改良劑對土壤鋅鉻及養(yǎng)分有效性的影響

仲崇府,張青松,林立金,輝建春,朱雪梅

(1.四川農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,四川雅安625014;2.雅安水土保持生態(tài)環(huán)境監(jiān)測分站,四川雅安625000)

隨著采礦、冶煉、制造等工業(yè)的快速發(fā)展,農(nóng)藥、化肥的不合理施用及生活污水的大量排放,使得土壤的重金屬污染日趨嚴重,嚴重限制了土地生產(chǎn)力的發(fā)展[1-2]。因此,對土壤重金屬污染狀況及修復技術的研究顯得尤為重要[3-5]。目前,關于土壤重金屬污染治理的研究報道很多,主要包括物理修復、生物修復、改良劑修復等[6-10]。其中,改良劑在一定程度上能夠起到松土、保濕、改良土壤理化性狀等方面的作用使得其成為修復重金屬污染土壤的重要措施之一[11-12]。尤其最近幾年,高效低用量改良劑的出現(xiàn),使用方法的不斷改進和成本的逐漸降低,使改良劑在大田的普遍使用成為可能,而且該項技術易于推廣、見效快,越來越具有廣闊的應用前景[13-14]。鑒于此,本研究選用5種不同類型改良劑對鋅鉻復合污染的土壤進行改良試驗,探討改良劑對土壤鋅、鉻及養(yǎng)分有效性的影響,以期為土壤重金屬修復及作物種植研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤為紫色土,質地為中壤。其基本理化性質如下：土壤p H值6.57,有機質含量23.45 g/kg,全氮含量1.859 g/kg,全磷含量0.813 g/kg,全鉀含量16.571 g/kg,堿解氮含量73.96 mg/kg,速效磷含量22.50 mg/kg,速效鉀含量99.67 mg/kg,全鋅含量51.87 mg/kg,全鉻含量25.49 mg/kg,有效態(tài)鋅含量4.77 mg/kg,有效態(tài)鉻含量0.82 mg/kg。

1.2 供試重金屬

供試重金屬為鋅和鉻,以ZnCl2和CrCl3?6H 2 O分析純溶液的形式,按國家土壤環(huán)境質量(GB15618-1995)二級標準加入(水田,pH 值為6.5～7.5),即鋅為250 mg/kg,鉻為300 mg/kg。

1.3 試驗設計

供試改良劑為：過磷酸鈣(鋅含量為7.76 mg/kg,鉻未檢測出,全磷及有效磷含量分別為158 g/kg和95.6 g/kg)、石灰(鋅含量為5.22 mg/kg,鉻未檢測出)、麥稈(鋅含量為29.66 mg/kg,鉻未檢測出,氮含量4.2 g/kg、磷含量 0.9 g/kg、鉀含量12.5 g/kg)、兔糞(鋅含量為31.71 mg/kg,鉻未檢測出,氮含量23 g/kg、磷含量23 g/kg、鉀含量8 g/kg)、油菜桿(鋅含量為26.57 mg/kg,鉻未檢測出,氮含量4.6 g/kg、磷含量0.6 g/kg、鉀含量17.6 g/kg),其中麥稈和油菜稈先進行粉碎,過18目篩后施用,每種改良劑設高濃度和低濃度2個施用水平。濃度設定為：過磷酸鈣(低濃度4 g/kg、高濃度 8 g/kg)、石灰(低濃度 0.5 g/kg、高濃度 1 g/kg)、麥稈、兔糞、油菜桿(低濃度5 g/kg、高濃度10 g/kg)。用25 cm×20 cm塑料桶裝入過5 mm篩的風干土6.5 kg,按風干土重加入各處理濃度的鋅、鉻溶液,混勻。淹水4周后施入改良劑,再淹水平衡4周后(土壤淹水期間的環(huán)境平均溫度為15.5℃)進行土壤樣品取樣(0-5 cm),測定土壤p H、土壤堿解氮、速效磷、速效鉀及土壤鋅、鉻有效態(tài)含量,每個處理重復12次。土壤理化性質均采用常規(guī)方法測定[15]。土壤鋅、鉻有效態(tài)含量采用原子吸收分光光度法測定[15]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用Excel作圖,用DPS進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 改良劑對土壤p H的影響

各改良劑處理均不同程度引起了土壤p H的變化(表1),其中石灰(高、低)和兔糞(高、低)4個處理提高了土壤pH 值;而麥稈(高、低)處理、油菜稈(高、低)處理和過磷酸鈣(高、低)處理的土壤p H值較對照均有所降低。從處理間差異來看,僅過磷酸鈣處理和石灰處理土壤p H值與對照間差異達顯著水平(0.01＜P＜0.05)。

