生物炭、沸石與膨潤(rùn)土混施對(duì)玉米生長(zhǎng)和吸收Cd、Pb、Zn的影響研究

杜彩艷 ，王攀磊 ，杜建磊，朱紅業(yè)，包 立，郭玉蓉 ，張乃明*，潘艷華 *

1. 云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205；2. 農(nóng)業(yè)部嵩明農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，云南 昆明 650205；3. 云南省農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，云南 昆明 650201

隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化的發(fā)展和城市污泥、廢棄物進(jìn)入農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，土壤重金屬污染態(tài)勢(shì)日趨嚴(yán)峻（胡紅青等，2017），土壤重金屬通過(guò)土壤-植物系統(tǒng)轉(zhuǎn)移進(jìn)入食物鏈的潛在風(fēng)險(xiǎn)（Wu et al.，2011）問(wèn)題也日益受到廣泛關(guān)注（Sharma et al.，2007；羅惠莉等，2018）。云南是著名的“有色金屬之鄉(xiāng)”，礦產(chǎn)資源十分豐富，位于滇南的個(gè)舊礦區(qū)是云南省傳統(tǒng)的超大型多金屬礦區(qū)，長(zhǎng)期沒(méi)有任何環(huán)保措施的礦業(yè)活動(dòng)，導(dǎo)致大量礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤重金屬污染嚴(yán)重，影響當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量。因此，迫切需要開(kāi)展這一區(qū)域重金屬污染農(nóng)田的修復(fù)與治理。

目前，治理重金屬污染土壤的途徑主要有2種。一是利用各種手段消減土壤重金屬總量（工程措施、植物修復(fù)等）；再就是改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，使其固定，降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性（化學(xué)鈍化、微生物修復(fù)等）。工程措施代價(jià)高昂，植物修復(fù)目標(biāo)生物量低、修復(fù)周期長(zhǎng)、植物后續(xù)處置難，實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中受到了不同程度限制，所以對(duì)農(nóng)田重金屬污染土壤而言，切實(shí)可行且能保證作物安全生產(chǎn)的修復(fù)措施應(yīng)是原位鈍化修復(fù)，尤其是對(duì)中輕度污染的農(nóng)田土壤（胡紅青等，2017）。而該項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵在于對(duì)鈍化劑的選用。在眾多鈍化劑中，生物炭因富含碳素和一定的灰分含量而多呈堿性，具有巨大的比表面積以及發(fā)達(dá)的多孔疏松結(jié)構(gòu)，且表面官能團(tuán)豐富，能夠起到吸附重金屬的作用，可有效地降低重金屬在土壌中的遷移性和生物可利用性，是一種應(yīng)用廣泛的有機(jī)鈍化劑（Ahmad et al.，2014；Wang et al.，2015；杜彩艷等，2016）。膨潤(rùn)土是一種以蒙脫石為主要礦物組成的黏土巖，具有較大的比表面積、陽(yáng)離子交換能力和吸附性能的無(wú)機(jī)鈍化劑（Sun et al.，2015a；Sun et al.，2015b；徐奕等，2017）。沸石是硅氧四面體和鋁氧四面體構(gòu)成的三維框架結(jié)構(gòu)，比表面積大，對(duì)離子的吸附能力強(qiáng)，亦作為一種無(wú)機(jī)鈍化劑被廣泛應(yīng)用（郝秀珍等，2003；吳巖等，2018）。生物炭對(duì)重金屬的吸附作用主要通過(guò)提高介質(zhì)pH和增加對(duì)重金屬的吸附作用來(lái)完成，然而其對(duì)重金屬離子的吸附作用結(jié)合力較弱，易發(fā)生解吸，修復(fù)作用的持久性相對(duì)于沸石、膨潤(rùn)土較弱。沸石粉、膨潤(rùn)土對(duì)于重金屬離子的吸附能力更強(qiáng)，但他們對(duì)土壤pH值的影響比較弱。

