膨潤土對汞污染土壤及小白菜養(yǎng)分和汞含量的影響

狄曉穎，洪堅平，謝英荷，陳燦燦，侯錦升

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

膨潤土對汞污染土壤及小白菜養(yǎng)分和汞含量的影響

狄曉穎1，洪堅平2，謝英荷2，陳燦燦1，侯錦升1

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)信息學(xué)院，山西太谷030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

以汞污染土壤和小白菜為供試材料，利用盆栽試驗研究不同汞污染處理下膨潤土的不同添加量對汞污染土壤及小白菜中養(yǎng)分和汞含量的影響。結(jié)果表明，汞污染程度和膨潤土的添加量對汞污染土壤及小白菜養(yǎng)分和汞含量產(chǎn)生不同影響，其中，污染土壤中，低汞污染PG處理時，堿解氮含量可高達(dá)到38.63 mg/kg，較對照差異明顯；低汞污染下PG處理中有效磷含量值達(dá)到13.03 mg/kg；各汞污染下，PG處理土壤中有效鉀含量較對照差異顯著，差幅介于25.31～39.38 mg/kg；汞污染程度與小白菜氮含量呈負(fù)相關(guān)，而膨潤土的添加量與小白菜鉀含量呈正相關(guān)；當(dāng)膨潤土的添加量達(dá)到40 g/kg時，土壤中汞含量達(dá)到最大，小白菜中汞含量達(dá)到最小值。

小白菜；土壤；汞污染；養(yǎng)分；汞含量

20世紀(jì)50年代，日本水俁病事件引發(fā)數(shù)千人中毒死亡，在世界范圍內(nèi)引起對汞污染重視[1]。由于工業(yè)“三廢”的大量排放、化石燃料燃燒、生活垃圾不正確處理、含汞礦山開采等，使得環(huán)境中汞含量高出環(huán)境背景值若干倍，甚至一些地處內(nèi)陸偏遠(yuǎn)無明顯涉汞工業(yè)污染源的地區(qū)的汞含量都較當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景值高出很多[2]。我國汞的大量消費，造成局部地區(qū)甚至是區(qū)域范圍內(nèi)汞嚴(yán)重污染。山西是我國重要的工業(yè)基地，因采礦和工業(yè)生產(chǎn)活動導(dǎo)致的土壤重金屬污染問題突出[3]。栗獻(xiàn)鋒[4]研究表明，太原市污灌區(qū)土壤重金屬污染指數(shù)和單因子潛在生態(tài)危害系數(shù)均較高，其中，Hg不僅會引起土壤環(huán)境污染，同時也會造成相應(yīng)的生態(tài)危害。膨潤土是具有良好膨脹性、吸附性和陽離子交換性的含水黏土礦物[5]。由于其良好的離子交換性能，它能通過鈍化重金屬[6]，降低其生物有效性，使植物對重金屬的吸收量減少，固定受污染土壤中的重金屬，因而在工農(nóng)業(yè)及環(huán)境保護(hù)方面有著廣泛的應(yīng)用[7]。在重金屬嚴(yán)重污染區(qū)，利用不同性質(zhì)的物化改良劑混合配施成的復(fù)合改良劑，可以在一定程度上提高土壤改良和重金屬鈍化的效果[8]。

本試驗旨在通過研究膨潤土對汞污染土壤[9]及小白菜養(yǎng)分和汞含量的影響，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中利用膨潤土改良土壤結(jié)構(gòu)、改善土壤肥力、修復(fù)汞污染土壤提供一定的理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

表1 供試土壤基本理化性質(zhì)

