探討膨潤土和沸石在鎘污染土壤治理中的應(yīng)用

＊孫呈鵬

（甘肅省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院 甘肅 734000）

引言

研究結(jié)果顯示，在進行適量膨潤土的施入后，受到鎘污染程度不同土壤交換態(tài)鎘與碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘對應(yīng)在質(zhì)量分數(shù)上都有所降低，但殘渣態(tài)鎘、有機結(jié)合態(tài)鎘與之相對應(yīng)的質(zhì)量分數(shù)有所升高。針對輕中度的污染，膨潤土可以發(fā)揮一定的鈍化作用[1]。在重度污染方面，膨潤土依然具有較為明顯的鈍化作用，然而沸石卻表現(xiàn)出與之相反的特點，起到一定的激活作用[2]。對于不同程度的污染，在塌菜生物量上，膨潤土?xí)蛊溆兴黾?，同時會對鎘的吸收起到一定抑制作用，這樣便促使植物體內(nèi)鎘相應(yīng)含量得到一定降低，對于塌菜的生長具有著相對顯著的推動作用[3]。

1.土壤污染現(xiàn)狀基本概述

伴隨人口的不斷增長與全球產(chǎn)業(yè)化的日益加劇，廢水及煙氣中一些重金屬的排放量也在逐漸加大，水資源、土地資源等均受到了一定程度的危害，長年累月給生物圈正常的生態(tài)環(huán)境造成了較為嚴重的影響[4]。因為人們所排放的重金屬元素存在著比較大的危害，植物在對其加以吸收以后，便會進入到生物圈中，這樣便會長時間地存在于動植物與人體中，給人們的身體健康及其生物圈的動態(tài)性平衡造成了較為嚴重的影響。自20世紀60年代起，人們便可以應(yīng)用經(jīng)相應(yīng)處理，而后符合一定要求的廢水予以農(nóng)業(yè)灌溉，伴隨時代的不斷變遷，該項技術(shù)也逐漸獲取了比較普遍的應(yīng)用，至20世紀90年代，污水相應(yīng)的灌溉面積從起初的30萬hm2快速上升至330萬hm2。然而在這其中約占據(jù)80%的灌溉水質(zhì)都不符合相關(guān)灌溉的要求，導(dǎo)致進行污水灌溉的土地，占據(jù)約一半的比例都受到了程度各不相同的污染。迄今為止，國內(nèi)因此種問題受到污染的土壤已然存在千萬公頃之多，約占據(jù)10%比例的耕地受到不同程度的重金屬污染，特別是經(jīng)濟發(fā)達的區(qū)域，其土壤受到污染相應(yīng)的嚴重程度也更甚。國內(nèi)耕地面積比較稀缺，同時大部分耕地面積又受到了比較嚴重的重金屬污染，這些受到污染的耕種土地大多數(shù)都仍然在進行農(nóng)作物的種植。一些受到重金屬污染比較嚴重的耕地，甚至出現(xiàn)了常年顆粒無收的情況，造成一年糧食千萬余噸的減產(chǎn)量。即使土壤并未受到嚴重污染的地區(qū)，因為水源空氣等諸多方面因素的影響作用，被種植出來的水果、蔬菜以及糧食等相關(guān)重金屬的含量也會達到臨界點，在這其中鎘污染的問題是比較嚴重的[5]。

2.試驗研究

植物對于鎘的吸收，通常情況下和鎘在土壤實際存在的相應(yīng)形態(tài)和有效態(tài)量之間存在著較為密切的關(guān)聯(lián)。所以，在受到鎘污染土壤相關(guān)修復(fù)的研究中，土壤鎘形態(tài)的研究通常都是重點予以研究的內(nèi)容。原位修復(fù)技術(shù)需要投入的成本相對較低，主要指的是針對黏土礦物鈍化土壤中，含有的一些重金屬實施修復(fù)處理的技術(shù)。部分黏土礦物存在比較大的外表面、內(nèi)表面及其比較強大的吸附能力，這樣便會同土壤中含有的相關(guān)重金屬產(chǎn)生離子之間的交換作用，實現(xiàn)對重金屬的有效固定，這樣可以有效規(guī)避土壤中重金屬出現(xiàn)遷移的情況，進入植物體內(nèi)。本次研究中，沸石與膨潤土是應(yīng)用的兩種主要礦物材料，對于受到鎘污染不同程度土壤中一些形態(tài)上的變化、在重金屬鎘的吸收上以及有效性方面進行實際研究，主要是為了闡釋沸石與膨潤土對于減小土壤和植物組成系統(tǒng)中鎘相應(yīng)的毒性機制，從而給鎘污染土壤的修復(fù)與治療提供更加合理的根據(jù)。