鑒于此，本研究以云南個(gè)舊多金屬礦區(qū)Cd-Zn復(fù)合污染土壤為研究對(duì)象，玉米（Zea mays L.）為供試材料，選取生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土為鈍化材料，通過(guò)田間試驗(yàn)研究鈍化劑單獨(dú)施用以及不同鈍化劑混施對(duì)與玉米生長(zhǎng)及其重金屬吸收能力的影響，篩選出能有效降低土壤重金屬生物有效性的鈍化劑，從而為Cd-Zn復(fù)合污染農(nóng)田土壤原位鈍化修復(fù)和糧食作物的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)地位于個(gè)舊市雞街鎮(zhèn)石榴壩村污染水旱輪作農(nóng)田（103°9′29″E，23°32′12″N，海拔高度 1122 m），其土壤基本理化性狀為：有機(jī)質(zhì)32.68 g·kg-1，pH 值 6.29，CEC（陽(yáng)離子交換量）15.36 cmol·kg-1，堿解氮 150.15 mg·kg-1，有效磷 77.96 mg·kg-1，速效鉀 206.14 mg·kg-1，全氮 2.17 g·kg-1，全磷 1.94 g·kg-1，全鉀 11.20 g·kg-1，總 Cd 0.49 mg·kg-1，總Pb 157.50 mg·kg-1，總 Zn 340.47 mg·kg-1。根據(jù)國(guó)家《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995），研究區(qū)域土壤重金屬Cd、Zn含量分別超出水旱輪作地的土壤環(huán)境質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的1.03倍、1.70倍；土壤Pb未超標(biāo)，但對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行調(diào)查后發(fā)現(xiàn)，農(nóng)產(chǎn)品重金屬Pb含量均超過(guò)國(guó)家《食品中污染物限量》（GB 2762—2012）。

試驗(yàn)以云瑞8號(hào)為供試玉米品種（常規(guī)玉米品種），購(gòu)自云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所。

試驗(yàn)選用的鈍化劑為生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土。其中，生物炭購(gòu)自河南商丘三利新能源有限公司，1200 yuan·t-1；沸石粉、膨潤(rùn)土均購(gòu)自云南昆明小石壩飼料批發(fā)市場(chǎng)，其中沸石粉550 yuan·t-1，膨潤(rùn)土500 yuan·t-1。所有鈍化劑均過(guò)200目篩，呈粉狀，其基本理化性質(zhì)見(jiàn)表 1。分析方法參見(jiàn)《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》（魯如坤，2000）。

表1 供試鈍化劑的理化性質(zhì)Table1 Physical and chemical properties of additives

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)所用鈍化劑為生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土，每種鈍化劑（按照與土壤干質(zhì)量比設(shè)0、2%和5% 3個(gè)水平）設(shè)置0、13.5、33.75 t·hm-23個(gè)施用水平。試驗(yàn)共設(shè)置 9個(gè)處理，分別為：（1）不施用鈍化劑（CK）；（2）2%生物炭（2% S）；（3）5%生物炭（5% S）；（4）2%沸石粉（2%F）；（5）5%沸石粉（5%F）；（6）2%膨潤(rùn)土（2% P）；（7）5%膨潤(rùn)土（5% P）；（8）2%生物炭+2%沸石粉+2%膨潤(rùn)土（1∶1∶1；2% SFP）；（9）5%生物炭+5%沸石粉+5%膨潤(rùn)土（1∶1∶1；2% SFP），每個(gè)處理3次重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，行間距60 cm×50 cm，小區(qū)面積20 m2；各處理設(shè)獨(dú)立灌溉溝渠，同時(shí)試驗(yàn)地四周設(shè)置2行玉米作為保護(hù)行，以消除邊際效應(yīng)。

混施鈍化劑按照質(zhì)量比 1∶1∶1摻合混勻后，于2017年4月20日均勻撒施于試驗(yàn)小區(qū)土壤表面，利用旋耕設(shè)備將鈍化材料翻入土壤表層中（0－20 cm），充分混勻。

于2017年4月27日直接點(diǎn)播，5月11日定苗，2017年9月3日一次性收獲。播種前施“艷陽(yáng)天”復(fù)合肥（15-15-15，總養(yǎng)分≥45%）做基肥，施用量為 600 kg·hm-2；拔節(jié)期追施尿素，施用量為 300 kg·hm-2。田間管理按大田常規(guī)操作進(jìn)行。

