎘的影響Table 1 Effect of water-retaining agent on growth and cadmium uptake of ryegrass

2.3 添加保水劑對土壤鎘總量的影響

表2可見，無論是否種植黑麥草，添加保水劑均使土壤總鎘含量下降?？瞻讓φ胀寥赖目傛k含量為269.1 mg·kg-1，而添加2‰、4‰和8‰保水劑的處理，其總鎘含量分別比對照土壤降低了66.0、63.9、54.6 mg·kg-1，即在無植物的情況下，僅靠保水劑對鎘的吸附即可導致土壤鎘總量明顯下降。從數(shù)值上看，保水劑添加量為2‰時，土壤鎘下降已達最大值，再增加保水劑用量，土壤鎘也未繼續(xù)下降，說明此時保水劑用量已不是降低土壤鎘含量的限制因子。

對僅栽種黑麥草的處理，土壤總鎘含量下降了16.4 mg·kg-1（表2），說明黑麥草的存在也引起土壤鎘的減少，但減少的部分并沒有全部轉入到植物體內(nèi)。對2‰保水劑處理，栽種黑麥草后的土壤總鎘較對照下降109.1 mg·kg-1，去除保水劑所導致的鎘下降量66.0 mg·kg-1后，其中由黑麥草的存在所導致的下降量是43.1 mg·kg-1；添加4‰的保水劑處理，土壤總鎘降幅為128.8 mg·kg-1，去除保水劑導致的鎘下降量63.9 mg·kg-1后，由黑麥草存在所導致的下降量是64.9 mg·kg-1；添加8‰的保水劑處理，土壤總鎘降幅為111.9 mg·kg-1，去除保水劑導致的鎘下降量54.6 mg·kg-1后，由黑麥草存在所導致的下降量是57.3 mg·kg-1?？梢姡珊邴湶莸拇嬖谒鶎е碌耐寥梨k下降了16%～24%，略高于馬淑敏等報道的種植甜高粱可在45d內(nèi)使土壤全鎘降低10.0%～21.2%的結果[23]。本試驗中鎘的下降量之所以更大，很可能由于黑麥草屬于禾本科植物，其分泌有機酸和離子載體的能力較強[24-27]，這些有機絡合物促進了難溶性鎘向易溶性鎘的轉化，從而使更多的鎘被保水劑吸附或流失。

盆栽試驗中保水劑與土壤混合后，難以將粘附在保水劑表面的小土粒分離，因此無法直接測定保水劑中的鎘含量。試驗根據(jù)土壤鎘含量、黑麥草鎘含量和生物量，推算出被保水劑吸附的鎘（包括殘留在根系中的鎘，表2）。

表2 添加保水劑對土壤鎘含量的影響（mg·kg-1）Table 2 Effect of water-retaining agent on Cd content in soil

表3顯示，轉移至地上部植物體內(nèi)的鎘很少，最多時也未超過土壤鎘減少量的0.25%。由此推測，雖然會有部分鎘被積累在黑麥草根部，但添加保水劑所導致的土壤鎘減少的部分中，絕大多數(shù)都被保水劑所吸附。

2.4 添加保水劑對土壤鎘形態(tài)的影響

由于添加保水劑和種植黑麥草導致了土壤鎘明顯減少，土壤中必定發(fā)生了不同形態(tài)鎘的轉化。本試驗采用Quevauviller等[17]的不同浸提劑分步提取法，得到土壤不同形態(tài)鎘的含量（圖2）。對空白對照土壤來說，其中殘渣態(tài)的鎘含量最高，達到247.3 mg·kg-1；其次分別是酸溶態(tài)12.3 mg·kg-1，可還原態(tài)4.16 mg· kg-1，可氧化態(tài)1.31 mg·kg-1，它們分別占土壤總鎘量的93.3%、4.6%、1.6%和0.5%；殘渣態(tài)所占比例大幅超出其余幾種形態(tài)，也高出一般土壤中該形態(tài)所占比例，可能與所用土壤位于冶煉廠附近，受污染嚴重，比一般土壤含鎘量高得多有關。

