4種改良劑對(duì)油菜生物量及吸收鎘、鉈濃度的影響

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2016.10.039

摘要：連續(xù)盆栽3季油菜，研究海泡石、鈣鎂磷肥、石灰、腐殖酸對(duì)油菜生物量的影響及降低油菜鎘、鉈濃度的效果。結(jié)果表明，海泡石、鈣鎂磷肥、腐殖酸、石灰的施入提高油菜生物量的效果第2季比第1季、第3季好。4種改良劑對(duì)油菜生物量的影響順序依次為海泡石>腐殖酸>石灰>鈣鎂磷肥；第2季海泡石降低油菜鎘濃度效果最好，第3季以腐殖酸效果最好。降低油菜鉈濃度效果，第1季以鈣鎂磷肥、石灰最佳，第2季以海泡石效果最佳，第3季以腐殖酸效果最佳。雖然4種改良劑抑制土壤鎘、鉈進(jìn)入油菜的效果不同，但均有降低油菜中鎘、鉈濃度的效果。應(yīng)用時(shí)可根據(jù)改良劑特點(diǎn)適時(shí)施入土壤，充分發(fā)揮改良劑吸附、固定鎘、鉈的作用。

關(guān)鍵詞：改良劑；鎘；鉈；油菜；生物量

中圖分類號(hào)： S156.2文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A文章編號(hào)：1002-1302（2016）10-0154-04

收稿日期：2015-08-22

基金項(xiàng)目：廣西壯族自治區(qū)賀州市科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計(jì)劃（編號(hào)：賀科轉(zhuǎn)1408035）。

作者簡(jiǎn)介：胡月芳（1977—），女，廣西賀州人，碩士，副教授，主要從事分析化學(xué)教學(xué)與研究。E-mail：huyuefang@126.com。廣西是有色金屬之鄉(xiāng)，多種金屬礦產(chǎn)資源居全國(guó)首位，采礦業(yè)迅猛發(fā)展的同時(shí)也導(dǎo)致礦區(qū)周邊土壤存在嚴(yán)重的重金屬污染。賀州市具有錳礦、稀土、鎢礦等資源，共生鎘、鉈等金屬。長(zhǎng)期以來，當(dāng)?shù)氐V企環(huán)保設(shè)施達(dá)不到要求，在選礦、洗礦過程中造成未經(jīng)任何處理的廢水外溢，給江河、土壤帶來嚴(yán)重的鎘、鉈重金屬污染，嚴(yán)重影響賀州地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民健康安全。目前，土壤重金屬污染處理一直是國(guó)內(nèi)外研究焦點(diǎn)[1-3]，推廣有效的土壤重金屬污染治理技術(shù)已迫在眉睫。

目前，改良劑法、工程技術(shù)法、生物修復(fù)法是修復(fù)重金屬污染土壤的主要方法[4-6]。其中，改良劑法因?yàn)椴捎靡种苿⑽絼┘敖j(luò)合劑等，能有效降低重金屬的生物有效性及其在植物體內(nèi)的累積，減輕對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害而成為最常用的方法[7-12]。而對(duì)一些改良劑在土壤污染治理方面進(jìn)行研究也有些報(bào)道[13-14]，上述研究是針對(duì)已污染土壤，對(duì)重金屬在土壤中達(dá)到一定濃度的土壤進(jìn)行防治性研究未見報(bào)道。

有研究表明，油菜對(duì)重金屬鎘、鉈有很好的富集作用[15]。本研究選用廣西賀州市馬尾河附近農(nóng)田土壤為研究對(duì)象，考察海泡石、鈣鎂磷肥、腐殖酸、石灰4種改良劑對(duì)油菜生物量及油菜中鎘、鉈濃度的影響，以期能推出一種環(huán)境友好，具有較好發(fā)展前景的綠色修復(fù)重金屬污染土壤技術(shù)，為鎘、鉈重金屬污染農(nóng)田修復(fù)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持，有望污染土壤回復(fù)生態(tài)，保持土壤資源的可持續(xù)發(fā)展。

