不同鈍化劑對(duì)鉛鋅礦區(qū)周邊農(nóng)田鎘鉛污染鈍化修復(fù)研究

袁興超，李 博，朱仁鳳，藥 棟，湛方棟，陳建軍，祖艷群，何永美，李 元

（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，昆明 650201）

隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，礦產(chǎn)開采和各種工業(yè)所排放的“三廢”，以及農(nóng)業(yè)廢棄物帶來(lái)的重金屬污染日益嚴(yán)重，各種重金屬通過(guò)不同途徑進(jìn)入土壤。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)受重金屬污染耕地面積約2.0×107hm2，占耕地總面積的20%左右[1]。對(duì)于農(nóng)耕地來(lái)講，重金屬污染可使土壤肥力、農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降，作物體內(nèi)重金屬含量超標(biāo)，同時(shí)重金屬會(huì)通過(guò)食物鏈危害人體及其他動(dòng)物的健康。玉米作為我國(guó)三大主要栽培作物之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和保障糧食安全等方面占有重要地位，國(guó)內(nèi)外對(duì)重金屬影響玉米生長(zhǎng)的研究越來(lái)越多[2-3]。

目前，國(guó)內(nèi)外修復(fù)重金屬污染土壤的方法主要有化學(xué)修復(fù)、物理修復(fù)、生物修復(fù)以及聯(lián)合修復(fù)?；瘜W(xué)鈍化修復(fù)是指向土壤中施加一定量的鈍化劑，通過(guò)吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換和氧化還原等一系列反應(yīng)，降低重金屬的生物有效性和遷移性，從而達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的[4]?；瘜W(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)具有簡(jiǎn)便、高效等優(yōu)點(diǎn)，是大面積修復(fù)農(nóng)田重金屬污染的優(yōu)先選擇[5-7]。常用的鈍化劑有黏土礦物、石灰、含磷物質(zhì)等無(wú)機(jī)物料，以及生物炭和腐殖質(zhì)等有機(jī)物料。海泡石因其較大的比表面積和較高的離子交換容量，而被廣泛地應(yīng)用于重金屬污染土壤，研究發(fā)現(xiàn)海泡石對(duì)重金屬污染土壤具有良好的鈍化效果，并能降低玉米對(duì)Cd的吸收[8-9]；石灰成本低廉，提高pH效果明顯，在重金屬污染土壤修復(fù)中應(yīng)用廣泛，可以有效降低玉米籽粒中Cd、Pb含量[10-11]；腐植酸是土壤有機(jī)質(zhì)的組成成分，可以與重金屬發(fā)生吸附絡(luò)合反應(yīng)，是一種有效的重金屬吸附劑，外源添加腐殖質(zhì)可以降低重金屬的生物有效性，能抑制重金屬向玉米體內(nèi)遷移[12-14]；生物炭的多孔結(jié)構(gòu)和表面豐富的含氧官能團(tuán)，可吸附土壤中的重金屬，起到固定重金屬的作用，且生物炭制作原料來(lái)源廣泛，如植物、農(nóng)林廢棄物等，可以起到以廢治廢的效果，并且可提高作物產(chǎn)量[15-17]；水溶性（磷酸二氫銨，磷酸二銨等）和水不溶性（磷酸鹽巖、磷灰石等）含磷材料可以將金屬固定在土壤中，從而減少植物吸收和人類攝取，降低重金屬在土壤中的遷移性和生物有效性[18-19]。

云南省礦產(chǎn)資源豐富，鉛鋅礦儲(chǔ)存量巨大。由于礦區(qū)周邊土壤中重金屬背景值偏高，并且隨著礦山開采，造成了較為嚴(yán)重的重金屬污染。眾多研究表明，礦區(qū)周邊土壤重金屬累積量和植物體內(nèi)重金屬含量較高，其中Cd、Pb是主要污染元素[20-22]。由于針對(duì)云南礦區(qū)周邊Cd、Pb污染耕地的原位鈍化修復(fù)研究較少，所以本研究選址云南某礦區(qū)周邊農(nóng)田，選用海泡石、石灰、腐植酸、生物炭和鈣鎂磷肥5種鈍化劑，同時(shí)開展大田與盆栽試驗(yàn)，進(jìn)行農(nóng)田污染土壤鈍化修復(fù)研究，旨在篩選有效且適合該礦區(qū)周邊Cd、Pb污染土壤的鈍化劑及施用量，為Cd、Pb污染農(nóng)田的修復(fù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)與材料