供試作物為小白菜，其種子購自北京萬隆裕豐種子有限公司，屬于四季小白菜。

供試土壤于2016年3月采自山西省太谷縣水秀鄉(xiāng)建筑工地生土層，其基本性質(zhì)列于表1。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗選用添加3個不同濃度梯度的氯化汞模擬汞污染土壤，以空白無汞添加土壤為對照，再添加鈍化劑膨潤土以研究其對土壤和植物的養(yǎng)分狀況及總汞含量的影響。試驗以盆栽形式在大棚中進(jìn)行，周期為30 d，每組設(shè)3個平行，含條件對照和空白對照，設(shè)置1個對照和3個處理，每個處理有3個重復(fù)。盆栽共48盆，其中，試驗組27盆，條件對照18盆，空白對照3盆。以小白菜為指示植物。試驗盆需將4 kg風(fēng)干土壤裝入高為20 cm、內(nèi)徑為25 cm的塑料桶中，裝盆時施入雞糞0.8 kg作底肥，將質(zhì)量分別為40，80，160 g的膨潤土混勻裝盆，完成編號，加入濃度分別為1.5，9.5，17.5 mg/kg的氯化汞溶液模擬汞污染土壤，放置陳化7 d后，移入長勢均勻的小白菜幼苗3株，最后加入去離子水，確保土壤水分達(dá)到田間持水量的70%。另外，在小白菜生長期間，應(yīng)不定期加入去離子水，使土壤保持濕潤。試驗期間應(yīng)使得各項管理措施均相同，并及時調(diào)整盆栽位置，使小白菜植株能夠獲得均勻光照。小白菜于2016年8月15日移植，9月15日收獲。收獲時將小白菜地上可食用部分和根部分開采集，并取部分土壤進(jìn)行分析測定。具體設(shè)計方案列于表2。

表2 盆栽試驗設(shè)計方案

1.3 樣品處理與分析

所采集土樣于陰涼通風(fēng)、無污染的室內(nèi)自然風(fēng)干，待完全風(fēng)干后，剔除動植物殘體、石子等，用瑪瑙研缽研磨，磨碎過2 mm篩，備用。測總汞的樣品需全部過篩，后裝袋置于干燥器中備用。

植物收獲后，先用自來水沖洗，再用去離子水洗凈，濾紙擦干，于95℃殺青30 min，然后在55℃烘箱中烘干，粉碎過篩后裝袋置于干燥器中備用。

1.4 測定項目及方法

參照鮑士旦《土壤農(nóng)化分析》[10]（第3版）的測定方法，測定全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷、速效鉀、總汞含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和SPSS 19.0進(jìn)行分析，用Duncan法進(jìn)行方差分析（α＝0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用膨潤土對汞污染土壤養(yǎng)分的影響

在不同汞污染處理下，添加不同水平的膨潤土，土壤中全氮含量均低于無汞污染對照處理，汞污染處理水平對土壤中的全氮含量影響明顯（圖1）。條件對照組按汞污染濃度從高到低的順序，土壤中全氮含量分別為0.24，0.35，0.48，0.58 g/kg；空白對照組中土壤全氮含量為0.58 g/kg，故汞污染程度會對土壤中全氮含量有一定程度的影響。其中，添加高水平的膨潤土，與添加中、低2種水平膨潤土的土壤中全氮含量差異顯著，且在不同汞污染處理下，土壤全氮含量都會隨著膨潤土的的增加而增加。添加高水平的膨潤土，其全氮含量與條件對照差異顯著。按汞污染處理從高到低的順序，增加量依次為0.18，0.24，0.21，0.19 g/kg，在中等汞污染處理下，土壤中全氮含量最高。

盆栽試驗條件下，不同程度的汞污染使得土壤中全磷含量降低，與對照組間差異明顯。由圖1可知，高汞污染處理較其他汞污染處理全磷含量低，降幅最高達(dá)0.63 g/kg。添加高水平的膨潤土處理較其他處理土壤中全磷含量高，其中，以無汞污染添加高劑量膨潤土處理全磷含量大，其值為1.82 g/kg。各處理較僅添加膨潤土的條件對照增幅依次為0.16，0.29，0.35，0.5 g/kg。在高汞污染下無膨潤土添加的處理中，全磷含量最低，僅為1.03 g/kg。故添加膨潤土對土壤中的全磷含量存在影響。陳文娟等[11]在研究安徽蕪湖市土壤汞污染評價及影響因素分析中認(rèn)為，土壤的理化性質(zhì)影響土壤中汞含量，而土壤中汞含量與土壤全磷含量基本呈正相關(guān)關(guān)系。

⑥爭取將水資源費作為漢江中下游生態(tài)補償?shù)姆€(wěn)定資金來源。目前，國務(wù)院正在積極籌備出臺“南水北調(diào)中線工程管理條例”，水利部也正在制定“跨流域調(diào)水管理辦法”，南水北調(diào)中線工程水資源費的收取與使用是其中的重要內(nèi)容。建議積極向中央呼吁，將收取的水資源費的部分資金采取中央財政轉(zhuǎn)移支付方式用于對漢江中下游的生態(tài)補償，解決漢江中下游治理工程運行費問題以及相關(guān)生態(tài)環(huán)境治理問題，并以條款的形式納入上述條例與辦法當(dāng)中，使之成為漢江中下游生態(tài)補償?shù)姆€(wěn)定資金來源。

