改良劑對Cd污染土壤的修復(fù)作用

楊曉慶 侯仔堯 常夢婷 方正 張晉華

摘要：將無機改良劑、有機改良劑、混合改良劑投入Cd污染土壤中培養(yǎng)42 d，研究Cd的形態(tài)以及土壤pH值變化情況，并結(jié)合土壤柱淋溶試驗，探討不同類型改良劑對Cd污染土壤的修復(fù)效果。結(jié)果表明：400 ℃制備的松木生物炭以2%投加量投入1 mg/kg Cd污染土壤修復(fù)效果良好。

關(guān)鍵詞：鎘污染；土壤修復(fù)；改良劑；生物炭

中圖分類號：S156.2 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0423-03

可交換態(tài)Cd活性大，對植物Cd的吸收起著決定作用，其含量下降越多說明修復(fù)效果越好；殘留態(tài)Cd屬于強結(jié)合態(tài)，活性最低，不易被植物吸收，其含量增加越多說明修復(fù)效果越好。由圖1可知，添加改良劑均能不同程度地降低Cd污染土壤中Cd的可交換態(tài)。與對照相比，投加石灰、骨炭、粉煤灰培養(yǎng)42 d后，土壤中Cd可交換態(tài)含量呈下降趨勢，分別下降了12.42%、3.59%、5.56%。殘留態(tài)Cd含量則較對照上升，投加石灰、骨炭、粉煤灰后培養(yǎng)42 d后，殘留態(tài)Cd含量分別增長了14.25%、5.58%、9.96%。土壤中Cd的碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)含量則變化不大。這可能是由于改良劑導(dǎo)致土壤 pH 值升高，使得可交換態(tài)Cd通過配位、沉淀等作用轉(zhuǎn)化為殘留態(tài)Cd被固定下來；也可能是由于改良劑具有一定的孔隙、比表面，將可交換態(tài)Cd吸附轉(zhuǎn)化為殘留態(tài)Cd固定下來。不同的改良劑對土壤pH值影響及吸附作用大小不同，對土壤的修復(fù)效果也不同。碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)這3態(tài)短時間未看出明顯變化。3種無機改良劑中對土壤中Cd的修復(fù)效果最好的是石灰改良劑，能夠降低可交換態(tài)Cd含量并提高殘留態(tài)Cd含量。粉煤灰修復(fù)效果也比較明顯，骨炭修復(fù)效果最差。

2.2 有機改良劑對土壤Cd的修復(fù)效果

將秸稈、松木、牛糞生物炭分別以2%投加量加入供試土壤中，42 d后取樣測定土壤中Cd的各形態(tài)含量，結(jié)果見圖2。

由圖2可知，與對照相比，投加松木生物炭、秸稈生物炭、牛糞生物炭培養(yǎng)42 d后，土壤中Cd可交換態(tài)含量分別降低了13.52%、9.98%、10.82%。投加松木生物炭的土壤可交換態(tài)Cd含量降低的幅度最大。土壤中Cd殘留態(tài)含量都呈明顯上升趨勢，投加松木、秸稈、牛糞3種生物炭后，殘留態(tài)Cd含量分別增長了18.80%、10.46%、7.71%。由此可知，對Cd污染土壤修復(fù)效果最好的是松木生物炭，秸稈生物炭與牛糞生物炭修復(fù)效果相當(dāng)。

生物炭含有的大量堿性物質(zhì)（碳酸鹽類和氧化物類）導(dǎo)致土壤微域pH值增加。本試驗中，松木生物炭提高了土壤pH值0.67個單位，使得Cd通過配位、沉淀等作用被固定下來，降低土壤中Cd活性，從而固定土壤中的Cd。生物炭還具有較大的比表面積、很強的吸附能力，可以直接吸附污染土壤中的Cd。生物炭含有大量有機官能團，可與金屬離子發(fā)生配位，能夠螯合土壤中的Cd，降低土壤中Cd的活性。生物炭的施用改變了原有土壤Cd的平衡，活性Cd被生物炭吸附、鈍化，減少了土壤中活性Cd源，達到鈍化修復(fù)重金屬污染土壤的目的。