試驗(yàn)地點(diǎn)為云南省某礦區(qū)周邊玉米農(nóng)田（26°35′43″N，99°19′12″E），海拔 2200 m，低緯山地季風(fēng)氣候，5—10月中旬為雨季，礦區(qū)常年進(jìn)行露天開采，開采礦種主要為鉛鋅。海泡石購(gòu)自湖南湘潭海泡石有限公司，石灰購(gòu)自上海凌峰試劑有限公司，生物炭購(gòu)自南京勤豐秸稈科技有限公司（全氮1.10 g·kg-1，全磷1.83 g·kg-1，全鉀14.5 g·kg-1，有機(jī)碳518 g·kg-1），腐植酸購(gòu)自西雙版納旺蒼農(nóng)業(yè)科技有限公司（有機(jī)質(zhì)89%），鈣鎂磷肥購(gòu)自浙江農(nóng)得惠肥業(yè)有限公司（P2O515%、CaO 45%、SiO220%、MgO 12%）。試驗(yàn)地土壤類型為紫色土，具體養(yǎng)分含量：速效磷0.99 g·kg-1，速效鉀0.15 g·kg-1，堿解氮 0.15 g·kg-1，全磷9.35 g·kg-1，全鉀 18.20 g·kg-1，全氮 0.81 g·kg-1，有機(jī)質(zhì) 36.6 g·kg-1。供試土壤和5種鈍化劑的pH及Cd、Pb濃度見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）大田試驗(yàn)

試驗(yàn)采用玉米（Zea maysL.）品種為會(huì)單4號(hào)，是由本團(tuán)隊(duì)陳建軍等[23]篩選出的低累積品種。玉米于2017年5月5日播種，2017年9月24日收獲。

表1 供試土壤與鈍化劑的pH和重金屬濃度Table 1 pH and heavy metal concentrations of test soil and passivating agent

試驗(yàn)共16個(gè)處理，分別為：（1）不添加鈍化劑（對(duì)照）；（2）海泡石15、22.5、45 t·hm-2；（3）石灰1.5、2.25、4.5 t·hm-2；（4）腐植酸 15、22.5、45 t·hm-2；（5）生物炭15、22.5、45 t·hm-2；（6）鈣鎂磷肥 0.75、1.5、3 t·hm-2。每個(gè)處理3次重復(fù)，共計(jì)48個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)在田間隨機(jī)分布，每個(gè)小區(qū)40 m2，小區(qū)間隔1 m，中間設(shè)田埂，小區(qū)四周設(shè)水溝（寬50 cm，深20 cm），以便及時(shí)排水，總用地大約3667 m2，在種植前撒施鈍化劑，具體施用量見(jiàn)表2。

撒施前將耕地用大型機(jī)器翻勻，撒施后進(jìn)行第二次翻地，耕作深度20 cm，保證鈍化劑與耕作層土壤充分接觸反應(yīng)。鈍化10 d后進(jìn)行玉米種植，采用寬窄行種植，株距30 cm，行距30 cm，壟距60 cm，每壟兩行，生長(zhǎng)期間根據(jù)生長(zhǎng)狀況進(jìn)行殺蟲、除草、排水及追肥。于玉米成熟期采取土樣與植物樣，S點(diǎn)取樣法，每個(gè)小區(qū)采取5株玉米，收集玉米根際土壤，土樣風(fēng)干后混勻，過(guò)2 mm尼龍篩，裝袋保存、備用；每株玉米分解為根、莖、葉、籽粒4部分，用自來(lái)水和去離子水清洗干凈，放入105℃烘箱內(nèi)殺青30 min，然后在75℃烘干至恒質(zhì)量，然后用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎，過(guò)0.5 mm尼龍篩，裝袋保存、備用。

（2）盆栽試驗(yàn)

