礦物－有機(jī)質(zhì)復(fù)合調(diào)理劑對(duì)Pb污染土壤的改良效果

蔡如夢(mèng) ，石 林 *

礦物－有機(jī)質(zhì)復(fù)合調(diào)理劑對(duì)Pb污染土壤的改良效果

蔡如夢(mèng)1，2，石 林1，2*

（1.華南理工大學(xué)環(huán)境與能源學(xué)院，廣州 510006；2.工業(yè)聚集區(qū)污染控制與生態(tài)修復(fù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510006）

為了探究礦物－有機(jī)質(zhì)復(fù)合調(diào)理劑對(duì)Pb污染土壤的改良效果，通過(guò)小白菜盆栽試驗(yàn)研究了礦物－有機(jī)質(zhì)復(fù)合調(diào)理劑（鉀鈣硅肥+褐煤腐植酸）對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤有效態(tài)Pb含量、小白菜生長(zhǎng)情況及小白菜吸收Pb的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：施加復(fù)合調(diào)理劑能顯著降低土壤有效態(tài)Pb含量（施加量達(dá)到2 g·kg－1時(shí)，比對(duì)照降低67.47%），提高土壤pH值（從5.34到6.25）和土壤有機(jī)質(zhì)含量（10.98%～13.41%）；施加復(fù)合調(diào)理劑后，土壤中礦物質(zhì)元素（K、Ca、Mg、Si）有效態(tài)含量均有不同程度的提高，其中施加量與土壤中有效Ca和Si元素含量具有顯著相關(guān)性。另外，施加復(fù)合調(diào)理劑能有效降低小白菜中Pb含量以及促進(jìn)小白菜的生長(zhǎng)。與對(duì)照相比，小白菜生物量和株高分別提高22.79%～49.90%和2.91%～7.15%，且均與復(fù)合調(diào)理劑施加量呈顯著正相關(guān)。礦物－有機(jī)質(zhì)復(fù)合調(diào)理劑不僅能改善土壤理化性質(zhì)，降低土壤有效態(tài)Pb含量，減少Pb在小白菜根部和地上部分的累積，而且能提升土壤養(yǎng)分供應(yīng)能力，可在實(shí)際中有效踐行。

鉀鈣硅肥；褐煤腐植酸；土壤改良；重金屬Pb；小白菜

隨著我國(guó)工業(yè)化、城市化的高速發(fā)展，工礦企業(yè)產(chǎn)生的“三廢”的大量排放、含污廢水灌溉以及含重金屬農(nóng)藥和化肥的大量使用等，我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染日益加劇[1－2]。土壤重金屬污染不僅引起作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降，還能通過(guò)食物鏈危害人體健康[3]。近年來(lái)，酸沉降的增加以及銨態(tài)氮肥的大量使用加劇了土壤酸化速度，導(dǎo)致土壤中的K、Ca、Mg和Si等礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素大量流失，土壤中的固相鋁大量溶出，同時(shí)引起土壤中有毒重金屬的活化[4－5]。如何治理酸性土壤的重金屬污染已成為當(dāng)務(wù)之急。

目前，在酸性重金屬污染土壤改良治理技術(shù)方面，開(kāi)展了大量的研究工作[6－8]。其中，固化穩(wěn)定化技術(shù)是國(guó)內(nèi)外普遍使用的土壤重金屬污染治理方法之一。該方法基于向污染土壤中添加無(wú)機(jī)或有機(jī)改良劑，通過(guò)與重金屬發(fā)生吸附、沉淀、絡(luò)合、氧化還原和離子交換等物理化學(xué)作用，改變土壤中重金屬的存在形態(tài)和降低其生物有效性，從而達(dá)到治理重金屬污染土壤的目的[9－10]。該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、高效快速、成本低等優(yōu)點(diǎn)，適用于大面積重金屬污染農(nóng)田土壤的修復(fù)。常用的改良劑主要有石灰性物質(zhì)、含磷材料和有機(jī)質(zhì)等[8，11]。施用石灰可以提高土壤pH值，增加土壤表面負(fù)電荷，從而增強(qiáng)土壤顆粒對(duì)金屬陽(yáng)離子的吸附能力[12]，但長(zhǎng)期使用會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，易引起土壤營(yíng)養(yǎng)元素平衡失調(diào)[13]。含磷材料通過(guò)吸附或者共沉淀，降低土壤中重金屬的生物有效性[14]。但過(guò)量施加含磷材料會(huì)導(dǎo)致作物缺鋅，影響作物的產(chǎn)量[15]，并且可能會(huì)引起水體富營(yíng)養(yǎng)化[16]。有機(jī)物料可與重金屬形成難溶的金屬－有機(jī)復(fù)合物，該種復(fù)合物更容易被土壤顆粒吸附，降低土壤中重金屬的有效性，但對(duì)于營(yíng)養(yǎng)流失嚴(yán)重的土壤，單施有機(jī)質(zhì)并不能補(bǔ)充土壤中所缺乏的植物生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素。