1.3 樣品采集與分析

土壤、植株樣品采集于2017年9月初（玉米成熟期）進(jìn)行，采用“梅花”形取樣法分別對(duì)各小區(qū)進(jìn)行樣品采集，即每個(gè)處理小區(qū)采 5株長(zhǎng)勢(shì)一致的玉米植株，同時(shí)“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”原位采集土壤樣品。玉米植株先用自來(lái)水小心洗凈根系泥土，然后用蒸餾水清洗整個(gè)植株。將植株根系、莖葉、籽粒分離，在 105 ℃下殺青 30 min，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，分別測(cè)定干物質(zhì)量。玉米籽粒烘干樣品粉碎過(guò)40目篩，備用。土壤樣品風(fēng)干后，分別過(guò) 20目、60目、100目篩，備用。土壤有機(jī)質(zhì)OM 含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測(cè)定；土壤 pH值用，酸度計(jì)（Starter-3C，奧豪斯儀器有限公司）測(cè)定，土水比（m/V）為 1∶2.5。土壤重金屬有效態(tài)含量使用0.1 mol·L-1鹽酸提?。斎缋ぃ?000），玉米籽粒樣品中Cd、Pb和Zn總量測(cè)定均采用干灰法消解（GB/T 5009—2010)。土壤樣品溶液中Cd、Pb和Zn含量使用ICP-AES（ICP 6300，Thermo）測(cè)定，玉米籽粒樣品溶液中Cd、Pb和 Zn含量使用石墨爐原子吸收分光光度計(jì)（ICE-3500，Thermo）測(cè)定。

葉面積和株高：玉米收獲時(shí)，測(cè)定其株高和玉米葉片長(zhǎng)l和最大葉寬d，葉面積S計(jì)算式如下：

產(chǎn)量測(cè)定：玉米成熟期，選取具有代表性的 1行玉米，以間隔式的方式選取4株，將果穗取下立即稱(chēng)量其鮮質(zhì)量，放入網(wǎng)袋中帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行考種，最后再通過(guò)出籽率、籽粒含水量（按14%含水量折算）測(cè)算出實(shí)際產(chǎn)量，即玉米的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量 P（kg·hm-2），計(jì)算式如下：

式中，Ws為單株干質(zhì)量（kg）；Np每公頃實(shí)有株數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Microsoft Excel 2010和SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并采用新復(fù)極差法（Duncan）進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)（P＜0.05）。

圖1 不同鈍化劑施用后土壤pH值的變化Fig.1 Changes in soil pH values after application of different amendments

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)土壤pH值和有機(jī)質(zhì)（OM）的影響

土壤pH值和OM含量對(duì)土壤中重金屬的形態(tài)分布、遷移、轉(zhuǎn)化有著重要的影響。因此，在研究鈍化劑鈍化修復(fù)重金屬污染土壤的過(guò)程中，需要考察其對(duì)土壤pH值和OM的影響。單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土后土壤pH值的變化如圖 1所示。從圖中可以看出，施用鈍化劑后，土壤 pH顯著升高，差異均達(dá)顯著水平（P＜0.05），但不同鈍化劑間差異不顯著（P＞0.05）。與CK相比，以土壤干質(zhì)量的2%、5%分別單獨(dú)施入生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土處理后，土壤pH值分別升高了1.17、1.25、1.26、1.28、1.30和1.28單位；生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土 1∶1∶1 以 2%、5%（2%SFP，5% SFP）混施的2種處理使土壤pH值分別升高了1.32和1.35單位。不同鈍化劑對(duì)土壤pH值的影響差異可能與鈍化劑本身的特性及其施用量不同有關(guān)。

土壤OM是土壤肥力的重要指標(biāo)之一，可以有效改良土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤保肥、保水能力，改善土壤通透性，為植物提供營(yíng)養(yǎng)以及支持微生物活動(dòng)等。此外，OM對(duì)受污染土壤有著重要的改良作用，可以通過(guò)在一定范圍內(nèi)提高土壤OM來(lái)降低土壤重金屬有效態(tài)含量。從圖2可知，添加了不同鈍化劑后，土壤OM均發(fā)生了不同程度的變化。與CK相比，以土壤干質(zhì)量的2%、5%分別單獨(dú)施入生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土以及生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土1∶1∶1以2%、5%的土壤干質(zhì)量混合施入土壤后均不同程度提高了土壤 OM，其中，5% SFP處理提高土壤OM效果最顯著（P＜0.05），較CK提高了14.72%，2% SFP處理次之，較CK提高了12.92%；而2% P處理土壤OM的提高效果與CK相比無(wú)顯著差異。