1材料與方法

1.1供試材料

土壤樣品采自廣西省賀州市馬尾河附近農(nóng)田土壤，在深度0～20 cm處采樣，土樣風(fēng)干后過3.35 mm篩，充分拌勻后備用。供試作物為油菜，所用4種改良劑均為市售。土壤樣品、4種改良劑基本性質(zhì)見表1。

1.2改良劑盆栽油菜試驗(yàn)

試驗(yàn)在廣西賀州學(xué)院化學(xué)與生物工程學(xué)院實(shí)驗(yàn)中心溫室內(nèi)進(jìn)行。改良劑過3.35 mm篩后，每1 kg土壤分別添加0、5.0、10.0、15.0 g的海泡石、鈣鎂磷肥、石灰（分別表示對(duì)照、處理1、處理2、處理3）；每1 kg土壤分別添加0、1.5、3.0、4.5 g 的腐殖酸（分別表示對(duì)照、處理1、處理2、處理3）。每個(gè)處理重復(fù)5次。供試作物為油菜，采用下、上口內(nèi)徑分別為15、20 cm，高15 cm的塑料桶作培養(yǎng)缽，每盆裝入過篩的風(fēng)干土 2 kg；并施加0.45 g尿素、0.25 g KH2PO4作底肥。根據(jù)試驗(yàn)方案將改良劑施入到土壤后混勻裝盆，加去離子水，使土壤水分達(dá)到田間持水量的75%，油菜種子在土壤平衡（溫室）1周后播種。待油菜出苗后定苗，每盆選5棵長(zhǎng)勢(shì)均勻的用于分析，連續(xù)種植3季。油菜生長(zhǎng)期間，為了保持土樣濕潤(rùn)，不定期地添加去離子水。試驗(yàn)期間以相同方案管理各處理，為了使陽光均勻地照在每盆油菜上，經(jīng)常調(diào)換盆的位置。第1季油菜自2014年8月1日播種，至10月1日結(jié)束；第2季自2014年11月1日播種，至2015年1月1日結(jié)束；第3季自2015年2月1日播種，至4月1日結(jié)束。結(jié)束時(shí)取其地上部作為油菜樣品，取少量土作為樣品用于分析。

1.3測(cè)試方法

采用HNO3-HClO4體系將清洗干凈且經(jīng)90 ℃殺青的地上部分油菜進(jìn)行消化，定容，用原子吸收分光光度法測(cè)定鎘、鉈濃度。土壤理化性質(zhì)采用常規(guī)方法測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel軟件、SPSS 11.5軟件進(jìn)行圖表制作和數(shù)據(jù)分析。

2結(jié)果與分析

2.1改良劑對(duì)油菜生物量的影響

2.1.1海泡石對(duì)油菜生物量的影響從圖1可以看出，當(dāng)海泡石用量為5.0 g/kg時(shí)，油菜生物量在第1季、第3季分別比對(duì)照下降7.5%、5.8%，其他處理均比對(duì)照高；用量為 10.0 g/kg 時(shí)，第2季、第3季油菜生物量最高，分別比對(duì)照增加 92.1%、18.8%；當(dāng)海泡石用量為15.0 g/kg時(shí)，第1季油菜生物量高達(dá)222 g/盆，比對(duì)照增加30.6%。方差分析結(jié)果表明，3季不同海泡石用量處理的生物量差異不顯著。

2.1.2鈣鎂磷肥、石灰對(duì)油菜生物量的影響從圖2、圖3可以看出，當(dāng)鈣鎂磷肥、石灰用量為5.0 g/kg時(shí)，第3季油菜的生物量最高，分別比對(duì)照增加31.5%、32.1%，但增產(chǎn)效果均不明顯；在第1季中，油菜生物量與對(duì)照相比分別下降 26.7%、25.1%。鈣鎂磷肥、石灰用量為10.0 g/kg時(shí)，第1季分別比對(duì)照增加5.2%、5.4%；第2季油菜的生物量分別比對(duì)照高33.3%、33.9%，且第2季3個(gè)處理油菜的生物量均有增加；而第3季的油菜生物量比對(duì)照分別下降19.5%、18.4%。當(dāng)鈣鎂磷肥、石灰用量為15.0 g/kg時(shí)，在第1季，油菜生物量與對(duì)照相比分別下降6.5%、6.1%；第3季油菜生物量與對(duì)照相比分別下降16.4%、16.1%。方差分析結(jié)果表明，3季不同鈣鎂磷肥、石灰用量處理的生物量差異均不顯著。