表3 土壤鎘向保水劑中的轉移Table 3 Transfer of Cd from soil into water-retaining agent

圖2 保水劑處理對黑麥草吸收前后土壤中不同形態(tài)鎘含量的影響Figure 2 Effect of water retaining agent on different forms of Cd in soil before and after ryegrass growth

僅添加保水劑的處理，其殘渣態(tài)鎘下降幅度雖大，但占總鎘的比例最大，其次是酸溶態(tài)鎘和可氧化態(tài)鎘，兩者較為接近，最少的是可還原態(tài)鎘。添加保水劑并種植黑麥草，殘渣態(tài)鎘繼續(xù)大幅下降，占總鎘的比例保持最大，其次是酸溶態(tài)鎘，再其次是可還原態(tài)鎘，而可氧化態(tài)鎘最少。

分析兩組處理的土壤不同形態(tài)鎘含量增減情況（圖2）可發(fā)現(xiàn)，僅添加保水劑處理組的土壤鎘變化趨勢是：殘渣態(tài)鎘下降，可氧化態(tài)鎘上升，可還原態(tài)鎘上升，酸溶態(tài)鎘下降。在種植黑麥草的處理組中，無保水劑時，酸溶性鎘有微量增加，而添加保水劑后，酸溶性鎘下降明顯?？蛇€原態(tài)鎘和可氧化態(tài)鎘也都呈現(xiàn)下降趨勢，與僅添加保水劑而不種植黑麥草處理組的情況正好相反。該結果說明，黑麥草促進難溶態(tài)鎘向易溶態(tài)鎘的轉化，而保水劑導致易溶態(tài)鎘的減少。由于實際上最終進入黑麥草地上部的鎘量很少（表1），可以推斷，黑麥草的生長雖然進一步促進了難溶態(tài)鎘向易溶態(tài)鎘的轉化，但轉化后的易溶態(tài)鎘中的主要部分最終可能被保水劑所固持或流失。

分析圖2還可發(fā)現(xiàn)，在有植物生長時，保水劑對土壤不同形態(tài)鎘之間的轉化有著極大的影響。如生長黑麥草但不添加保水劑的處理，殘渣態(tài)鎘的下降量僅為13.9 mg·kg-1，而三個添加保水劑的處理，殘渣態(tài)鎘的下降達到98.7～118.8 mg·kg-1。其原因可歸于保水劑的存在使土壤有效水儲量增加，從而有利于養(yǎng)分的轉化和遷移[8]，對本試驗來說，則同樣有利于難溶性鎘向易溶性鎘的轉化。

3 討論

保水劑被認為可作為重金屬的鈍化劑與其特殊的分子結構和功能有關。作為一種帶有大量電離性親水基的三維網(wǎng)狀結構的高分子化合物[9]，聚丙烯酸鈉可通過羧基和羥基等的輕度交聯(lián)形成網(wǎng)絡結構，其內(nèi)部網(wǎng)孔和分子表面及斷鏈處的羧基可以與重金屬進行絡合，從而實現(xiàn)對重金屬離子的吸附和固持。本試驗顯示，在鎘濃度為200 mg·L-1的溶液中，每克保水劑約可吸附120 mg鎘離子。但在濃度更高的鎘溶液中，保水劑對鎘的吸附反而下降，盧巧暉[28]將保水劑加入到污泥中也發(fā)生了其吸附重金屬能力降低的現(xiàn)象，其原因可能是二價離子可在羧基間形成鍵橋。當鎘離子濃度過高時，會使保水劑表面聚丙烯酸分子間的交聯(lián)密度迅速增加，使親水基團減少，造成表面收縮，吸水率下降，外部的重金屬離子難以持續(xù)進入保水劑內(nèi)部[10，16，29]。

