塿土中氮肥對外源重金屬鉛形態(tài)分布的影響

傅成誠，李文舉，劉榮

（貴州省環(huán)境監(jiān)測中心站，貴州貴陽550081）

塿土中氮肥對外源重金屬鉛形態(tài)分布的影響

傅成誠，李文舉，劉榮

（貴州省環(huán)境監(jiān)測中心站，貴州貴陽550081）

以塿土為研究對象，采用改進后Tessier法研究不同劑量氮肥施入塿土后對其中外源重金屬鉛的影響規(guī)律。結(jié)果表明：尿素及硫酸銨施入后，塿土中交換態(tài)Pb所占比例隨時間遷移呈先降后升的趨勢，其所占比例與土壤pH呈顯著負相關(guān)。同時，尿素及硫酸銨施入后，短期（約28d）內(nèi)可對其中Pb起到鈍化作用，其中最高可鈍化塿土中Pb總含量的11.82%以上。

塿土；重金屬；鉛；形態(tài)轉(zhuǎn)化

土壤重金屬污染問題日益嚴重，為了保護生態(tài)環(huán)境和人群健康，對重金屬污染進行治理已迫在眉睫。大量研究表明，重金屬在土壤中的賦存形態(tài)直接決定其生物有效性及對生態(tài)環(huán)境的危害程度。因此，研究重金屬的環(huán)境效應，必須研究其在土壤中的形態(tài)及形態(tài)轉(zhuǎn)化過程的動態(tài)變化。

國內(nèi)外有關(guān)影響土壤重金屬形態(tài)的研究多集中在土壤粒徑分布、土壤酸堿度、土壤有機質(zhì)、土壤外界條件變化（如施加石灰、白云石）等影響因素方面［1-9］，而對于化肥尤其是其中氮肥的影響報道相對較少。

鑒于此，我們通過研究尿素及硫酸銨的施入對外源重金屬Pb賦存形態(tài)的影響規(guī)律，摸清不同劑量氮肥施入后土壤重金屬Pb有效性的變化規(guī)律，將為重金屬污染塿土中施肥量的選擇提供科學依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 樣品采集與制備

供試土壤為采自西安市東郊白鹿原未受污染的塿土，基本理化性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗方法

在受試土壤（干土）中分別加入粉末狀PbSO4（分析純），使其在土壤中含量達到約5 000 mg/kg。試驗期間對土樣適時加入去離子水，使其含水率與受試土壤區(qū)土壤含水率（約為21%）保持一致，同時保持土壤所處外界溫度為25℃。加入不同濃度的尿素及硫酸銨（見表2），以使低劑量時土壤含氮量為100 mg/kg，中劑量時土壤含氮量為200 mg/kg，高劑量時土壤含氮量為400 mg/kg。自加入尿素當日起，每隔7d取土50g（干重），連續(xù)取樣7次。

表2 土樣中注入尿素劑量

1.3 分析方法

綜合比較多種重金屬形態(tài)提取方法后［10-12］，本研究采用改進后Tessier法作為本試驗形態(tài)分級提取法。本研究分析試驗中加標回收率為92%～109%。分析儀器為AA800原子吸收光譜儀。具體步驟如下。

1.3.1 交換態(tài)和水溶態(tài)的提取（以下簡稱交換態(tài)）

稱取少量（約1g，精確至0.001g）土壤樣品放入50mL的離心管中，加入8mL MgCl2（1mol/L）溶液，溫度20℃左右條件下，恒溫振蕩30min，離心后取上清液待測。

1.3.2 碳酸鹽結(jié)合態(tài)和專性吸附態(tài)的提取（以下簡稱碳酸鹽結(jié)合態(tài)）

向上述殘余物中加入8mL NaOAc（1mol/L，pH 為5），在溫度為20℃左右條件下，恒溫振蕩30min，離心后取上清液待測。

1.3.3 鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的提取

向上述殘余物中加入鹽酸羥胺溶液（1mol/L，pH為5）20mL并稱量記錄其重量，然后在溫度為96℃條件下，置于水浴振蕩器中恒溫3h。樣品取出冷卻至室溫后再次稱量其重量，并用上述溶液補充失去重量，最后離心取上清液待測。

1.3.4 有機結(jié)合態(tài)的提取

向鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)提取后殘余物中加入3mL HNO3（0.02mol/L）和5mL H2O2［30%（V/V），pH值為2］溶液，在溫度為85℃的水浴恒溫振蕩器振蕩1.5h后，再加入3mL HNO3和5mL H2O2［30%（V/V），pH值為2］溶液，并在溫度為85℃的水浴恒溫振蕩器振蕩1.5h；冷卻至25℃左右后加入5mL的NH4OAc之HNO3［20%（V/V）］溶液，再加入2mL去離子水，連續(xù)振蕩30min，離心分離后取上清液待測。

1.3.5 殘渣態(tài)

利用差減法計算殘渣態(tài)含量，即土樣中重金屬總量減去其他四種形態(tài)重金屬含量，剩余量為殘渣態(tài)含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 施入不同劑量氮肥后土壤pH的變化

實驗施入不同劑量氮肥后土壤pH的變化如圖1所示。

圖1 不同劑量尿素及硫酸銨施入后Pb污染土壤pH的變化

與前人研究結(jié)論相似，本試驗中不同劑量尿素及硫酸銨施入Pb污染土壤后能使土壤pH不同程度降低。由圖1可見，隨尿素及硫酸銨施入時間的遷移，土壤pH先呈逐漸降低的趨勢，但在28d后基本不發(fā)生變化，可認為達到動態(tài)的平衡，此時其pH值都由原土樣的7.87降至7.15左右。在施入后42d內(nèi)，Pb污染土壤pH下降幅度與這兩種氮肥劑量相關(guān)：隨尿素施入劑量增高，土壤pH降低幅度減?。慌c之相反，不同劑量硫酸銨施入后土壤pH下降幅度相對較小。這一結(jié)果與Eriksson［13］等得出的結(jié)論相同。尿素及硫酸銨引起土壤pH下降的原因主要包括兩方面：一是可溶性Pb鹽注入后能使土壤pH下降；二是尿素及硫酸銨施入后，經(jīng)水解產(chǎn)生的銨在有氧的條件下發(fā)生硝化作用，從而使土壤pH顯著降低。