由圖1可知，汞污染程度對土壤中全鉀含量有一定程度的影響，均與無汞對照間差異顯著。在低汞污染下，添加高水平的膨潤土處理，其土壤中全鉀含量為30.83 g/kg，較其他處理含量高，較對照低4.8 g/kg。在無汞污染處理下，添加高水平膨潤土，其全鉀含量達(dá)到35.63 g/kg，與其他處理間差異明顯。在相同汞污染處理下，隨著膨潤土的增加，土壤中全鉀含量呈增加趨勢。其中，以高汞污染處理添加高水平的膨潤土增加幅度最大。

從表3可以看出，土壤中堿解氮的含量與土壤汞污染程度和膨潤土的施用量均相關(guān)。高汞污染下，添加低水平膨潤土的處理中堿解氮含量最低，為27.01 mg/kg，比對照組高17%；低汞污染下，添加高水平膨潤土的處理，其堿解氮含量最高，為38.63 mg/kg，較對照組高30%，且差異明顯。這與李吉進(jìn)等[12]在膨潤土保氮增產(chǎn)效果上的研究結(jié)果類似，膨潤土在一定范圍內(nèi)的用量與硝態(tài)氮、銨態(tài)氮的淋溶量成反比。

表3 施入不同水平的膨潤土對土壤速效養(yǎng)分含量的影響mg/kg

在低汞條件下，汞污染土壤中添加膨潤土處理時，添加中等劑量的膨潤土有效磷含量最高，為13.74 mg/kg，與對照組有顯著差異。以中汞污染土壤中添加低劑量的膨潤土處理有效磷含量最低，為11.67mg/kg，與對照差異不明顯。

土壤中速效鉀的含量與土壤汞污染程度相關(guān)。汞污染對土壤有效鉀含量的影響從大到小的順序為低汞污染處理土壤＞中汞污染處理土壤＞高汞污染處理土壤。添加中等水平的膨潤土在3種不同汞污染處理下，其土壤中速效鉀含量均低于其他汞污染處理，與對照差異不明顯。而添加高水平的膨潤土對土壤中有效鉀含量與對照間差異顯著，幅度介于25.31～39.38 mg/kg。

2.2 施用膨潤土對汞污染作物小白菜養(yǎng)分含量的影響

由表4可知，小白菜中氮含量在高、中汞污染程度土壤中，其含氮量隨膨潤土的增加而增加，較對照差異不明顯。在相同水平的膨潤土處理下，小白菜中氮含量與土壤汞污染程度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，在高汞污染處理下，其氮含量與對照差異明顯。其中，在高汞污染下，添加低劑量的膨潤土使得小白菜中氮含量降低，僅較對照高0.06百分點。

表4 施用不同水平膨潤土對小白菜養(yǎng)分含量的影響%

小白菜中磷含量在同一汞污染程度下，添加膨潤土的處理與空白對照間無明顯差異。在相同汞污染且添加中等劑量膨潤土的處理中，小白菜中的磷含量較其他2種處理低，與空白對照差異不明顯；小白菜中的磷含量以低汞污染添加低劑量的膨潤土處理最高，與空白對照差異顯著，增加0.1百分點；而土壤汞污染程度對作物中磷含量有一定影響，在低汞污染下添加高水平的膨潤土處理磷含量與對照間差異顯著，比對照高0.07百分點。

作物小白菜中鉀含量與膨潤土的添加量呈正相關(guān)，與土壤汞污染程度呈負(fù)相關(guān)。在相同汞污染下，添加高劑量的膨潤土其鉀含量與對照間差異顯著。按汞污染程度從高到低的順序，與對照相比，其鉀含量增幅依次為2.46，2.14，2.04，1.03百分點，以高汞污染處理增幅最大。