2.1.3腐殖酸對(duì)油菜生物量的影響從圖4可以看出，當(dāng)腐殖酸用量為1.5 g/kg時(shí)，第3季油菜生物量最高，比對(duì)照增

加6.9%，第1季油菜生物量比對(duì)照下降12.0%。當(dāng)腐殖酸用量為3.0 g/kg時(shí)，第1季、第2季油菜的生物量高達(dá) 2.31、085 g/盆，比對(duì)照增加35.6%、70.8%；當(dāng)腐殖酸用量為 4.5 g/kg 時(shí)，油菜生物量除了第1季稍有增加之外，第1季、第3季變化不大。方差分析結(jié)果表明，3季不同腐殖酸用量處理的生物量差異均不顯著。

2.2施用改良劑對(duì)油菜吸收鎘和鉈的影響

2.2.1施用改良劑對(duì)油菜吸收鎘的影響

2.2.1.1海泡石對(duì)油菜吸收鎘的影響從圖5可以看出，在第1季中，海泡石不能降低油菜中鎘濃度，而在第2季中能降低油菜中鎘濃度。當(dāng)海泡石用量為15.0 g/kg時(shí)，第2季、第3季油菜中鎘濃度最低，分別為2.87、2.66 mg/kg，分別比對(duì)照降低了28.3%、26.2%，與對(duì)照間差異不明顯，但是生物量高于對(duì)照。方差分析結(jié)果表明，3季不同海泡石用量處理的油菜鎘濃度差異均不顯著。

2.2.1.2鈣鎂磷肥對(duì)油菜吸收鎘的影響從圖6可以看出，鈣鎂磷肥的施入未能使油菜鎘濃度明顯降低。鈣鎂磷肥用量為5.0 g/kg時(shí)，第1季油菜中鎘濃度比對(duì)照降低了6.2%，達(dá)到最低濃度；鈣鎂磷肥用量為 10.0 g/kg 時(shí)，第3季油菜中鎘比對(duì)照降低14.3%，濃度達(dá)到最低，但處理間差異不明顯，同時(shí)油菜的生物量也最低。鈣鎂磷肥用量為15.0 g/kg時(shí)，第2季油菜中鎘濃度最低，比對(duì)照降低了44%；第2季處理2、第3季處理3油菜吸收鎘明顯高于對(duì)照，不符合土壤鎘污染修復(fù)的要求。結(jié)果表明，在0～10 g/kg 范圍內(nèi)可選擇出最佳鈣鎂磷肥用量。方差分析結(jié)果表明，3季不同鈣鎂磷肥用量處理的油菜鎘濃度差異均不顯著。

2.2.1.3石灰對(duì)油菜吸收鎘的影響從圖7可以看出，石灰用量為5.0 g/kg，第1季油菜中鎘濃度比對(duì)照降低了 5.1%，達(dá)到2.85 mg/kg；石灰用量為10.0 g/kg時(shí)，第3季油菜中鎘比對(duì)照降低15.1%，達(dá)到3.1 mg/kg，但差異不明顯，同時(shí)，油菜的生物量也較低。石灰用量為15.0 g/kg時(shí)，第2季油菜中鎘最低濃度，為3.85 mg/kg，比對(duì)照下降了4.1%。石灰的施入也未能使油菜鎘濃度明顯降低。方差分析結(jié)果表明，3季不同石灰用量處理的油菜鎘濃度差異均不顯著。