南方酸化土壤的脫硅富鋁化作用強(qiáng)烈，土壤中K、Ca、Mg等鹽基離子和有效 Si大量流失[17]，土壤中有效礦物質(zhì)元素含量降低，土壤肥力嚴(yán)重退化，作物出現(xiàn)不同程度的虧缺現(xiàn)象[18]。因此，開(kāi)發(fā)一種可以改善酸性土壤理化性質(zhì)，降低土壤中重金屬活性的土壤調(diào)理劑具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。鉀鈣硅肥是利用鉀長(zhǎng)石、白云石、石灰石和石膏等合理配伍后經(jīng)高溫焙燒制得的一種含有多種營(yíng)養(yǎng)元素（K、Ca、Mg和Si等）的弱堿性礦物質(zhì)肥，在改善酸性土壤理化性質(zhì)和提高作物產(chǎn)量方面已有一定的研究基礎(chǔ)[19－21]。但關(guān)于將鉀鈣硅肥和褐煤腐植酸復(fù)合改良酸性重金屬污染土壤的相關(guān)研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本文通過(guò)將鉀鈣硅肥與褐煤腐植酸復(fù)合成一種新的礦物－有機(jī)質(zhì)復(fù)合調(diào)理劑，并利用該復(fù)合調(diào)理劑對(duì)Pb污染土壤進(jìn)行改良，結(jié)合盆栽實(shí)驗(yàn)分析其對(duì)土壤理化性質(zhì)、土壤中重金屬Pb的活性，小白菜吸收重金屬Pb以及小白菜生長(zhǎng)狀況的影響，為該復(fù)合調(diào)理劑在重金屬污染農(nóng)田改良應(yīng)用提供理論指導(dǎo)和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自廣東省增城市星威農(nóng)場(chǎng)附近的水稻土，取0～20 cm的耕作層土壤，以備試驗(yàn)分析和作物栽培試驗(yàn)應(yīng)用。土壤理化性質(zhì)如下：pH 5.34，有機(jī)質(zhì) 38.81 g·kg－1，全氮 2.15 g·kg－1，全磷 1.03 g·kg－1，速效鉀 136.95 mg·kg－1，交換性鈣 1 889.95 mg·kg－1，交換性鎂 202.50 mg·kg－1，有效硅 140.48 mg·kg－1，土壤 Pb含量 549.83 mg·kg－1，土壤有效態(tài) Pb 含量 19.89 mg·kg－1。

供試調(diào)理劑由鉀鈣硅肥和褐煤腐植酸復(fù)合而成。褐煤腐植酸購(gòu)于威海七木生物科技有限公司。鉀鈣硅肥和褐煤腐植酸研磨過(guò)篩，按質(zhì)量比1∶1混合，加入去離子水（固液比 1∶1）混合均勻，振蕩 24 h，烘干，冷卻至室溫，研磨過(guò)200目篩備用。調(diào)理劑基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試調(diào)理劑的理化性質(zhì)Table 1 The physico－chemical properties of compound conditioner

供試蔬菜：試驗(yàn)所選用的是對(duì)重金屬污染比較敏感的葉菜類植物——小白菜（Brassica Chinensis L.），種子購(gòu)于廣州長(zhǎng)合種子有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

盆栽試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，每個(gè)處理添加的礦物－有機(jī)質(zhì)復(fù)合調(diào)理劑分別為 0、0.67、1.33 g·kg－1和 2 g·kg－1（即CK、T1、T2和T3），每處理均設(shè)置4次重復(fù)。將采集的土樣自然風(fēng)干、研磨，過(guò)10目篩，裝入塑料盆（直徑17 cm、高30 cm）中，每盆裝土3 kg，施入基肥（尿素0.42 g+磷酸二氫鈉1.2 g+氯化鉀2.1 g）與調(diào)理劑混合均勻，加水平衡兩周。每盆播種20顆小白菜種子，間苗后每盆保留5株。試驗(yàn)期間，土壤濕度控制在田間持水量的70%，并保持正常的陽(yáng)光照射。種植5周收獲，采集各盆中土壤樣品，風(fēng)干，磨細(xì)，過(guò)100目篩；小白菜沖洗晾干后，分為地上部和根部，在70℃烘干48 h至恒重，取出磨碎后過(guò)60目篩備用。

1.3 分析方法

土壤pH值采用電位法（土液比為1∶2.5）測(cè)定；有機(jī)質(zhì)采用水合熱重鉻酸鉀氧化－比色法測(cè)定；全氮采用半微量凱氏定氮法測(cè)定；全磷采用HClO4－H2SO4法測(cè)定；速效鉀、交換性鈣和交換性鎂用乙酸銨提取，原子吸收分光光度計(jì)（島津AA－6300C）測(cè)定；有效硅用硅鉬藍(lán)比色法測(cè)定；土壤有效態(tài)Pb用0.1 mol·L－1CaCl2浸提[22]，原子吸收分光光度計(jì)（島津 AA－6300C）測(cè)定。小白菜樣品經(jīng)HNO3－HClO4（4∶1）消解后，采用原子吸收分光光度計(jì)（島津AA－6300C）測(cè)定重金屬含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)和方差分析。樣品由鄧肯多變區(qū)域新檢驗(yàn)法（Ducan′s new multiple range test）比較各重復(fù)之間的差異顯著性。所有數(shù)據(jù)分析由Microsoft Excel 2010以及SPSS 19.0完成。實(shí)驗(yàn)作圖采用Origin 8.0軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合調(diào)理劑對(duì)土壤pH值和有效態(tài)Pb含量的影響