表1 改良劑對土壤pH值的影響

2.2 改良劑對土壤鋅、鉻有效態(tài)含量的影響

2.2.1 改良劑對土壤鋅有效態(tài)含量的影響 從圖1可以看出,與對照相比,5種改良劑均顯著降低了土壤有效態(tài)鋅的含量(0.01＜P＜0.05),在同一改良劑處理下,土壤中有效態(tài)鋅含量均為低濃度處理＞高濃度處理。各改良劑處理對土壤中有效態(tài)鋅含量降低幅度的大小順序為：麥稈＞油菜稈＞過磷酸鈣＞石灰＞兔糞。其中,麥稈(高濃度)處理的土壤有效態(tài)鋅含量最低,為20.00 mg/kg,較對照降低了53.25%;而兔糞(低濃度)處理的土壤有效態(tài)鋅含量最高,為28.35 mg/kg,較對照降低了33.74%。

圖1 改良劑對土壤有效態(tài)鋅含量的影響

2.2.2 改良劑對土壤鉻有效態(tài)含量的影響 從圖2可以看出,與對照相比,5種改良劑均顯著降低了土壤中有效態(tài)鉻的含量(0.01＜P＜0.05),在同一改良劑處理下,土壤有效態(tài)鉻含量均為低濃度處理＞高濃度處理。各改良劑處理對土壤中有效態(tài)鉻含量降低幅度的大小順序為：石灰＞麥稈＞油菜稈＞過磷酸鈣＞兔糞。其中,石灰(高濃度)處理的土壤有效態(tài)鉻含量最低,為 3.18 mg/kg,較對照降低了 60.15%;而兔糞(低濃度)處理的土壤有效態(tài)鉻含量最高,為5.84 mg/kg,較對照降低了26.79%。

圖2 改良劑對土壤有效態(tài)鉻含量的影響

2.3 改良劑對土壤養(yǎng)分速效態(tài)含量的影響

2.3.1 改良劑對土壤堿解氮含量的影響 從圖3可以看出,施加改良劑后提高了土壤堿解氮的含量。在同一改良劑處理下,除石灰處理的土壤堿解氮含量為低濃度處理＞高濃度處理外,其它的4種改良劑均為高濃度處理＞低濃度處理。5種改良劑處理對土壤堿解氮含量的提高效果的排序為：兔糞＞油菜稈＞麥稈＞過磷酸鈣＞石灰。其中,兔糞(高濃度)處理的土壤堿解氮含量值最大,達到124.56 mg/kg,較對照提高了41.51%;石灰(高濃度)處理的土壤堿解氮含量最小,僅為89.48 mg/kg,較對照只提高了1.66%。從處理間差異看,除麥稈和油菜稈之外,各高濃度處理間的土壤堿解氮含量差異均達到顯著水平(0.01＜P＜0.05)。

2.3.2 改良劑對土壤速效磷含量的影響 從圖4可以看出,施加改良劑后提高了土壤速效磷的含量。在同一改良劑處理下,土壤速效磷含量均為高濃度處理＞低濃度處理。5種改良劑土壤速效磷含量的提高效果排序為：過磷酸鈣＞兔糞＞油菜稈＞麥稈＞石灰,其中,過磷酸鈣(高濃度)處理對土壤速效磷含量提高效果最好,達到 42 mg/kg,較對照提高了133.33%;石灰(低濃度)處理對土壤速效磷含量的提高效果較最差,僅為 24 mg/kg,較對照提高了33.33%。從處理間差異看,除麥稈和油菜稈之外,各高濃度處理間的土壤速效磷含量差異均達到顯著水平(0.01＜P＜0.05)。

2.3.3 改良劑對土壤速效鉀含量的影響 從圖5可以看出,與對照相比,過磷酸鈣和石灰的高、低濃度處理均不同程度降低了土壤速效鉀含量,降低范圍為：7.26%～35.69%,其土壤速效鉀含量大小排序為：過磷酸鈣(高濃度)＞過磷酸鈣(低濃度)＞石灰(高濃度)＞石灰(低濃度);而其它改良劑高、低濃度處理均不同程度的提高了土壤速效鉀含量,提高范圍為：11.14%～136.88%,其土壤速效鉀含量大小排序為：麥稈(高濃度)＞油菜(高濃度)＞油菜(低濃度)＞麥稈(低濃度)＞兔糞(高濃度)＞兔糞(低濃度)。從總體上看,土壤速效鉀含量大小排序為：油菜稈＞麥稈＞兔糞＞過磷酸鈣＞石灰。麥稈(高濃度)處理土壤速效鉀含量為211.56 mg/kg(最大值),較對照提高了136.88%;而石灰(低濃度)處理土壤速效鉀含量為57.43 mg/kg(最小值),較對照降低了35.69%。從處理間差異看,各處理間的土壤速效鉀含量差異均達到顯著水平(0.01＜P＜0.05)。