膨潤土不僅有出色的保肥保水能力，而且能吸附土壤中的部分汞元素，減輕土壤汞污染。由表5可知，在各汞污染水平下，增大膨潤土的添加劑量，土壤中總汞含量增大，而小白菜植株中的汞含量會逐步降低，均與對照間差異顯著。在同一汞污染處理下，添加高水平膨潤土的處理，其土壤汞含量較空白對照增幅最大，說明提高膨潤土的添加劑量，土壤中汞含量增加幅度降低。高汞污染下，施入高劑量膨潤土處理時，土壤中總汞含量為15.92 mg/kg，植株體內(nèi)汞含量為0.29 mg/kg，土壤中汞含量比對照組提高20.9%，作物體內(nèi)汞含量比對照組降低43.1%，與對照間差異明顯；中汞污染下，添加高水平膨潤土處理中，土壤汞含量比對照提高40.7%，而小白菜中汞含量則較空白降低56.4%；在低汞污染處理中，土壤汞含量較空白提高61.3%，而作物中汞含量則較空白對照降低51.5%。該結(jié)論與侯明[13]在影響生物汞有效性的因素中研究結(jié)論相似，膨潤土在高用量下有利于土壤汞的解析，中、低、高用量均能抑制土壤汞的解析。

表5 施用不同水平膨潤土對小白菜養(yǎng)分含量的影響mg/kg

本試驗在各相同汞污染處理下，土壤中添加膨潤土到達(dá)高水平時，土壤中總汞含量最高，而作物小白菜中汞含量最低。不同汞處理按土壤總汞含量高低依次為：高汞污染處理＞中汞污染處理＞低汞污染處理＞無汞污染處理（對照）；不同汞污染處理按作物小白菜中汞含量排序依次為：高汞污染處理＞中汞污染處理＞低汞污染處理＞無汞污染處理（對照），土壤中的總汞含量和小白菜中的汞含量均隨著膨潤土添加水平的增加而增加。由此可知，膨潤土添加量達(dá)到40 g/kg時，可有效減少汞污染土壤中汞元素從土壤中向作物中遷移，保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全。

3 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，土壤中堿解氮的含量與汞污染程度和膨潤土的施入劑量相關(guān)，而速效鉀含量僅與汞污染程度相關(guān)，有效磷含量與二者間無明顯關(guān)系。

土壤汞污染程度與盆栽作物小白菜中氮含量呈負(fù)相關(guān)，對磷含量、鉀含量有一定程度影響；膨潤土的添加量與鉀含量呈正相關(guān)，對氮、磷含量影響不明顯。

土壤中汞污染程度對盆栽作物小白菜中汞含量有影響，土壤中污染程度愈大，小白菜中汞含量愈高，而隨著膨潤土添加水平從0 g提高至160 g時，盆栽作物小白菜中汞含量逐漸降低，其降低幅度介于0.17～0.22 g/kg。故汞污染土壤中添加膨潤土的量達(dá)到40 g/kg時，可以有效降低汞污染小白菜中的汞含量。

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Effects of Bentonite on Nutrients and Mercury Content in Mercury Contaminated Soil and Pakchoi

DI Xiaoying1，HONGJianping2，XIE Yinghe2，CHENCancan1，HOUJinsheng1
（1.College ofInformation，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；2.College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The effects of different amounts of bentonite on the contents of nutrients and mercury in mercury contaminated soil and pakchoi were studied by pot experiment.The results showed that the amount of mercury pollution and bentonite had a different effect on nutrient and content ofmercury in mercury contaminated soil and pakchoi,in lowmercury pollution PG treatment,nitrogen content could be up to 38.63 mg/kg,the different achieved significantly level compared with blank experiment,in lowmercury pollution PG treatment, phosphorus content reached 13.03 mg/kg,in the same mercury pollution by PG treatment,soil available potassium content had significant difference compared with the blank experiment,the difference between the range of 25.31-39.38 mg/kg.The nitrogen content in pakchoi was negative correlation with mercury pollution,and the amount of bentonite was correlation with potassium content in the pakchoi.When the amount of bentonite applied in the soil reached 40 g/kg,the soil mercury content reached the maximum,and the mercurycontent in pakchoi reached the minimum.

pakchoi;soil;mercurypollution;nutrients;mercurycontent

X53

：A

：1002-2481（2017）06-0966-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.25

2017-04-24

狄曉穎（1981-），女，山西襄汾人，在讀碩士，研究方向：農(nóng)業(yè)資源利用和污染土壤修復(fù)。洪堅平為通信作者。