試驗(yàn)玉米（Zea maysL.）品種為會(huì)單4號(hào)，于2017年5月5日播種，2017年7月19日收獲。

表2 大田試驗(yàn)鈍化劑用量（t·hm-2）Table 2 Dosage of addictives in the field experiment（t·hm-2）

試驗(yàn)共16個(gè)處理，各個(gè)處理同大田，每個(gè)處理4個(gè)重復(fù)，共計(jì)64個(gè)盆。供試土壤采自試驗(yàn)地0～20 cm表層土，將鈍化劑與土壤混合均勻（具體鈍化劑施用量見(jiàn)表3，盆栽施用量與大田施用量相對(duì)應(yīng)，按照每公頃內(nèi)表層土壤2250 t計(jì)算），轉(zhuǎn)移到花盆中，每盆土重3 kg，定量澆去離子水，控制土壤含水量約為田間持水量的70%。鈍化劑與土壤鈍化10 d后，于每盆中播撒2粒玉米種子，發(fā)芽后每盆定苗1株，玉米生長(zhǎng)期間根據(jù)需要澆水施肥。75 d后分別采集土壤與玉米樣品，將盆栽植株小心取出，收集根際土壤，樣品制備同大田試驗(yàn)，因盆栽中土壤較少，且生長(zhǎng)時(shí)間短，無(wú)法達(dá)到玉米結(jié)籽粒的條件，因此植物樣品無(wú)籽粒。

表3 盆栽試驗(yàn)鈍化劑用量（g·kg-1）Table 3 Dosage of addictives in the potting experiment（g·kg-1）

1.3 樣品分析與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

土壤基本理化性質(zhì)按照土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法測(cè)定[24]。土壤重金屬全量采用王水-高氯酸消解[21]，土壤有效態(tài)重金屬采用DTPA提取劑提取，重金屬鈍化效率按下式計(jì)算[22]：

式中：ce為污染土壤鈍化后單一金屬元素浸出濃度，mg·kg-1；ci為未處理污染土壤單一金屬元素浸出濃度，mg·kg-1。形態(tài)分級(jí)實(shí)驗(yàn)則參照歐共體標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量與檢測(cè)局提出的BCR法進(jìn)行[26]，植物重金屬含量采用硝酸-過(guò)氧化氫，于壓力消解罐中消解，小區(qū)玉米產(chǎn)量采用單位面積測(cè)產(chǎn)。土壤重金屬含量和DTPA提取態(tài)含量利用火焰原子吸收分光光度計(jì)（Thermo ICE 3000 SERIES）進(jìn)行測(cè)定，植物重金屬含量及土壤中弱酸提取態(tài)重金屬含量利用石墨爐原子吸收分光光度計(jì)（Thermo ICE 3000 SERIES）進(jìn)行測(cè)定，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)使用國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院提供的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液（單元素）。

所得數(shù)據(jù)用Microsoft Excel進(jìn)行整理，SPSS進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈍化劑對(duì)土壤pH值的影響

由圖1A和圖1B可知，除腐植酸處理外，與對(duì)照相比，盆栽試驗(yàn)與大田試驗(yàn)土壤pH都有不同幅度的升高，在石灰 4.5 t·hm-2和海泡石 45 t·hm-2處理?xiàng)l件下，土壤pH升高顯著（P＜0.05），在生物炭和鈣鎂磷肥處理?xiàng)l件下，對(duì)土壤pH沒(méi)有顯著影響，腐植酸處理?xiàng)l件下降低了土壤pH。盆栽試驗(yàn)與大田試驗(yàn)均表明，pH值提高效果依次為石灰4.5 t·hm-2>海泡石45 t·hm-2>石灰1.5 t·hm-2>海泡石22.5 t·hm-2。