復(fù)合調(diào)理劑對(duì)土壤pH值和土壤有效態(tài)Pb含量的影響情況見(jiàn)圖1。由圖1可以看出，施加復(fù)合調(diào)理劑能提高土壤pH值，并降低土壤中有效態(tài)Pb含量。且pH值的升高幅度隨著施加量的增大而增大。復(fù)合調(diào)理劑施用量從 0（CK）增加到 2 g·kg－1時(shí)，土壤 pH值從5.34升高至6.25。而隨著施加量的增大，土壤中有效態(tài)Pb含量則顯著降低（P＜0.05），與土壤pH值的變化趨勢(shì)基本相反。與CK相比，當(dāng)復(fù)合調(diào)理劑施加量為 0.67、1.33 g·kg－1和 2 g·kg－1時(shí)，有效態(tài) Pb 含量分別降低了50.60%、54.98%和67.47%。對(duì)土壤有效態(tài)Pb含量和土壤pH進(jìn)行線性回歸分析（圖2），其結(jié)果表明，土壤有效態(tài)Pb和土壤pH呈極顯著負(fù)相關(guān)：y=98.60－14.68 pH（r=－0.989，P＜0.01），這與 He等[21]、李忠義等[23]的研究結(jié)果一致。表明土壤pH是影響土壤有效態(tài)Pb含量的重要因素之一，提高土壤pH可以降低土壤重金屬Pb的活性。

2.2 復(fù)合調(diào)理劑對(duì)土壤礦物質(zhì)元素和有機(jī)質(zhì)含量的影響

圖1 復(fù)合調(diào)理劑施加對(duì)土壤有效態(tài)Pb含量和pH值的影響Figure 1 Effects of compound conditioner application on soil available Pb concentrations and soil pH values

圖2 土壤pH值和土壤有效態(tài)Pb含量之間的線性關(guān)系Figure 2 Correlations between the concentrations of available Pb in soil and the soil pH values

礦物質(zhì)元素是存在于土壤中的植物生長(zhǎng)所必需的營(yíng)養(yǎng)元素，包括氮、磷、鉀、鈉、鈣、鎂、硅、硫、鐵、錳、鎳等，其中，鉀、鈣、鎂屬于大量元素，對(duì)植物生長(zhǎng)起到至關(guān)重要的作用。而硅也被認(rèn)為是植物不可缺少的營(yíng)養(yǎng)元素[5]。從圖3可以看出，施加復(fù)合調(diào)理劑能提高土壤礦物質(zhì)元素的含量，速效K、交換性Ca、Mg和有效Si的含量分別增加1.59%～11.76%、6.88%～21.73%、28.00%～31.47%和21.32%～51.82%。線性分析表明：復(fù)合調(diào)理劑施加量與土壤中交換性Ca和有效Si含量呈顯著正相關(guān)（rCa=0.998**；rSi=0.989*）。施加復(fù)合調(diào)理劑后，土壤中礦物質(zhì)元素含量的增加可能是由于調(diào)理劑含有K2SO4、Ca3Al2O6和CaMgSiO4等物質(zhì)，可以在土壤溶液的作用下，釋放或轉(zhuǎn)化成有效的礦物質(zhì)元素。

土壤有機(jī)質(zhì)是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，也是植物生長(zhǎng)所需營(yíng)養(yǎng)主要來(lái)源之一。圖4為調(diào)理劑對(duì)盆栽土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響。與CK相比，復(fù)合調(diào)理劑施加量為 0.67～2 g·kg－1時(shí)，土壤有機(jī)質(zhì)含量增加10.98%～13.41%。線性分析結(jié)果表明，復(fù)合調(diào)理劑施加量與有機(jī)質(zhì)含量并無(wú)顯著相關(guān)性。與CK相比，復(fù)合調(diào)理劑各施加水平下存在顯著差異（P＜0.05）。褐煤腐植酸是一種有機(jī)物質(zhì)，這可能是施用復(fù)合調(diào)理劑后土壤有機(jī)質(zhì)含量增加的原因。

圖3 復(fù)合調(diào)理劑對(duì)土壤礦物質(zhì)元素含量的影響Figure 3 Effects of compound conditioner on mineral nutrients contents in soil

圖4 復(fù)合調(diào)理劑對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量的影響Figure 4 Effects of compound conditioner on organic matter contents in soil

圖5 復(fù)合調(diào)理劑對(duì)小白菜中Pb含量的影響Figure 5 Effects of compound conditioner on the concentrations of Pb in pakchoi