圖2 不同鈍化劑施用后土壤有機(jī)質(zhì)的變化Fig.2 Changes in soil OM after application of different amendments

2.2 不同處理對(duì)土壤重金屬有效態(tài)含量的影響

生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土自身性質(zhì)相近且都具有較大的比表面積，能夠很好地滯留土壤中的重金屬離子。由表2可知，與CK相比，單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土均顯著降低了土壤中 Cd、Pb和 Zn有效態(tài)含量，從而阻控了玉米對(duì)Cd、Pb和Zn的吸收，然而，不同處理水平之間存在明顯差異；此外，單施鈍化劑處理添加量為 5%的降低效果最為顯著，混施處理的降低效果明顯優(yōu)于單施處理。

表2表明，單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土后，土壤中有效態(tài)Cd含量與CK相比均有不同程度降低，降幅為23.02%－45.24%，且不同處理間存在差異。從鈍化效果看，以5% SFP組合對(duì)Cd的降低效果最好，Cd有效態(tài)含量較對(duì)照降低了45.24%（P＜0.05）；2% SFP組合次之，較CK降低了43.02%，兩者之間差異不顯著。

施用不同鈍化劑后，土壤中有效態(tài) Pb含量與CK相比均有不同程度降低，且不同處理間存在差異（表2）。從降低效果看，以土壤干質(zhì)量的2%、5%分別單獨(dú)施入生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土處理后，土壤中有效態(tài)Pb含量分別降低了12.03%、13.50%、4.86%、12.12%、7.15%和11.68%；2% SFP和5% SFP 2種組合使土壤有效態(tài)Pb含量分別降低了16.98%和21.46%。

表2 施用鈍化劑后土壤重金屬有效態(tài)含量Table2 Contents of available heavy metals in soils after application of combined amendments

與CK相比，施用鈍化劑均有效降低了土壤有效態(tài)Zn含量（表2），降幅為16.38%－32.60%。從降低效果看，以5% SFP組合對(duì)土壤Zn有效態(tài)含量降低效果最明顯，較對(duì)照處理 Zn有效態(tài)含量降低了32.60%；其次是2% SFP組合處理，較CK降低了25.19%，且與對(duì)照相比差異顯著（P＜0.05）。

表3 不同鈍化劑對(duì)玉米籽粒吸收Cd、Pb和Zn的影響Table3 Effects of different amendments on contents of Cd, Pb and Zn in maize kernels

表4 不同鈍化劑對(duì)玉米成熟期生長(zhǎng)、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table4 Effects of different amendments on maize yield and its components at harvesting stage

2.3 不同鈍化劑對(duì)玉米籽粒吸收Cd、Pb和Zn的影響

單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土對(duì)玉米籽粒吸收Cd的影響如表3所示。與CK相比，施用鈍化劑均顯著降低了玉米籽粒Cd的含量（P＜0.05），降幅為29.55%－68.18%，其中，以5%SFP組合對(duì)玉米籽粒Cd含量的降低效果最好，玉米籽粒Cd含量較對(duì)照降低了68.18%（P＜0.05）；其次為2% SFP組合，較對(duì)照CK處理降低了61.36%（P＜0.05）。本研究條件下，各處理玉米籽粒 Cd含量在0.14－0.44 mg·kg-1之間，其中，2% SFP、5%SFP 2個(gè)處理的玉米籽粒Cd含量都低于國(guó)家《食品中污染物限量》（GB 2762－2012）中谷物Cd的標(biāo)準(zhǔn)限值（0.20 mg·kg-1）。