(1)材料和方法

應(yīng)用于實驗中的土壤源自于某農(nóng)場的石灰性褐土，基本理化性狀如下：堿解N52.18mg/kg，土壤有機質(zhì)17.36g/kg，有效鎘0.009mg/kg，質(zhì)地為中壤。應(yīng)用于實驗中的沸石與膨潤土基本理化性狀如下：膨潤土選用的是鈣基膨潤土，其中含有77%的蒙脫石，鎘的含量是0.009mg/kg，陽離子相應(yīng)的代換量是47.0coml（+）/kg。沸石選用的是斜發(fā)沸石，其中沸石的含量超過70%，鎘的含量是0.009mg/kg，陽離子相應(yīng)的代換量是82.0coml（+）/kg，選取的試物是塌菜。

對于受到鎘污染的土壤分成高水平、中水平和低水平幾個不同的級別，也就是10mg/kg、20mg/kg和50mg/kg的土壤，沸石與膨潤土的使用量分別為20g/kg與30g/kg，一共進行九個處理，分別是Cd10、Cd20、Cd50、Cd10P、Cd20P、Cd50P、Cd10F、Cd20F、Cd50F，各次處理分別進行六次的重復(fù)。應(yīng)用的盆缽為15×20cm2的塑料盆，一盆裝有±4kg，在將沸石與膨潤土稱好以后，和土壤混合以后均勻性地在盆缽中裝入。底肥施加磷酸二氫鉀與尿素，使用量分別是2.5g/盆與1.2g/盆，鎘使用CdC12·2.5H2O配置成溶液，根據(jù)試驗相關(guān)要求施入土壤中，進行一周的平衡以后予以播種處理，在出苗以后各盆留下三株，在塌菜實際生長的過程中每兩日實施一次澆水處理，控制土壤中水分的實際含量，保證田間持水量為65%。關(guān)于塌菜，其實際生長期為60日，在完成收獲以后塌菜植種鮮重，對塌菜體內(nèi)鎘元素的實際含量進行測量，應(yīng)用相關(guān)分級方法，對土壤中各種不同形態(tài)的鎘進行實際測量，鎘的含量應(yīng)用3510型原子吸收分光光度計加以測量。

(2)結(jié)果和分析

①膨潤土與沸石對于土壤鎘相應(yīng)形態(tài)所產(chǎn)生的影響

土壤中存在的鎘可以分成碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和交換態(tài)等多種不同的形態(tài)。通常情況下，植物吸收的鎘形態(tài)都是交換態(tài)。膨潤土與沸石存在著比較大的表面積與比較大的陽離子相應(yīng)交換量，在鎘污染土壤中進行沸石與膨潤土的施加以后，土壤中不同形態(tài)鎘實際含量如表1所示。

表1 施入膨潤土和沸石對于土壤中鎘形態(tài)所產(chǎn)生的影響

通過圖1可以看出，鎘輕中度污染的情況下，施入沸石與膨潤土?xí)黠@減低可交換態(tài)鎘與碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘相應(yīng)的含量，在這其中，可交換態(tài)鎘相較于CK分別下降了19.89%與7.19%，碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘相較于CK分別下降了10.81%與8.43%。與此同時，明顯加大了鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘、殘渣態(tài)鎘以及有機結(jié)合態(tài)鎘相應(yīng)含量，比較于CK，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘相應(yīng)的含量加大了17.01%與22.83%，殘渣態(tài)鎘相應(yīng)的含量加大了9.03%與9.38%，有機結(jié)合態(tài)鎘相應(yīng)的含量加大了17.37%與17.89%，存在著比較明顯的差異性。

圖1 輕中度鎘污染情況下沸石與膨潤土對于土壤中鎘形態(tài)所產(chǎn)生的影響

通過圖2可以看出，在鎘嚴重污染的情況下，施入膨潤土可以促使碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘與可交換態(tài)鎘相應(yīng)含量的下降，分別對應(yīng)的下降比例是9.86%與13.60%，有機態(tài)鎘與碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘分別對應(yīng)的加大量分別是0.06%與2.09%，殘渣態(tài)鎘相應(yīng)的加大量是7.11%，除卻有機態(tài)鎘的差異不是十分明顯以外，針對其它形態(tài)鎘的影響差異是比較明顯的。施入沸石以后，碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘與交換態(tài)鎘明顯加大，分別加大了3.43%與4.67%，有機結(jié)合態(tài)鎘、殘渣態(tài)鎘及其鐵錳結(jié)合態(tài)鎘都出現(xiàn)了比較明顯的降低。可見，針對重度污染土壤中存在的沸石，鎘發(fā)揮了一定的激活效果，究其原因也許是由于沸石的施入量相對較少所引起的，對應(yīng)的作用機理有待進行更為深入地研究。