2.3 復(fù)合調(diào)理劑對(duì)小白菜中重金屬含量的影響

由圖5可以看出，在復(fù)合調(diào)理劑不同施加量水平下，小白菜根部和地上部Pb含量與CK相比均有不同程度的降低。線性相關(guān)分析表明，復(fù)合調(diào)理劑的施加量與小白菜地上部Pb含量呈顯著負(fù)相關(guān)（r地上=－0.987*），同時(shí)多重比較顯示，復(fù)合調(diào)理劑各施加濃度下存在顯著的差異性（P＜0.05）。而復(fù)合調(diào)理劑施加量與小白菜根部Pb含量相關(guān)關(guān)系不顯著（P＞0.05），與CK相比，復(fù)合調(diào)理劑各施加濃度下存在顯著差異（P＜0.05）。當(dāng)復(fù)合調(diào)理劑施加量為2 g·kg－1時(shí)，小白菜根部和地上部Pb含量降低效果最好，分別降低了19.16%和10.94%。

表2列出了小白菜根部和地上部Pb含量與各項(xiàng)土壤指標(biāo)之間的相關(guān)關(guān)系。由表2可知，土壤pH值與小白菜根部（P＜0.01）、地上部（P＜0.05）Pb含量均呈顯著負(fù)相關(guān)，土壤有效態(tài)Pb含量與小白菜根部（P＜0.01）、地上部（P＜0.05）Pb含量均呈顯著正相關(guān)，且土壤pH值與有效態(tài)Pb含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），這表明施加復(fù)合調(diào)理劑能提高土壤pH值，降低土壤有效態(tài)Pb含量，減少Pb在小白菜根部和地上部的積累。有機(jī)質(zhì)含量與土壤有效態(tài)Pb含量、小白菜根部Pb含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。這表明，土壤有機(jī)質(zhì)含量的升高能降低有效態(tài)Pb含量以及減少重金屬Pb在小白菜根部的積累。

表2 土壤各項(xiàng)參數(shù)與小白菜中Pb含量之間的相關(guān)關(guān)系Table 2 Correlations coefficients between soil properties and the cncentrations of Pb in pakchoi

此外，復(fù)合調(diào)理劑的添加除了能夠降低土壤Pb生物有效性，也顯著地提升了土壤中交換性Ca和有效Si的含量（圖3），且土壤中交換性Ca、有效Si含量與小白菜根部Pb含量均呈顯著負(fù)相關(guān)（rCa=－0.827*；rSi=－0.865**）。

2.4 復(fù)合調(diào)理劑對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響

通過(guò)盆栽試驗(yàn)考察了復(fù)合調(diào)理劑對(duì)小白菜生物量和株高的影響（圖6）。由圖6可以看出，施加復(fù)合調(diào)理劑能促進(jìn)小白菜的生長(zhǎng)。與CK相比，當(dāng)復(fù)合調(diào)理劑施加量為0.67～2 g·kg－1時(shí)，小白菜的生物量增加了22.79%～49.90%，株高提高了2.91%～7.15%。在施加量為2 g·kg－1時(shí)，小白菜生物量及株高增加最多，分別增加了1.5倍和1.07倍。線性相關(guān)分析表明，復(fù)合調(diào)理劑的施加量和土壤生長(zhǎng)指標(biāo)呈顯著正相關(guān)（r生物量=0.950*；r株高=0.969*）。多重比較顯示，小白菜生物量在復(fù)合調(diào)理劑各施加濃度下存在顯著的差異性（P＜0.05）。

圖6 復(fù)合調(diào)理劑對(duì)小白菜生物量和株高的影響Figure 6 Effects of compound conditioner on biomass and stem length of pakchoi

3 討論

復(fù)合調(diào)理劑的施加可以有效提高土壤pH值，這主要是因?yàn)檎{(diào)理劑本身呈弱堿性（pH=10.50），其所含的未反應(yīng)完全的氧化鈣、氧化鎂等堿性物質(zhì)會(huì)中和土壤中的活性H+，直接提高土壤的pH。其次與調(diào)理劑所含的鹽基離子有關(guān)，調(diào)理劑中的K+、Ca2+、Mg2+等鹽基離子進(jìn)入土壤溶液中，增加土壤中交換性陽(yáng)離子含量，提高土壤鹽基飽和度，從而提高土壤pH值[24]。本研究發(fā)現(xiàn)土壤pH與小白菜生長(zhǎng)指標(biāo)之間呈顯著正相關(guān)（r生物量=0.930**；r株高=0.843**），說(shuō)明土壤 pH 的提升有利于小白菜的生長(zhǎng)。Zhou等[25]和He等[26]的研究也發(fā)現(xiàn)土壤pH適當(dāng)提升有利于小白菜生物量的累積。此外，土壤pH的升高也是土壤有效態(tài)Pb含量降低的一個(gè)重要原因。有研究表明，土壤pH的升高使土壤顆粒表面凈負(fù)電荷增加，從而增加對(duì)Pb2+的電性吸附，同時(shí)導(dǎo)致二價(jià)重金屬離子水解程度增大，生成羥基態(tài)金屬陽(yáng)離子，此形態(tài)的金屬離子與土壤吸附點(diǎn)位的親和力要比自由態(tài)金屬離子強(qiáng)，更易被土壤顆粒表面所吸附[11，27]。本研究中土壤有效態(tài)Pb含量隨著pH的增加而下降的趨勢(shì)與以往的研究結(jié)果相一致[21，28]。除了土壤pH，土壤中有機(jī)質(zhì)含量也是影響土壤重金屬生物有效性的一個(gè)重要因素。通過(guò)線性回歸分析發(fā)現(xiàn)，土壤有效態(tài)Pb含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量呈極顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01）。土壤有機(jī)質(zhì)通過(guò)絡(luò)合作用與Pb2+結(jié)合，形成穩(wěn)定的Pb2+－有機(jī)配體，這種重金屬離子－有機(jī)配體更容易吸附在土壤顆粒表面，降低土壤中 Pb 的有效性[29－30]。