2.2.1.4腐殖酸對(duì)油菜吸收鎘的影響從圖8可以看出，腐殖酸施入土壤后，第1季油菜鎘濃度均未降低；當(dāng)腐殖酸用量為1.5 g/kg時(shí)，第2季油菜鎘濃度比對(duì)照降低3.95%，達(dá)到最低。第3季中腐殖酸可降低油菜鎘濃度；腐殖酸用量為45 g/kg時(shí)，油菜鎘濃度比對(duì)照降低22.3%，為最低濃度，與對(duì)照間差異不明顯。方差分析結(jié)果表明，3季不同腐殖酸用量處理的油菜鎘濃度差異均不顯著。

2.2.2施用改良劑對(duì)油菜吸收鉈的影響

2.2.2.1海泡石對(duì)油菜吸收鉈的影響從圖9可以看出，當(dāng)海泡石用量為10.0 g/kg時(shí)，第1季油菜中鉈濃度最低，比對(duì)照降低5.5%；第2季海泡石可明顯降低3個(gè)處理油菜中鉈濃度，與油菜生物量增加結(jié)果一致；第3季海泡石未明顯降低油菜中鉈濃度，當(dāng)海泡石用量為15.0 g/kg時(shí)，油菜中鉈濃度比對(duì)照降低34.6%，達(dá)到最低，但差異不明顯。方差分析結(jié)果表明，第1季、第2季不同海泡石用量處理間油菜鉈濃度差異顯著，第3季不同海泡石用量處理間油菜鉈濃度差異不顯著。

2.2.2.2鈣鎂磷肥對(duì)油菜吸收鉈的影響從圖10可以看出，鈣鎂磷肥的施入使油菜中鉈濃度有不同的改變。第2季3個(gè)處理油菜中鉈濃度均低于對(duì)照，當(dāng)鈣鎂磷肥用量為 15.0 g/kg 時(shí)，油菜中鉈濃度比對(duì)照降低67%，明顯低于對(duì)照；當(dāng)鈣鎂磷肥用量為5.0 g/kg時(shí)，第3季油菜中鉈濃度比對(duì)照降低16.5%，達(dá)到最低，但與對(duì)照差異不明顯，生物量與鉈濃度相對(duì)應(yīng)。方差分析結(jié)果表明，第1季不同鈣鎂磷肥用量處理間油菜鉈濃度差異不顯著，而第2季、第3季不同鈣鎂磷肥用量處理間油菜鉈濃度差異顯著。

2.2.2.3石灰對(duì)油菜吸收鉈的影響從圖11可以看出，當(dāng)石灰用量為5.0 g/kg時(shí)，第3季油菜中鉈濃度比對(duì)照降低145%，達(dá)到最低，但與對(duì)照差異不明顯。在第2季3個(gè)處理油菜中鉈濃度均低于對(duì)照，當(dāng)石灰用量為15.0 g/kg時(shí)，油菜中鉈濃度明顯低于對(duì)照，比對(duì)照降低69%。方差分析結(jié)果，

第1季不同石灰用量處理間油菜鉈濃度的差異不顯著，而第2季、第3季不同石灰用量處理間油菜鉈濃度差異顯著。

2.2.2.4腐殖酸對(duì)油菜吸收鉈的影響從圖12可以看出，在第1季腐殖酸不能明顯降低油菜中鉈濃度，當(dāng)腐殖酸用量為4.5 g/kg時(shí)，油菜中鉈濃度比對(duì)照降低43.2%，為 057 mg/kg。在第2季當(dāng)腐殖酸用量為3.0 g/kg時(shí)，油菜中鉈濃度明顯低于對(duì)照，比對(duì)照降低43.0%；當(dāng)腐殖酸用量為 4.5 g/kg 時(shí)，鉈濃度也明顯低于對(duì)照，降低了45.2%，本結(jié)果與此濃度的生物量高于對(duì)照的生物量結(jié)果一致。第3季3種處理油菜鉈濃度均明顯降低，且當(dāng)腐殖酸用量為3.0 g/kg時(shí)，油菜中鉈濃度最低，比對(duì)照降低51.3%，為0.34 mg/kg。方差分析結(jié)果表明，第1季、第2季不同腐殖酸用量處理間油菜鉈濃度的差異均不顯著，第3季不同腐殖酸用量處理間油菜鉈濃度差異顯著。