由表3可知，施用鈍化劑均顯著降低了玉米籽粒Pb的含量（P＜0.05），和CK相比，降幅為18.48%－39.49%，其中，以 5% SFP組合對(duì)玉米籽粒 Pb含量的降低效果最好，玉米籽粒 Pb含量較對(duì)照降低了39.49%（P＜0.05）；其次為2% SFP組合，較對(duì)照CK處理降低了36.23%（P＜0.05）。本試驗(yàn)中，各處理玉米籽粒 Pb含量在 0.56－0.92 mg·kg-1之間，均高于國(guó)家《食品中污染物限量》（GB 2762—2012）中谷物 Pb的標(biāo)準(zhǔn)限值（0.20 mg·kg-1），低于國(guó)家《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB13078—2001）中谷物Pb的標(biāo)準(zhǔn)限值（5.0 mg·kg-1）。

單施及混施不同用量鈍化劑均顯著降低了玉米籽粒Zn含量（表3），由表3可知，和對(duì)照相比，施用鈍化劑均有效降低了玉米籽粒 Zn的含量（P＜0.05），降幅為16.28%－31.83%，其中，以5%SFP組合對(duì)玉米籽粒Zn含量的降低效果最好，玉米籽粒Zn含量較對(duì)照降低了31.83%（P＜0.05）；其次為2% SFP組合，較對(duì)照CK處理降低了27.15%（P＜0.05）。本研究條件下，各處理玉米籽粒 Zn含量在28.13－41.26 mg·kg-1之間，均低于國(guó)家《食品中污染物限量》（GB 2762—2012）中谷物Zn的標(biāo)準(zhǔn)限值（50 mg·kg-1）。

2.4 不同處理對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量的影響

單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土?xí)诓煌潭壬嫌绊懹衩咨L(zhǎng)（表4）。與CK相比，單施或混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土對(duì)玉米株高、葉面積、生物量、穗粒質(zhì)量和產(chǎn)量均有一定影響。生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土為2%、5%的處理以及混合施入量為2%、5%的處理均不同程度促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng)，增加玉米株高、葉面積、地上部生物量、根部生物量和穗粒質(zhì)量，單施處理添加量為 5%時(shí)效果最為顯著，混合施用的效果明顯優(yōu)于單施。其中，施用5% SFP（生物炭+沸石粉+膨潤(rùn)土）處理玉米株高、葉面積、地上部生物量、根部生物量和穗粒質(zhì)量的增加最為明顯，分別較對(duì)照增加6.94%、12.55%、17.63%、25.66%和28.99%。

就玉米產(chǎn)量而言，單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土均有效增加玉米產(chǎn)量，單施處理添加量為 5%時(shí)產(chǎn)量相對(duì)較高，混合施用處理的產(chǎn)量明顯高于單施。其中，玉米產(chǎn)量提高最顯著的處理為5% SFP，較CK處理提高了31.69%。不同試驗(yàn)處理下，玉米產(chǎn)量的大小順序?yàn)椋?% SFP＞2%SFP＞5% S＞5% F＞2% S＞2% F＞5% P＞2% P＞CK。

可見(jiàn)，施用鈍化劑后，各處理對(duì)玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量均有促進(jìn)效應(yīng)。