與CK相比，3個(gè)處理小白菜中的重金屬濃度均出現(xiàn)了顯著下降（圖5），這不僅與調(diào)理劑施加后土壤有效態(tài)Pb含量的減少有關(guān)，可能還跟小白菜生物量增加所產(chǎn)生的稀釋作用有關(guān)。無(wú)論是對(duì)小白菜產(chǎn)生的生長(zhǎng)促進(jìn)作用，還是對(duì)小白菜吸收Pb的抑制作用，都與土壤環(huán)境的改善有關(guān)。有研究表明，K、Ca、Mg和Si等礦物質(zhì)元素作為小白菜生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素，不僅對(duì)小白菜生長(zhǎng)和發(fā)育起重要作用，礦物質(zhì)元素還可以抑制植物對(duì)Pb的吸收和有效緩解Pb2+對(duì)植物體產(chǎn)生的毒害作用。王芳等[31]研究發(fā)現(xiàn)添加外源Ca可以增加玉米幼苗中葉綠素含量，延緩葉綠素降解，減輕Pb2+脅迫對(duì)光合機(jī)構(gòu)造成的傷害。陳曉婷等[32]認(rèn)為Ca2+和Mg2+與Pb2+之間存在著某種程度上的拮抗作用，參與競(jìng)爭(zhēng)作物根系上的吸附位點(diǎn)，降低了根細(xì)胞對(duì)Pb2+的吸收，減少了Pb在作物中的積累。硅元素能提高葉綠素含量，減輕重金屬對(duì)作物光合作用的抑制作用，激發(fā)抗氧化酶的活性，提高作物對(duì)土壤中重金屬的抗性[33－34]。另外，硅與重金屬在作物根部形成沉積物，增強(qiáng)作物根部對(duì)Pb的截留，阻礙了重金屬經(jīng)根部運(yùn)輸至作物體內(nèi)[35]。鄧騰灝博等[36]通過(guò)大田實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施加鋼渣增加了土壤中有效硅的含量，增強(qiáng)了水稻根部對(duì)重金屬的截留吸附作用，大幅減少了根部重金屬向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。在本試驗(yàn)中，土壤中施加復(fù)合調(diào)理劑后，土壤pH值升高，土壤有效態(tài)Pb含量降低，土壤中有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)元素（K、Ca、Mg、Si）有效態(tài)含量得到提升，這些使小白菜生長(zhǎng)的土壤環(huán)境得到了顯著改善，抑制了小白菜對(duì)重金屬Pb的吸收，最終促進(jìn)小白菜生長(zhǎng)和生物量的累積。

4 結(jié)論

（1）施加復(fù)合調(diào)理劑能有效改善土壤質(zhì)量，且施加量（0～2 g·kg－1）越大，改善效果越明顯。復(fù)合調(diào)理劑施加量為2 g·kg－1時(shí)，土壤pH提升0.91個(gè)單位，土壤中有效態(tài)Pb含量降至最低，與CK相比，下降67.47%。土壤中有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)元素（K、Ca、Mg和Si）含量也隨著施加量增大而增加，在2 g·kg－1施加水平下，與CK相比，有機(jī)質(zhì)增加13.41%，有效態(tài)Ca和Si含量分別增加21.73%和51.82%。

（2）復(fù)合調(diào)理劑的施加促進(jìn)了小白菜的生長(zhǎng)。線性相關(guān)分析表明，復(fù)合調(diào)理劑施加量與小白菜生長(zhǎng)指標(biāo)之間呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。與CK相比，施加2 g·kg－1調(diào)理劑后，小白菜生物量和株高分別增加49.90%和7.15%。

（3）土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量均與土壤有效態(tài)Pb含量、小白菜中Pb含量呈顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），土壤有效礦物質(zhì)元素含量（Ca、Si）與小白菜根部Pb含量之間負(fù)相關(guān)性也達(dá)到顯著水平（P＜0.05）。說(shuō)明通過(guò)復(fù)合礦物質(zhì)材料和有機(jī)材料，可以降低土壤重金屬的生物有效性，減少重金屬Pb在小白菜中的累積。

[1]徐 峰,黃益宗,蔡立群,等.不同改良劑處理對(duì)玉米生長(zhǎng)和重金屬累積的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2013,32（3）：463－470.