2.2 施入不同劑量氮肥后土壤中交換態(tài)Pb變化

實驗施入不同劑量氮肥后土壤中交換態(tài)Pb的變化如圖2所示。

圖2 不同劑量尿素及硫酸銨施入后交換態(tài)Pb所占百分比變化

從圖2可見，污染土壤中交換態(tài)Pb在兩種化肥施入前后所占比例都非常小。Tu等［14］認為尿素（200mg N/kg）顯著降低了土壤中Pb交換態(tài)的含量，本研究得出的結(jié)果與之相近，不同劑量尿素及硫酸銨施入后，先使土壤中交換態(tài)Pb所占比例驟降，然后隨時間遷移其百分比逐漸升高，并在21d后開始超過空白樣中交換態(tài)百分比，49d后除高劑量尿素施入土樣外，其余樣品交換態(tài)比例均超過空白樣，且都達到7%左右，較空白樣增加了約0.6%。其中，交換態(tài)增高比例與尿素施入量呈反比，如圖2所示。對比土樣中pH的變化可得出，Pb污染土壤中，土樣pH與可溶態(tài)Pb所占百分比呈顯著負相關(guān)，即土壤酸度越大，其中可溶態(tài)Pb所占比例就越大。

2.3 施入不同劑量氮肥后土壤中碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb變化

實驗施入不同劑量氮肥后土壤中碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb的變化如圖3所示。

圖3 不同劑量尿素及硫酸銨施入后碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb所占百分比變化

從圖3可見，不同劑量尿素及硫酸銨施入后，土壤中碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb含量將發(fā)生變化，如圖3所示，其變化幅度與施入化肥劑量無明顯關(guān)系。結(jié)合土壤pH變化可以看出，土壤中碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb與其pH呈顯著正相關(guān)，其中，不同劑量硫酸銨施入后，其所占百分比均小于空白樣中比例；而尿素施入后，尤其是中劑量尿素施入后能使其百分比高于其空白樣中比例，且在14d及49d時達到最高，分別比空白樣百分比高出11.23%和11.50%。

2.4 施入不同劑量氮肥后土壤中殘渣態(tài)Pb變化

實驗施入不同劑量氮肥后土壤中殘渣態(tài)Pb的變化如圖4所示。

圖4 不同劑量尿素及硫酸銨施入后殘渣態(tài)Pb所占百分比變化

從圖4可見，不同劑量尿素及硫酸銨施入后，土壤中殘渣態(tài)Pb所占百分比呈先增后減的趨勢。由圖4可以看出，兩種氮肥施入14d內(nèi)殘渣態(tài)Pb所占百分比均高于空白樣，其中低劑量硫酸銨施入7d后使該態(tài)所占百分比達到35.33%。施入化肥21d后除低劑量及中劑量尿素處理情況外，其余條件處理后土壤中殘渣態(tài)Pb均低于空白樣。施入化肥28d后殘渣態(tài)含量達到動態(tài)平衡，此時所占百分比均在17%左右，比空白樣低近6%。

3 結(jié)論

研究總體表明，尿素及硫酸銨的施入在短期內(nèi)對重金屬污染土壤中的Pb存在較明顯的鈍化作用。其中，低劑量硫酸銨施入后鈍化作用明顯，最高可鈍化土壤Pb總含量的11.82%。由此可以得出，適量施入硫酸銨后，短期內(nèi)對改善重金屬Pb污染土壤的生態(tài)風險將起到積極作用。

（1）尿素及硫酸銨施入后，對塿土中Pb賦存形態(tài)分布存在較大影響。其中，塿土中交換態(tài)Pb所占比例隨時間遷移呈先降后升的趨勢，其所占比例與土壤pH呈顯著負相關(guān)。

（2）碳酸鹽結(jié)合態(tài)Pb與土壤pH呈明顯正相關(guān)。殘渣態(tài)Pb呈先升后降趨勢，與土壤pH無明顯關(guān)系。

（3）尿素及硫酸銨施入重金屬污染塿土后，短期（約28d）內(nèi)可對其中Pb起到鈍化作用，其中最高可鈍化塿土中Pb總含量的11.82%以上。

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Effect of Nitrogen Fertilizer on Lou Soil Heavy Metal Lead Speciation and Distribution of Exogenous

Fu Cheng-cheng, Li Wen-ju, Liu Rong
(Guizhou Province Enviromental Monitoring Centre, Guizhou Guiyang 550081)

On loess soil as the research object, using the improved Tessier method to study the effects of different doses of nitrogen Rulou soil influence of the exogenous heavy metal lead. The results showed that urea and ammonium sulfate fertilizer was applied, in Lou soil exchange Pb proportion with time migration showed a trend of decreased first and then increased, its share of proportion and pH had a significant negative correlation. Urea and ammonium sulphate fertilizer was applied, the short term (about 28 days) could be passivation effect on Pb, of which the maximum passivation in Lou soil total Pb content of 11.82% above.

Lou soil; Heavy metals; Lead; Form distribution

X131.3

A

2096-0387（2016）04-0021-04

傅成誠（1985-），男，貴州畢節(jié)人，碩士，工程師，研究方向：環(huán)境監(jiān)測。