保水劑的存在可降低重金屬在植物地上部的積累。在本試驗中，雖然未能對黑麥草根部的鎘含量進行測定，但對地上部的分析顯示，添加保水劑后明顯減少了黑麥草地上部的鎘積累，與黃震等所報道的情況相似[12]。從圖2可見，添加保水劑后，無論是否栽種黑麥草，土壤酸溶態(tài)鎘都明顯減少（除0‰保水劑+黑麥草處理略有增加，但不顯著）。就生物有效性而言，酸溶性鎘應該是活性最強、最易被植物吸收的形態(tài)。因此可以推測，由于保水劑對土壤中大部分的酸溶態(tài)鎘進行了吸附，導致提供給黑麥草的生物有效態(tài)鎘減少，進而使黑麥草體內(nèi)的鎘含量降低。

試驗結果還顯示，黑麥草不僅通過吸收影響土壤鎘含量，也影響土壤中不同形態(tài)鎘之間的轉化。從表2可見，無保水劑時，僅栽種黑麥草的土壤鎘下降了16.4 mg·kg-1，其中一小部分吸收后轉移到地上部，其余殘留在根部或可能隨水流失。本試驗未對根中的鎘含量加以測定，因此對殘留在根部的鎘量不清楚。但從其他三個保水劑處理看，栽種黑麥草后，土壤鎘在原先僅添加保水劑后降低的基礎上，又分別下降43.1、64.9、57.3 mg·kg-1，由此證實黑麥草生長促進了土壤鎘的轉化。有研究者表明，植物根系生長過程中產(chǎn)生的分泌物對土壤中鎘含量的降低有著積極的促進作用[30-31]，特別是禾本科植物在生長過程中會分泌大量鐵載體（Siderophore），這些鐵載體能夠絡合土壤中的難溶性金屬離子，從而使金屬離子從沉淀狀態(tài)不斷溶解出來[29，32]。而黑麥草正屬于禾本科類植物，且根系極其發(fā)達，因此本試驗所發(fā)生的現(xiàn)象極有可能是黑麥草根系所分泌的大量鐵載體使較多的土壤鎘被溶解出來，其中大部分被保水劑所吸附。

土壤鎘的化學形態(tài)、可溶解性與其生物有效性密切相關。Quevauviller等采用不同提取劑對土壤中的重金屬進行提取，并從化學形態(tài)上將它們劃分為酸溶態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)和殘渣態(tài)四大類，它們的溶解性是逐漸降低的，并認為它們對植物的有效性是依次遞減的[17]。這四種形態(tài)的鎘處于動態(tài)平衡，酸溶態(tài)鎘濃度的降低會促進其他幾種形態(tài)的鎘向酸溶態(tài)鎘的轉化。保水劑對鎘的吸附可能起著減少酸溶態(tài)鎘的作用，通過動態(tài)平衡，最終表現(xiàn)為殘渣態(tài)鎘的減少最為明顯。從氧化態(tài)鎘和可還原態(tài)鎘濃度有所上升而對植物最易有效的酸溶態(tài)鎘下降的情況看，添加保水劑導致了“殘渣態(tài)鎘→可氧化態(tài)鎘→可還原態(tài)鎘→酸溶態(tài)鎘→保水劑吸附態(tài)鎘”的轉化過程。總體而言，添加保水劑和種植黑麥草均有助于土壤鎘從難溶性向易溶性方向轉化，其中黑麥草的作用主要是通過根系分泌物對鎘的絡合，促使其向易溶的形態(tài)轉化，而保水劑的作用主要是通過對溶解出來的鎘的固持，降低其濃度，從而促進不同鎘形態(tài)之間的化學平衡向易溶性鎘的方向移動。

綜合分析表明，添加保水劑一方面促進了土壤中難溶態(tài)鎘向易溶態(tài)鎘的轉化，即提高了土壤鎘的化學活性，但同時又減少了鎘在植物體內(nèi)的積累，即在短期內(nèi)降低了土壤鎘的生物有效性。鑒于本研究以及已報道的相關研究都僅僅進行了短期的植物吸收試驗，對保水劑所吸附的重金屬是否會在長期的植物生長過程中逐步釋放出來還不清楚，因此將保水劑作為土壤重金屬的鈍化劑使用是否合適還有待通過長期的田間試驗加以驗證。