3 討論

植物吸收積累重金屬受土壤pH值、OM、CEC、土壤中重金屬有效態(tài)以及離子間作用等諸多因素影響（宋正國(guó)等，2011；杜彩艷等，2015）。施用鈍化劑可以通過(guò)改變這些因素，影響土壤中重金屬的有效性，進(jìn)而影響作物對(duì)重金屬的吸收。pH是土壤溶解-沉淀、吸附-解吸等反應(yīng)的重要影響因素，土壤pH的升高伴隨著土壤表面膠體所帶負(fù)電荷量的增加，從而增加重金屬離子的電性吸附；同時(shí)金屬陽(yáng)離子羥基態(tài)的形成，此狀態(tài)下的金屬離子與土壤吸附點(diǎn)位的親和力比自由態(tài)金屬離子強(qiáng)（周啟星等，2004）。徐奕等（2017）研究表明，在盆栽和大田條件下，施用膨潤(rùn)土降低了土壤Cd交換態(tài)含量，水稻各部分Cd含量總體上隨膨潤(rùn)土投加量的增加而降低。Cd污染酸性草甸土添加生物炭、沸石、生物炭+沸石后土壤pH值均有不同幅度增加，單施處理添加量為 5%時(shí)效果最為顯著，混施處理土壤pH值升高效果明顯好于單施效果；不同處理均顯著降低了土壤有效態(tài)Cd含量（李明遙等，2014）。施用由沸石、石灰石、無(wú)機(jī)磷、有機(jī)肥組配的4種有機(jī)-無(wú)機(jī)混合鈍化劑不僅顯著提高了土壤pH并降低土壤重金屬有效態(tài)含量；而且，菜心（Brassica campestris L. ssp.chinensis var.utilis Tsen et Lee）和油麥菜（Lactuca sativa L.）地上部的Cu、Zn含量均可達(dá)到國(guó)家《食品中污染物限量》（鄒富楨等，2017）。本研究中，單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土促進(jìn)了土壤pH值的升高（圖1），使土壤OM發(fā)生了不同程度的變化（圖2），并顯著降低了土壤有效態(tài)Cd、Pb和Zn含量（表2），各處理均能有效降低Cd、Pb和Zn在玉米籽粒中的累積（表3）。該結(jié)果與已有報(bào)道的結(jié)論一致（Rees et al. 2015；杜彩艷等，2015）。添加生物炭和沸石粉等鈍化劑之所以使土壤pH升高，一是因?yàn)榉惺紫锻ǖ乐写嬖诖罅康目山粨Q陽(yáng)離子（如K+、Na+、Ca2+、Mg2+等），易與土壤溶液中 H+、Al3+等離子發(fā)生置換，導(dǎo)致水解性酸、代換性酸的下降，土壤pH上升；二是因?yàn)樯锾康幕曳种泻琋a、K、Ca、Mg等的氧化物或碳酸鹽，其在水溶液中呈堿性，施入土壤后可提高土壤pH（Altaf et al.，2017），從而影響Cd、Pb等金屬元素的水解平衡，使這些金屬離子通過(guò)絡(luò)合、沉淀等作用被固定下來(lái)（李衍亮等，2017）。此外，生物炭含有作物生長(zhǎng)所需的大量及微量營(yíng)養(yǎng)元素成分，生物炭的施用有利于形成并提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，從而減少了土壤有機(jī)質(zhì)的淋失（Li et al.，2017）。

沸石粉的施用可以促進(jìn)土壤團(tuán)聚體的形成，提高土壤有機(jī)質(zhì)（Li et al.，2009）。而膨潤(rùn)土、沸石粉和生物炭（有機(jī)物料）混施后使腐殖質(zhì)形成有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合體，從而降低了有機(jī)物料的分解速率，提高了其腐殖化系數(shù)，增加了土壤OM的累積量。而土壤OM含量的提升可以促進(jìn)土壤自身的離子交換反應(yīng)，促進(jìn)土壤對(duì)重金屬離子的吸附，從而降低重金屬的有效性。此外，沸石粉屬于黏土礦物，因具有較大的比表面積以及表面帶有豐富的負(fù)電荷等特點(diǎn)，使其對(duì)金屬離子具有較強(qiáng)的吸附和離子交換能力（Castaldi et al.，2008）。這是沸石粉降低土壤重金屬生物有效性的原因之一。

膨潤(rùn)土對(duì)重金屬離子的吸附是一個(gè)復(fù)雜的非均相固液離子交換與吸附過(guò)程，它的重要成分——蒙脫石起了主要吸附作用。蒙脫石對(duì)溶液中重金屬離子的吸附主要是由兩部分組成：層間離子交換吸附和表面離子吸附；在某些情況下還可能在膨潤(rùn)土的表面形成表面化合物，從而產(chǎn)生表面沉淀吸附。它是用其富含的大量游離 K+、Na+、Ca2+、Mg2+等陽(yáng)離子與重金屬離子進(jìn)行交換，從而起到去除重金屬離子的作用（Mishra et al.，1998）。這是膨潤(rùn)土降低土壤重金屬生物有效性的主要原因。