XU Feng,HUANG Yi－zong,CAI Li－qun,et al.Effects of different amendments on corn growth and accumulation of heavy metals[J].Journal of Agro-Environment Science,2013,32（3）：463－470.

[2]賈 倩,胡 敏,張洋洋,等.鉀硅肥施用對(duì)水稻吸收鉛、鎘的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,34（12）：2245－2251.

JIA Qian,HU Min,ZHANG Yang－yang,et al.Effects of potassium－silicon fertilizer application on lead and cadium uptake by rice[J].Journal of Agro-Environment Science,2015,34（12）：2245－2251.

[3]黎大榮,楊惟薇,黎秋君,等.蠶沙和赤泥用于鉛鎘污染土壤改良的研究[J].土壤通報(bào),2015,46（4）：977－984.

LI Da－rong,YANG Wei－wei,LI Qiu－jun,et al.Application of silkworm excrement and red mud for soil remediation contaminated by lead and cadmium[J].Chinese Journal of Soil Science,2015,46（4）：977－984.

[4]易杰祥,呂亮雪,劉國(guó)道.土壤酸化和酸性土壤改良研究[J].華南熱帶農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006,12（1）：23－28.

YI Jie－xiang,Lü Liang－xue,LIU Guo－dao.Soil acidification and acid soil amelioration[J].Journal of South China University of Tropical Agriculture,2006,12（1）：23－28.

[5]蒙園園,石 林.礦物質(zhì)調(diào)理劑中鋁的穩(wěn)定性及其對(duì)酸性土壤的改良作用[J].土壤,2017,49（2）：345－349.

MENG Yuan－yuan,SHI Lin.Stability of aluminium in mineral conditioners and amelioration on acid soil[J].Soils,2017,49（2）：345－349.

[6]王宇霞,郝秀珍,蘇玉紅,等.不同鈍化劑對(duì)Cu、Cr和Ni復(fù)合污染土壤的修復(fù)研究[J].土壤,2016,48（1）：123－130.

WANG Yu－xia,HAO Xiu－zhen,SU Yu－h(huán)ong,et al.Remediation of heavy metal contaminated soil with different amendments[J].Soils,2016,48（1）：123－130.

[7]張 樂(lè),徐平平,李素艷,等.有機(jī)－無(wú)機(jī)復(fù)合改良劑對(duì)濱海鹽堿地的改良效應(yīng)研究[J].中國(guó)水土保持科學(xué),2017,15（2）：92－99.

ZHANG Le,XU Ping－ping,LI Su－yan,et al.Amelioration effects of organic－inorganic compound amendment on coastal saline－alkali soil[J].Science of Soil and Water Conservation,2017,15（2）：92－99.

[8]蔡 軒,龍新憲,種云霄,等.無(wú)機(jī)－有機(jī)混合改良劑對(duì)酸性重金屬?gòu)?fù)合污染土壤的修復(fù)效應(yīng)[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,35（12）：3991－4002.

CAI Xuan,LONG Xin－xian,CHONG Yun－xiao,et al.Inorganic－organic amendments for immobilization of metal contaminants in an acidic soil[J].Acta Scientiae Circumstantiae,2015,35（12）：3991－4002.

[9]Porter S K,Scheckel K G,Impellitteri C A,et al.Toxic metals in the environment：Thermodynamic considerations for possible immobilization strategies for Pb,Cd,As,and Hg[J].Critical Reviews in Environmental Science and Technology,2004,34（6）：495－604.

[10]邱瓊瑤,周 航,曾 卉,等.組配改良劑對(duì)重金屬污染土壤理化性質(zhì)及有效養(yǎng)分的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2014,33（5）：907－912.

QIU Qiong－yao,ZHOU Hang,ZENG Hui,et al.Effects of combined amendments on physicochemical properties and available nutrients of soil contaminated with heavy metals[J].Journal of Agro-Environment Science,2014,33（5）：907－912.

[11]殷 飛,王海娟,李燕燕,等.不同鈍化劑對(duì)重金屬?gòu)?fù)合污染土壤的修復(fù)效應(yīng)研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2015,34（3）：438－448.

YIN Fei,WANG Hai－juan,LI Yan－yan,et al.Remediation of multiple heavy metal polluted soil using different immobilizing agents[J].Journal of Agro-Environment Science,2015,34（3）：438－448.

[12]Hong C O,Lee D K,Chung D Y,et al.Liming effects on cadmium stabilization in upland soil affected by gold mining activity[J].Archives Environment Contamination Toxicology,2007,52（4）：496－502.

[13]邵 樂(lè),郭曉方,史學(xué)峰,等.石灰及其后效對(duì)玉米吸收重金屬影響的田間實(shí)例研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2010,29（10）：1986－1991.

SHAO Le,GUO Xiao－fang,SHI Xue－feng,et al.Effect of lime on heavy metals uptake by Zea mays and the persistance of the liming effect[J].Journal of Agro-Environment Science,2010,29（10）：1986－1991.

[14]Yin P,Shi L.Remediation of Cd,Pb,and Cu－contaminated agricultural soil using three modified industrial by－products[J].Water,Air,&Soil Pollution,2014,225（11）：1－14.