圖2 重度鎘污染情況下沸石與膨潤土對于土壤中鎘形態(tài)所產(chǎn)生的影響

綜上，膨潤土對于程度各不同相同鎘污染土壤均有助于土壤中鎘從交換態(tài)與碳酸鹽結(jié)合態(tài)向非生物有效態(tài)的轉(zhuǎn)換，促使鎘相應(yīng)的生物有效性有所下降，這樣便會對土壤中存在的鎘起到一植物定的鈍化作用，從而降低鎘給植物正常生長造成的影響，這樣便實現(xiàn)了植物對于鎘吸收的有效抑制作用。沸石對于輕中度污染土壤能夠促進土壤中鎘向非生物有效態(tài)的轉(zhuǎn)換，對于重度鎘污染土壤卻加強了鎘相應(yīng)的生物有效性，加大了鎘所具有的污染程度。

②沸石與膨潤土對于鎘污染土壤塌菜生物量所產(chǎn)生的影響

通過圖3能夠看出，塌菜相應(yīng)的鮮重伴隨鎘污染程度的變重而有所降低。在進行沸石與膨潤土的施入以后，相較于CK而言，塌菜相應(yīng)的鮮重會出現(xiàn)程度各不相同的加大。在發(fā)生輕度污染的情況下，施入一定的沸石與膨潤土，相較于CK而言分別加大了9.90g/盆與12.52g/盆。在發(fā)生中度污染的情況下，相較于CK而言分別加大了10.60g/盆與15.05g/盆，差異比較明顯。在發(fā)生重度污染的情況下，施入膨潤土的塌菜相較于CK而言，加大了21.45g/盆，差異比較明顯。但進行沸石的施入對于塌菜在鮮重方面的影響不是很大，只是加重了4.98g/盆。

圖3 沸石與膨潤土對于塌菜鮮重所產(chǎn)生的影響

③沸石與膨潤土對于塌菜體內(nèi)鎘含量所產(chǎn)生的影響

通過圖4能夠看出，在發(fā)生鎘的輕中度污染和重度污染的情況下，施入膨潤土以后塌菜植株體內(nèi)鎘相應(yīng)的含量都出現(xiàn)了比較明顯的降低。在發(fā)生鎘輕中度污染的情況下，施入沸石與膨潤土相應(yīng)鎘的含量，對比于CK分別下降了6.23mg/kg與3.97mg/kg，存在著比較明顯的差異。在發(fā)生重度污染的情況下，施入膨潤土塌菜相應(yīng)鎘的含量下降了2.40mg/kg，存在著比較明顯的差異。但在施入沸石以后，明顯加大了塌菜中鎘相應(yīng)的含量，相較于CK而言，加大了4.79mg/kg，對應(yīng)的結(jié)果和土壤中交換態(tài)鎘的加大比較符合。

圖4 沸石與膨潤土對于塌菜體內(nèi)鎘相應(yīng)積累所產(chǎn)生的影響

3.結(jié)論

針對土壤中存在的碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘與交換態(tài)鎘，沸石與膨潤土均存在一定的鈍化作用，然而針對程度不同的鎘污染土壤所產(chǎn)生的鈍化效果也存在一定的差異。在土壤鎘污染輕中度的情況下，沸石和膨潤土所起到的效果比較接近，都可以針對土壤中存在的鎘起到一定的鈍化作用，有助于土壤中的鎘從生物有效態(tài)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉巧镉行B(tài)，減小其所受到的毒害作用。但在受到鎘比較嚴重污染的情況下，膨潤土依然對于鎘存在著比較明顯的鈍化作用，但沸石則呈現(xiàn)為活化作用。充分表明沸石對于輕中度鎘污染的土壤具有一定的改善效果，對于重度鎘污染的土壤存在著促進污染的效果。在鎘污染的土壤中進行沸石與膨潤土的施入，土壤中有效態(tài)鎘的實際含量有所減少，這樣便導(dǎo)致塌菜體內(nèi)鎘相應(yīng)含量的下降，這樣更加利于塌菜實際的生長與發(fā)育，減小了給塌菜生長造成的各種危害?？傊?，進行沸石與膨潤土的施入存在提升作物產(chǎn)量與減小污染兩個方面的作用。