圖3 改良劑對土壤堿解氮含量的影響

圖4 改良劑對土壤速效磷含量的影響

圖5 改良劑對土壤速效鉀含量的影響

3 討 論

研究表明[16-19]：石灰對重金屬污染土壤改良效果的好壞主要取決于其對土壤p H值的影響程度。石灰是堿性無機物,過磷酸鈣是酸性無機物,兩者施入土壤后可直接提高或降低土壤p H值。麥稈和油菜稈為未腐熟有機質,在分解初期會釋放大量的有機酸和CO2,從而引起土壤p H值降低,而兔糞為腐熟有機質,分解過程中釋放的酸性物質較少,且可產(chǎn)生較多的NH+4,從而引起土壤p H值升高。研究表明：過磷酸鈣、麥稈及油菜稈降低了土壤p H值,石灰及兔糞提高了土壤p H值。這與前人的研究結果相一致。同時,5種改良劑處理均顯著降低了土壤中鋅、鉻的有效態(tài)含量,其中對土壤鋅有效態(tài)含量降低效果順序為：麥稈＞油菜稈＞過磷酸鈣＞石灰＞兔糞;對土壤鉻有效態(tài)含量降低效果順序為：石灰＞麥稈＞油菜稈＞過磷酸鈣＞兔糞。這與改良劑的理化性質、組成成份密切相關。5種改良劑均明顯提高了土壤堿解氮和速效磷的含量,其中麥稈、油菜稈和兔糞對土壤堿解氮提高幅度優(yōu)于石灰和過磷酸鈣。而過磷酸鈣處理和石灰處理降低了土壤速效鉀含量,麥稈處理、油菜稈處理和兔糞處理提高了土壤速效鉀含量。這表明,與對鋅、鉻有效性的降低作用不同,5種改良劑對土壤養(yǎng)分(氮、磷、鉀)有效性的影響并不是單純的提高或降低,而是針對不同養(yǎng)分元素的作用不同,這就可能直接影響到水田作物根系及植株能否平衡吸收和利用各種養(yǎng)分元素,進而影響產(chǎn)量。

[1] 陳義群,董元華.土壤改良劑的研究與應用進展[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(3)：1282-1289.

[2] 陳同斌.重金屬對土壤的污染[J].金屬世界,1999(3)：10-11.

[3] 高永恒,孫吉雄,王有國,等.土壤改良劑對草坪床土理化性質的影響[J].草原與草坪,2004(2)：34-36.

[4] 張黎明,鄧萬剛.土壤改良劑的研究與應用現(xiàn)狀[J].華南熱帶農(nóng)業(yè)大學學報,2005,11(2)：32-34.

[5] 許曉平,汪有科,馮浩,等.土壤改良劑改土培肥增產(chǎn)效應研究綜述[J].中國農(nóng)學通報,2007,23(9)：331-334.

[6] 崔德杰,張玉龍.土壤重金屬污染現(xiàn)狀與修復技術研究進展[J].土壤通報,2004,35(3)：432-437.

[7] 胡克偉,關連珠.改良劑原位修復重金屬污染土壤研究進展[J].中國土壤與肥料,2007,21(4)：443-446.

[8] Gworek B.Use of synthetic zeolites of 3A and 5A type for lead immobilization in anthropogenic soils[J].Polish Journal of Soil Science,1992,25(1)：35-39.

[9] Gworek B.Lead inactivation in soils by zeolites[J].Plant and Soil,1992,143(1)：71-74.

[10] Garcia-Sanchez A,Alastuey A,Uerol X.Heavy metal adsorption by different minerals：application to the remediation of polluted soils[J].The Science of the Total Environment,1999,24(2)：179-188.

[11] 胡鐘勝,章鋼婭,王廣志,等.改良劑對煙草吸收土壤中鎘鉛影響的研究[J].土壤學報,2006,43(2)：233-239.

[12] 邢世和,熊德中,周碧青,等.不同土壤改良劑對土壤生化性質與烤煙產(chǎn)量的影響[J].土壤通報,2005,36(1)：72-75.

[13] Rogoz A.The content and uptake of some micronutrient and heavy metals in sunflowers and maize depending on the doseof lime[J].Zeszyty Problemowe Nank Rolniczych,1996,434(1)：213-218.

[14] 丁凌云,藍崇鈺.不同改良劑對重金屬污染農(nóng)田水稻產(chǎn)量和重金屬吸收的影響[J].生態(tài)環(huán)境,2006,15(6)：1204-1208.

[15] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].3版.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.

[16] 陳英旭,朱祖祥,何增耀.土壤中鉻的有效性與污染生態(tài)效應[J].生態(tài)學報,1995,15(1)：55-57.

[17] 王凱榮,張玉燭,胡榮桂.不同土壤改良劑對降低重金屬污染土壤上水稻糙米鉛鎘含量的作用[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2007,26(2)：476-481.

[18] 孫健,鐵柏清,周浩,等.不同改良劑對鉛鋅尾礦污染土壤中燈心草生長及重金屬積累特性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報,2006,25(3)：637-643.

[19] 鄒曉霞,陜紅,陳磊,等.秸稈和豬糞施用對櫻桃蘿卜的效果比較及對土壤性狀的影響[J].中國農(nóng)學通報,2009,25(5)：165-172.