[15]趙榮芳,鄒春琴,張福鎖.長(zhǎng)期施用磷肥對(duì)冬小麥根際磷、鋅有效性及其作物磷鋅營(yíng)養(yǎng)的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2007,13（3）：368－372.

ZHAO Rong－fang,ZOU Chun－qin,ZHANG Fu－suo.Effects of long term P fertilization on P and Zn availability in winter wheat rhizosphere and their nutrition[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2007,13（3）：368-372.

[16]Chrysochoou M,Dermatas D,Grubb D G.Phosphate application to firing range soils for Pb immobilization：The unclear role of phosphate[J].Journal of Hazardous Materials,2007,144（182）：1-14.

[17]孫水娟,文 倩,謝 平.酸雨對(duì)土壤質(zhì)量影響的研究進(jìn)展[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40（5）：2774-2777.

SUN Shui-juan,WEN Qian,XIE Ping.Research advance on effects of acid rain on soil quality[J].Journal of Anhui Agricultural Science,2012,40（5）：2774-2777.

[18]魏朝富,謝德體,郭碧花,等.酸性水稻土上水稻對(duì)硅、鉀、鈣、鎂的吸收及其動(dòng)力學(xué)研究[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2002,8（4）：452-457.

WEI Chao-fu,XIE De-ti,GUO Bi-hua,et al.Study on uptake of Si,K,Ca,Mg by rice and its dynamics in acid paddy soil[J].Plant Nutrition and Fertilizer Science,2002,8（4）：452-457.

[19]Shi L,Xu P Z,Xie K Z,et al.Preparation of a modified flue gas desulphurization residue and its effect on pot sorghum growth and acidic soil amelioration[J].Journal of Hazardous Materials,2011,192（3）：978-985.

[20]Wang Y,Shi L.The effects of modified flue gas desulfurization residue on growth of sweet potato and soil amelioration[J].Water,Air,&Soil Pollution,2015,226（8）：1-13.

[21]He J Y,Shi L.Modified flue gas desulfurization residue（MFGDR）：A new type of acidic soil ameliorant and its effect on rice planting[J].Journal of Cleaner Production,2012,24（3）：159-167.

[22]Madejón E,de Mora A P,Felipe E,et al.Soil amendments reduce trace element solubility in a contaminated soil and allow regrowth of natural vegetation[J].Environment Pollution,2006,139（1）：40-52.

[23]李忠義,張超蘭,鄧超冰,等.鉛鋅礦區(qū)農(nóng)田土壤重金屬有效態(tài)空間分布及其影響因子分析[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2009,18（5）：1772-1776.

LI Zhong-yi,ZHANG Chao-lan,DENG Chao-bing,et al.Analysis on spatial distribution of soil available heavy metals and its influential factors in a lead-zinc mining area of Guangxi,China[J].Ecology and Environmental Sciences,2009,18（5）：1772-1776.

[24]李 平,王興祥,郎 漫,等.改良劑對(duì)Cu、Cd污染土壤重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響[J].中國(guó)環(huán)境科學(xué),2012,32（7）：1241-1249.

LI Ping,WANG Xing-xiang,LANG Man,et al.Effects of amendments on the fraction transform of heavy metals in soil contaminated by copper and cadium[J].China Environmental Science,2012,32（7）：1241-1249.

[25]Zhou D M,Hao X Z,Wang Y J,et al.Copper and Zn uptake by radish and pakchoi as affected by application of livestock and poultry manures[J].Chemosphere,2005,59（2）：167-175.

[26]He M M,Li W H,Liao X Q,et al.Effect of composting process on phytotoxicity and speciation of copper,zinc and lead in sewage sludge and swine manure[J].Waste Management,2009,29（2）：590-597.

[27]林大松,徐應(yīng)明,孫國(guó)紅,等.土壤pH、有機(jī)質(zhì)和含水氧化物對(duì)鎘、鉛競(jìng)爭(zhēng)吸附的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2007,26（2）：510-515.

LIN Da-song,XU Ying-ming,SUN Guo-hong,et al.Effect of pH,organic matter and hydrous oxides on competitive adsorption of Cd2+and Pb2+by soil[J].Journal of Agro-Environment Science,2007,26（2）：510-515.

[28]Ping L I,Wang X,Zhang T,et al.Effects of several amendments on rice growth and uptake of copper and cadmium from a contaminated soil[J].Journal of Environmental Sciences,2008,20（4）：449-455.

[29]Kumpiene J,Lagerkvist A,Maurice C.Stabilization of As,Cr,Cu,Pb andZninsoilusingamendments：Areview[J].WasteManagement,2008,28（1）：215-225.

[30]Chen Y.Chapter 13-organic matter reactions involving micronutrients in soils and their effect on plants[M].Humic Substances in Terrestrial Ecosystems.Amsterdam：Elservier,1996：507-529.

[31]王 芳,李永生,王漢寧,等.鈣對(duì)鉛脅迫下玉米幼苗生長(zhǎng)及生理特性的影響[J].水土保持學(xué)報(bào),2016,30（3）：202-207.