4 結論

保水劑對重金屬鎘有較強的吸附能力，在鎘濃度為200 mg·L-1的溶液中，試驗所用保水劑的鎘吸附量可達120 mg·g-1。

單獨添加保水劑可使試驗土壤總鎘下降20%以上。在添加保水劑的基礎上栽種黑麥草可使土壤總鎘繼續(xù)下降16%以上，但經(jīng)轉化釋放出的鎘絕大部分應是被保水劑所吸附。盆栽條件下，添加保水劑可明顯減少黑麥草對鎘的吸收。

黑麥草可通過根系分泌物對鎘進行絡合，促進難溶性鎘向易溶性鎘的轉化；保水劑通過對可溶態(tài)鎘的吸附，降低可溶態(tài)鎘的濃度，促進鎘由“殘渣態(tài)→可氧化態(tài)→可還原態(tài)→酸溶態(tài)”的轉化，兩者共同促進了土壤鎘的降低。

保水劑一方面可促進土壤難溶性鎘向易溶性鎘的轉化，另一方面又可在短期內(nèi)降低其在植物體內(nèi)的積累。因此，在將保水劑正式應用于污染土壤的重金屬修復之前，尚需通過較長期的生物學試驗予以驗證。

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ffect of water-retaining agent on themorphology of Cd in soil and its′bioavailability

QIN Duan-duan1,YAO Fen-xia1,2,CHEN Ya-jun1,XU Bing1,ZHOU Yan1,ZHAO Hai-tao1,2,WANG Xiao-zhi1,2,FENG Ke1,2*
（1.College of Environmental Science and Engineering,Yangzhou University,Yangzhou 225127,China;2.Jiangsu Collaborative Innovation Center for Solid Organic Waste Resource Utilization,Nanjing Agricultural University,Nanjing 210095,China）

Water-retaining agents（WRAs）have recently been proposed for remediation of heavy metal contaminated soils,but their impacts on morphology of heavy metals are not well understood.To investigate effects of WRAs application on cadmium（Cd）morphological transformation in soil and Cd uptake by plants,a pot experiment was conducted for 60 days with and with no ryegrass at WRAs（active ingredient：polyacrylic acid sodium salt-PAAS）application rates of 0‰，2‰，4‰and 8‰.The results showed that WRAs reduced Cd accumulation in aboveground part of ryegrass.Compared to control,total soil Cd concentrations decreased by more than 20%and 36%in WRA treatments with no and with plants,respectively.The sorption of soluble Cd in soil solution by PAAS facilitates the dissolution of insoluble Cd species, which is further enhanced by the complexation with the root exudates.Thus,the Cd morphology transforms in the following order：residue state→oxidized state→reduced state→acid soluble state.Overall,PAAS application increased chemical activity of Cd on one hand,and reduced its short-term bioavailability on the other hand.However,a long-term botanical experiment is needed to find out the desorption potential of Cd-loaded PAAS before WRAs can be widely used to remediate Cd contaminated soil.

water-retaining agent;cadmium;ryegrass;soil contamination

X53

A

1672-2043（2016）12-2327-07

10.11654/jaes.2016-0972

秦端端，姚粉霞，陳亞軍，等.保水劑對土壤重金屬鎘形態(tài)及生物有效性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2016,35（12）：2327-2333.

QIN Duan-duan,YAO Fen-xia,CHEN Ya-jun,et al.Effect of water-retaining agent on themorphology of Cd in soil and its′bioavailability[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（12）:2327-2333.

2016－07－27

國家重大基礎研究發(fā)展計劃項目（2013CB127404）；國家自然科學基金項目（41301308，31272228，31000934）

秦端端（1990—），女，江蘇徐州人，碩士研究生，主要從事土壤重金屬污染研究。E-mail：1196094690@qq.com

*通信作者：封克E-mail：fengke@yzu.edu.cn