不同改良劑對土壤中Cd生物有效性的影響研究

劉帥霞 馬夢娟 陳 納 王曉娟 王英戈 史 磊

（1.河南工程學院環(huán)境與生物工程學院，河南 鄭州 451191；2.鄭州市礦山-土壤修復重點實驗室，河南 鄭州 451191）

0 引言

隨著我國工礦業(yè)的迅速發(fā)展，土壤重金屬問題日益突出，因?qū)θ祟惖纳眢w健康構(gòu)成威脅而受到關(guān)注［1］，其中耕地點位超標19.4%，Cd 的超標率最高為7%。重金屬污染土壤修復的措施有很多，其中施用改良劑修復技術(shù)是當前修復土壤的措施之一［2-3］，其修復原理主要是通過改良劑的作用，改變土壤理化性質(zhì)，將土壤中的重金屬從可利用形態(tài)轉(zhuǎn)化為毒性較低或不活躍的形態(tài)［4-6］，其優(yōu)點是時間短、成本低和操作簡單，而且不需要復雜的工程設施制備，適用于處理大面積重金屬污染土壤［7-9］。本研究采用鈣鎂磷肥、羊糞和雞糞等常用肥料作為土壤改良劑，探討不同種類肥料改良劑對土壤理化性質(zhì)和重金屬Cd 有效性的影響，以期能為鎘污染土壤的治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤來自豫北某鉛鋅冶煉廠周邊土壤（0~20 cm），其污染可能與該地區(qū)長期冶煉有關(guān)。該地區(qū)屬暖溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫為14.5 ℃，年均降水量為567.9 mm。供試土壤理化性質(zhì)見表1。土壤改良劑分別為鈣鎂磷肥（湖南省懷化市瀘陽磷化工總廠）、羊糞和雞糞（均為市售商品）。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗方法

在一系列500 mL 塑料量杯中稱量200.0 g 重金屬污染土壤，分別將3 種改良劑添加至土壤中，添加量為1.5 g/kg，將土壤與改良劑混合均勻，重復3次，其中，不添加改良劑的土壤為對照處理（CK）。將土壤培養(yǎng)15 d，期間保持土壤濕潤。培養(yǎng)結(jié)束后，進行樣品采集。在實驗室自然風干后，分別過10 目和100 目尼龍篩，保存封口袋中備用，分析土壤的理化性質(zhì)及重金屬有效性的含量。

1.3 樣品分析

土壤pH值采用pH計測定（土水比為1∶2.5）［10］；有機質(zhì)含量采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定［11］；土壤EC采用電極法測定［12］；土壤CEC采用乙酸銨法測定［13］；土壤中重金屬總量采用硝酸-氫氟酸-高氯酸消解［14-15］；土壤中Cd 有效態(tài)采用TCLP浸提［16］；溶液中Cd 含量用原子吸收分光光度計（島津AA6880）測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2017分析。相關(guān)性檢驗p值采用R 語言（3.6.3 版本）（統(tǒng)計分析與可視化）進行處理。Correlation 為相關(guān)性，Pearson 為相關(guān)系數(shù)，其中，**表示極顯著，p值在0.01 以下；*表示顯著，p值在0.01~0.05。

2 結(jié)果與討論

2.1 改良劑對土壤理化性質(zhì)的影響

由圖1 可以看出，改良劑對pH 值的影響不同，在鈣鎂磷肥施用條件下，土壤pH 值降低，而羊糞和雞糞施用條件下則無明顯變化，見圖1（a）。隨著改良劑的施用，土壤電導率均有不同程度的升高，見圖1（b），其中，與對照相比，鈣鎂磷肥施用條件下，土壤電導率最高，其原因可能是鈣鎂磷肥的施用增加了離子數(shù)量，使土壤的電導率明顯升高，具體影響機制有待進一步研究。雞糞施用條件下，土壤有機質(zhì)明顯升高，而鈣鎂磷肥施用條件下土壤有機質(zhì)無明顯變化，見圖1（c）。陽離子交換量是土壤保肥能力的重要評價指標［17］。隨著改良劑的施用，土壤CEC 均有不同程度的升高，其中鈣鎂磷肥施用條件下，土壤CEC值最高，見圖1（d）。

圖1 改良劑對土壤理化性質(zhì)的影響

2.2 改良劑對重金屬有效性的影響

土壤重金屬有效態(tài)是會產(chǎn)生毒害效應或者能夠被生物吸收利用的形態(tài)［18-20］。美國EPA 的TCLP方法是當前國際上主要用于檢測固體介質(zhì)或廢棄物中重金屬元素的溶出性和遷移性的風險評價方法［21-22］。為了探究不同種類肥料作為改良劑對土壤Cd有效性的影響，本研究采用TCLP法浸提態(tài)Cd作為有效態(tài)［23-24］。隨著改良劑的施用，土壤中TCLP 浸提態(tài)Cd 含量有不同的變化，見圖2。施用雞糞和羊糞改良劑能使土壤Cd 的TCLP 提取態(tài)含量分別降低3.9%、11.6%；而鈣鎂磷肥施用條件下Cd 的TCLP 提取態(tài)含量升高9.3%。這一結(jié)果說明了當土壤肥料作為改良劑時，羊糞對土壤重金屬Cd 的有效態(tài)有著較為良好的鈍化效果，具備修復鎘污染土壤的潛力。

圖2 改良劑對土壤中有效態(tài)Cd含量的影響

2.3 相關(guān)性分析

為研究施用改良劑后土壤理化性質(zhì)對Cd 的TCLP 提取態(tài)含量的影響，對土壤pH 值、有機質(zhì)、土壤EC 和CEC 含量與TCLP 提取態(tài)Cd 含量進行相關(guān)分析，見圖3（a）。結(jié)果表明，土壤pH 值顯著影響TCLP 提取態(tài)Cd 含量，存在顯著的負相關(guān)關(guān)系（r=-0.621，n=12，p=0.031），見圖3（b）。土壤EC含量與Cd的TCLP提取態(tài)含量之間存在顯著的正相關(guān)關(guān)系（r=0.611，n=12，p=0.035），見圖3（c）。而土壤有機質(zhì)、CEC與TCLP提取態(tài)Cd之間相關(guān)性不顯著。

圖3 不同土壤理化性質(zhì)與TCLP提取態(tài)Cd含量的相關(guān)性分析

3 結(jié)語

施用1.5 g/kg鈣鎂磷肥能使土壤EC值和CEC值明顯升高，而使土壤pH 值降低；雞糞的施用明顯提高了土壤有機質(zhì)含量，但對土壤pH 值無顯著影響。雞糞和羊糞改良劑的施用能使土壤中TCLP提取態(tài)Cd含量分別降低3.9%和11.6%；而鈣鎂磷肥施用條件下，Cd 的TCLP 提取態(tài)含量升高9.3%。土壤中TCLP提取態(tài)Cd含量與土壤EC值呈顯著正相關(guān)，而與土壤pH值呈顯著負相關(guān)。綜上所述，不同種類肥料改良劑對土壤理化性質(zhì)和重金屬有效態(tài)的影響不同，其中羊糞對降低TCLP提取態(tài)Cd含量效果較好，可作為鎘污染土壤修復改良劑進一步研究。