在重金屬污染土壤上，施用土壤鈍化劑如生物炭、沸石粉、膨潤(rùn)土等會(huì)降低重金屬對(duì)作物的毒害作用，促進(jìn)作物對(duì)養(yǎng)分的吸收，提高作物生物量和產(chǎn)量（丁凌云等，2006）。李衍亮等（2017）研究證實(shí)，施用生物炭后，各處理對(duì)玉米收獲期玉米株高和玉米產(chǎn)量均有促進(jìn)效應(yīng)。徐峰等（2013）研究證實(shí)，添加不同改良劑對(duì)玉米的生物量影響不一樣，大多數(shù)改良劑處理均顯著地提高玉米的地上部鮮質(zhì)量和總鮮質(zhì)量。本試驗(yàn)結(jié)果表明，單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土均能有效促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，增加玉米株高、葉面積、生物量，顯著提高玉米產(chǎn)量。單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土顯著增加了玉米產(chǎn)量和生物量，主要原因是生物炭不但具有較大的孔隙度、比表面積，而且其表面帶有大量負(fù)電荷和較高的電荷密度，能夠吸附大量可交換態(tài)陽(yáng)離子外，同時(shí)含有豐富的土壤養(yǎng)分元素 N、P、K、Ca、Mg及微量元素，施到農(nóng)田后，不僅可修復(fù)治理重金屬污染土壤，而且可以增加土壤有機(jī)質(zhì)、提高土壤肥力，從而促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，提高玉米生物量和產(chǎn)量。而沸石粉能疏松土壤，中和土壤酸性，提高土壤鹽基交換量，使土壤中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、等陽(yáng)離子增加，提高養(yǎng)分有效性，提高土壤肥力，從而促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，提高玉米生物量和產(chǎn)量。膨潤(rùn)土含有動(dòng)植物生長(zhǎng)所需的一些常量和微量元素（如鉀、鈉、鎂、鋁、鐵、鋅等），使其作為改良劑對(duì)土壤的理化性質(zhì)、肥料利用率及受污染土壤有很好的改良和修復(fù)作用，從而促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，提高玉米生物量和產(chǎn)量。

此外，本研究條件下，各處理玉米籽粒 Pb含量在0.56－0.92 mg·kg-1之間，均高于國(guó)家《食品中污染物限量》（GB 2762－2012）中谷物Pb的標(biāo)準(zhǔn)限值（0.20 mg·kg-1）。原因可能是：（1）大氣沉降導(dǎo)致玉米籽粒中 Pb含量升高（孫洪欣等，2015；代全林等，2005）；（2）用于試驗(yàn)的土壤為 Cd-Zn復(fù)合污染土壤，玉米對(duì) Pb的吸收積累不僅取決于土壤中Pb的有效態(tài)含量，還取決于土壤的pH值、Pb與其他元素的競(jìng)爭(zhēng)吸附作用以及植物對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)能力等因素的作用（謝素等，2012；徐峰等，2013）。

4 結(jié)論

（1）單施及混施不同用量生物炭、沸石粉和膨潤(rùn)土可顯著提高土壤pH值（P＜0.05），有效降低土壤中Cd、Pb、Zn有效態(tài)含量。單施處理添加量為 5%時(shí)效果最為顯著，混合施用降低的效果明顯好于單施效果。與CK相比，土壤中有效態(tài)Cd、Pb、Zn的降幅分別達(dá) 23.02%－45.24%、4.86%－21.46%、16.38%－32.60%；其中，5% SFP處理土壤中 Cd、Pb、Zn有效態(tài)含量降低效果最明顯（P＜0.05）。

（2）單施及混施不同用量鈍化劑均顯著降低玉米籽粒對(duì)Cd、Pb、Zn的吸收、累積，單施處理添加量為 5%時(shí)降低效果最為顯著，混施處理玉米籽粒重金屬含量降低幅度大于單施；其中 5% SFP處理效果最明顯，玉米籽粒Cd、Pb、Zn含量較CK分別降低 68.18%、39.49%、31.83%；所有處理玉米籽粒 Pb含量均超過(guò)國(guó)家《食品中污染物限量》（0.2 mg·kg-1），然而都低于國(guó)家《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（5.0 mg·kg-1）。

（3）單施及混施不同用量鈍化劑都不同程度地促進(jìn)玉米生長(zhǎng)，增加玉米株高、葉面積、生物量和穗粒質(zhì)量，顯著提高玉米產(chǎn)量（P＜0.05）。