WANG Fang,LI Yong-sheng,WANG Han-ning,et al.Effect of calcium on growth and physiological characteristics of maize seedling under lead stress[J].Journal of Soil and Water Conservation,2016,30（3）：202-207.

[32]陳曉婷,王 果,梁志超,等.鈣鎂磷肥和硅肥對(duì)Cd、Pb、Zn污染土壤上小白菜生長(zhǎng)和元素吸收的影響[J].福建農(nóng)林大學(xué)學(xué)報(bào)（自然版）,2002,31（1）：109-112.

CHEN Xiao-ting,WANG Guo,LIANG Zhi-chao,et al.Effects of calcium magnesium phosphate and silicon fertilizer on the growth and element uptake of pakchoi in cadmium,lead and zinc contaminated soil[J].Journal of Fujian Agriculture and Forestry University（Natural Science Edition）,2002,31（1）：109-112.

[33]Gu H H,Qiu H,Tian T,et al.Mitigation effects of silicon rich amendments on heavy metal accumulation in rice（Oryzasativa L.）planted on multi-metal contaminated acidic soil[J].Chemosphere,2011,83（9）：1234-1240.

[34]羅小玲,李淑儀,藍(lán)佩玲,等.硅酸鹽及腐植酸對(duì)Cr-Pb污染土壤中小白菜的生長(zhǎng)和生理的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2008,27（6）：2338-2344.

LUO Xiao-ling,LI Shu-yi,LAN Pei-ling,et al.Effect of silicates and humic acid on growth and physiology of Brassica Chinensis under the stress of Cr-Pb[J].Journal of Agro-Environment Science,2008,27（6）：2338-2344.

[35]Shi X H,Zhang C C,Wang H,et al.Effect of Si on the distribution of Cd in rice seedlings[J].Plant and Soil,2005,272（1）：53-60.

[36]鄧騰灝博,谷海紅,仇榮亮.鋼渣施用對(duì)多金屬?gòu)?fù)合污染土壤的改良效果及水稻吸收重金屬的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2011,30（3）：455-460.

DENG Teng-hao-bo,GU Hai-hong,QIU Rong-liang.Ameliorative effects of steel slag application on multi-metal contaminated soil and heavy metal uptake of rice[J].Journal of Agro-Environment Science,2011,30（3）：455-460.

Amelioration effects of mineral-organic compound conditioner on Pb-contaminated soil

CAI Ru－meng1,2,SHI Lin1,2*
（1.College of Environment and Energy,South China University of Technology,Guangzhou 510006,China;2.The Key Lab of Pollution Control and Ecosystem Restoration in Industry Cluster,Ministry of Education,South China University of Technology,Guangzhou 510006,China）

In this study,a pot experiment was conducted to investigate the effects of a mineral－organic compound conditioner（potassium calcium silicon fertilizer+brown coal huminite）on soil pH,organic matter content,available Pb concentration,growth of pakchoi,and Pb uptake by pakchoi.Compared to the control,application of the compound conditioner decreased the concentrations of available Pb in soil（by 67.47%at 2 g·kg－1of compound conditioner）and elevated the soil pH（from 5.34 to 6.25）and soil organic matter content（by 10.98%～13.41%）.The concentrations of mineral nutrients（K,Ca,Mg,Si）in the soil increased to various degrees,and the application rates of the compound conditioner had significant positive correlation with soil available Ca and Mg.Applying the compound conditioner could effectively reduce Pb concentrations in the shoot and root of pakchoi.The biomass and stem length of pakchoi increased by 22.79%～49.90%and 2.91%～7.15%,respectively,and both had significant positive correlations with application rates of the compound conditioner.In conclusion,the compound conditioner could effectively ameliorate soil physicochemical properties,decrease bioavailability of Pb in soil,suppress the harmful effects of Pb on crop growth,and enhance soil nutrient supply capacity.The compound conditioner can be used for in situ remediation of heavy－metal－contaminated soil.

potassium calcium silicon fertilizer;brown coal huminite;soil amelioration;Pb;pakchoi

2017－06－21 錄用日期：2017－09－06

蔡如夢(mèng)（1994—），女，河南信陽(yáng)人，碩士研究生，主要從事土壤修復(fù)研究。E－mail：CRM0223@163.com

*通信作者：石 林 E－mail：celshi@126.com

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2015BAD05B05+2）；廣州市2016年污染防治新技術(shù)新工藝示范和應(yīng)用項(xiàng)目

Project supported：The National Key Technology Research and Development Program of the Ministry of Science and Technology of China（2015BAD05B05＋2）；The Demonstration and Application Project of New Technology of Pollution Prevention and Control in Guangzhou（2016）

X53

A

1672－2043（2017）12－2438－07

10.11654/jaes.2017－0887

蔡如夢(mèng)，石 林.礦物－有機(jī)質(zhì)復(fù)合調(diào)理劑對(duì)Pb污染土壤的改良效果[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2017,36（12）：2438－2444.

CAI Ru－meng,SHI Lin.Amelioration effects of mineral－organic compound conditioner on Pb－contaminated soil[J].Journal of Agro-Environment Science,2017,36（12）:2438－2444.