3結(jié)論

4種改良劑對(duì)油菜生物量影響程度不一，表現(xiàn)為海泡石>腐殖酸>石灰>鈣鎂磷肥，第2季>第1季、第3季。

海泡石抑制鎘濃度效果為第2季>第3季>第1季；鈣鎂磷肥、石灰、腐殖酸抑制鎘濃度效果為第3季 >第2季>第1季；從3季總體改良效果來看，第1季、第2季以海泡石效果較好，第3季以腐殖酸效果較好。

鈣鎂磷肥、石灰降低鉈濃度效果為第2季>第1季>第3季；海泡石、腐殖酸抑制鉈濃度效果為第2季>第3季>第1季；從3季總體改良效果看，第1季以鈣鎂磷肥、石灰效果最佳，第2季以海泡石效果最佳，第3季以腐殖酸效果最佳。當(dāng)腐殖酸用量為4.5 g/kg時(shí)，3季的改良效果均較理想。

4種改良劑抑制土壤鎘、鉈進(jìn)入油菜的效果不同，但均有降低油菜中鎘、鉈濃度的效果。在治理鎘、鉈污染土壤時(shí)，應(yīng)根據(jù)改良劑特點(diǎn)適時(shí)施入土壤中，以充分發(fā)揮其吸附、固定鎘、鉈的作用，將鎘、鉈對(duì)農(nóng)作物的危害降到最低。

參考文獻(xiàn)：

[1]吳佩桐. 土壤中金屬鎘污染危害與修復(fù)的研究進(jìn)展[J]. 科學(xué)大眾：科學(xué)教育，2012（7）：176-176，174.

[2]冉烈，李會(huì)合. 土壤鎘污染現(xiàn)狀及危害研究進(jìn)展[J]. 重慶文理學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，30（4）：69-73.

[3]羅瑩華，梁凱. 龍來壽土壤鉈污染及其生態(tài)影響[J]. 廣東微量元素科學(xué)，2012，19（11）：22-24.

[4]肖瀟. 基于鎘超累積植物的內(nèi)生菌的重金屬污染修復(fù)研究[D]. 長(zhǎng)沙：湖南大學(xué)，2011.

[5]鄭強(qiáng)，崔俊濤. 植物-微生物修復(fù)重金屬污染土壤的研究[J]. 科技信息，2012（9）：51-52.

[6]楊卓. Cd、Pb、Zn污染潮褐土的植物修復(fù)及其強(qiáng)化技術(shù)研究[D]. 保定：河北農(nóng)業(yè)大學(xué)，2009.

[7]李麗君，張強(qiáng)，白光潔，等. 3種改良劑對(duì)油菜生物量及其吸收重金屬的影響[J]. 水土保持學(xué)報(bào)，2012，26（5）：154-159.

[8]杜志敏，郝建設(shè)，周靜，等. 四種改良劑對(duì)Cu、Cd復(fù)合污染土壤中Cu、Cd形態(tài)和土壤酶活性的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2011，20（10）：1507-1512.

[9]律琳琳，金美玉，李博文，等. 4種礦物材料改良Cd污染土壤的研究[J]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，32（1）：1-5.

[10]楊曉慶，侯仔堯，常夢(mèng)婷，等. 改良荊對(duì)Cd污染土壤的修復(fù)作用[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，43（7）：423-425.

[11]毛家偉，張翔，葉紅朝，等. 土壤改良劑配施氮肥對(duì)烤煙SPAD值、根系活力及經(jīng)濟(jì)性狀的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（10）：112一l14.

[12]黃凱，張杏鋒，李丹. 改良劑修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：292-296.

[13]歐根能，寧平，楊月紅，等. 污泥粉煤灰和石灰改良土壤對(duì)小白菜的影響[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（8）：84-88.

[14]許振嵐，陳紅. 城市污泥人工土壤中重金屬生物有效性及綜合毒性研究[J]. 浙江大學(xué)學(xué)報(bào)：理學(xué)版，2010，37（3）：300-305.

[15]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.李彤霄，杜子璇，田宏偉. 氣象因子對(duì)黃淮海地區(qū)“永優(yōu)”系列玉米產(chǎn)量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（10）：158-161.