2.3 混合改良劑對土壤Cd的修復(fù)效果

將石灰+骨炭、石灰+牛糞、秸稈+牛糞混合改良劑分別以2%投加量加入供試土壤中，42 d后取樣測定土壤中Cd各形態(tài)含量，結(jié)果如圖3所示。

與對照相比，投加石灰+骨炭、石灰+牛糞、秸稈+牛糞混合改良劑培養(yǎng)42 d后，土壤中Cd可交換態(tài)含量分別降低了3.54%、12.81%、9.79%，投加石灰+牛糞、秸稈+牛糞后可交換態(tài)Cd含量降低幅度較大。投加混合改良劑土壤中Cd殘留態(tài)含量都呈上升趨勢，投加石灰+骨炭、石灰+牛糞、秸稈+牛糞后土壤中殘留態(tài)Cd含量分別上升了9.15%、

1673%、9.78%，其中上升幅度最大的是石灰+牛糞混合改良劑。不同種類改良劑對碳酸鹽結(jié)合態(tài) Cd、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)Cd和有機結(jié)合態(tài)Cd含量的影響不同。

2.4 不同類型改良劑的修復(fù)效果比較

將石灰、松木生物炭、石灰+牛糞混合改良劑分別以2%投加量加入供試土壤中，培養(yǎng)7、21、42 d分別取樣測定土壤中Cd的各形態(tài)含量，結(jié)果見圖4。

石灰、松木、石灰+牛糞混合3種改良劑都能夠很好地降低土壤中可交換態(tài)Cd含量并提高殘留態(tài)Cd含量。石灰改良劑可以提高土壤 pH 值，使得可交換態(tài)Cd通過配位、沉淀等作用轉(zhuǎn)化為殘留態(tài)Cd被固定下來。松木生物炭含有大量堿性物質(zhì)（碳酸鹽類、氧化物類），使土壤微域pH值增加，固定土壤中的Cd。松木生物炭具有較大的比表面積及很強的吸附能力，可以直接吸附污染土壤中的Cd。生物炭含有大量負電荷、有機官能團，可通過離子交換、協(xié)同、靜電吸附、配位等作用降低土壤中Cd活性，吸附鈍化作用效果與生物炭性質(zhì)、重金屬性質(zhì)、污染程度以及土壤性質(zhì)等有密切關(guān)系。牛糞改良劑能夠和土壤中的離子發(fā)生交換作用，還能穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，從而間接影響土壤中Cd形態(tài)。此外，牛糞改良劑的腐化產(chǎn)物還能夠再分配Cd的可溶態(tài)、交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)，進而影響Cd的生物有效性。

松木生物炭在固定土壤中Cd殘留態(tài)方面的效果優(yōu)于石灰、石灰+牛糞混合改良劑，用松木生物炭作為改良劑修復(fù)土壤Cd污染，不但對土壤中Cd的遷移轉(zhuǎn)化產(chǎn)生重要影響，還能保留土壤養(yǎng)分，影響土壤物理性質(zhì)，改善土壤。作為具有高度穩(wěn)定性的富碳物質(zhì)，生物碳能夠留存至少40%的有機碳，從而有效發(fā)揮土壤碳匯作用，起到增匯減排、影響氣候變化的積極作用。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，投加不同類型的改良劑使土壤中Cd的形態(tài)分布發(fā)生了變化，可交換態(tài)Cd含量降低了3.54%～13.52%；殘留態(tài)Cd含量升高了5.58%～18.80%。無機改良劑中石灰的改良效果最好，可交換態(tài)Cd含量下降了1242%，殘留態(tài)Cd含量上升了14.25%。有機改良劑中松木生物炭的效果最佳，可交換態(tài)Cd含量下降了13.52%，殘留態(tài)Cd含量上升了18.80%。混合改良劑中石灰+牛糞改良劑的修復(fù)效果最好，可交換態(tài)Cd含量下降了12.81%，殘留態(tài)Cd含量上升了16.73%。將石灰改良劑、松木生物炭、石灰+牛糞改良劑進行對比，所有改良劑中效果最好的是松木生物炭。400 ℃熱解制備的松木生物炭以2%的投加量加入Cd污染土壤，培養(yǎng)42 d后可使土壤中可交換態(tài)Cd含量降低901%，殘留態(tài)Cd含量升高16.17%。用松木生物炭作為改良劑修復(fù)土壤Cd污染，不但能夠固定土壤中的Cd，同時還能夠改善表土的營養(yǎng)成分，影響土壤的物理性質(zhì)，減少作物對化肥的需求，降低農(nóng)業(yè)成本。

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