2.2 鈍化劑對(duì)土壤有效態(tài)Cd和Pb含量的影響

不同鈍化劑及其不同施用量對(duì)土壤重金屬有效態(tài)含量影響不同，都不同程度地降低有效態(tài)重金屬含量。由圖2A可知，生物炭45 t·hm-2和海泡石45 t·hm-2處理?xiàng)l件下對(duì)Cd鈍化效率最大，分別達(dá)到45.3%和36.5%，不同用量的生物炭和腐植酸處理間差異顯著（P＜0.05）；由圖2B可知，鈣鎂磷肥3 t·hm-2和海泡石15 t·hm-2處理?xiàng)l件下對(duì)Cd鈍化效率最大，分別達(dá)到了48.3%和46.1%，不同用量的海泡石和鈣鎂磷肥處理間差異顯著（P＜0.05）。由圖3A可知，石灰2.25 t·hm-2和海泡石 45 t·hm-2處理?xiàng)l件下對(duì)Pb鈍化效率最大，分別達(dá)到60.6%和52.7%，其中，不同用量海泡石和腐植酸處理間差異顯著（P＜0.05）；由圖3B可知，石灰 4.5 t·hm-2和鈣鎂磷肥 1.5 t·hm-2處理?xiàng)l件下對(duì)Pb鈍化效率最大，分別達(dá)到了28.3%和26.3%。

2.3 鈍化劑對(duì)土壤中重金屬形態(tài)的影響

由圖4可知，腐植酸、石灰和海泡石對(duì)Cd形態(tài)的轉(zhuǎn)化影響明顯。其中，腐植酸22.5 t·hm-2處理下，與對(duì)照相比弱酸提取態(tài)下降5.72%，可還原態(tài)升高3.09%；石灰2.25 t·hm-2處理下，可還原態(tài)較對(duì)照下降4.67%，殘?jiān)鼞B(tài)升高7.35%；海泡石45 t·hm-2處理下，可還原態(tài)下降2.64%，殘?jiān)鼞B(tài)升高6.02%。海泡石和生物炭對(duì)Pb形態(tài)的轉(zhuǎn)化影響明顯。其中，海泡石45 t·hm-2和生物炭22.5 t·hm-2處理下，可還原態(tài)分別下降21.04%和21.38%，可氧化態(tài)分別升高14.31%和13.96%，殘?jiān)鼞B(tài)分別升高35.63%和35.65%。

圖1 不同處理對(duì)土壤pH的影響（A.盆栽試驗(yàn)，B.大田試驗(yàn)）Figure 1 Effect of different treatments on soil pH（A.Pot test，B.Field test）

圖2 不同處理對(duì)土壤中有效態(tài)Cd含量的影響（A.盆栽試驗(yàn)，B.大田試驗(yàn)）Figure 2 Effect of different treatments on available Cd content in soil（A.Pot test,B.Field test）

由圖5可知，石灰和海泡石對(duì)Cd形態(tài)的轉(zhuǎn)化影響明顯。其中，石灰 1.5 t·hm-2和 2.25 t·hm-2處理下，弱酸提取態(tài)分別下降34.7%和34.62%；石灰2.25 t·hm-2和海泡石45 t·hm-2處理下，可氧化態(tài)分別下降9.16%和7.13%，殘?jiān)鼞B(tài)分別上升12.36%和11.03%。石灰和生物炭對(duì)Pb形態(tài)的轉(zhuǎn)化影響明顯。其中，生物炭 45 t·hm-2和石灰 4.5 t·hm-2處理下，可還原態(tài)分別下降19.73%和18.3%，殘?jiān)鼞B(tài)分別上升23.7%和20.8%。

圖3 不同處理對(duì)土壤中有效態(tài)Pb含量的影響（A.盆栽試驗(yàn)，B.大田試驗(yàn)）Figure 3 Effect of different treatments on available Pb in soil（A.Pot test,B.Field test）

圖4 盆栽試驗(yàn)土壤中重金屬不同形態(tài)比例（A.Cd，B.Pb）Figure 4 Percentage of different forms of heavy metals in potted soils（A.Cd,B.Pb）

圖5 大田試驗(yàn)土壤中重金屬不同形態(tài)比例（A.Cd，B.Pb）Figure 5 Percentage of different forms of heavy metals in filed soils（A.Cd,B.Pb）

2.4 鈍化劑對(duì)玉米根、莖、葉重金屬含量的影響

由表4可以看出，海泡石和鈣鎂磷肥降低莖、葉中Pb含量效果顯著（P＜0.05）。其中，海泡石15 t·hm-2和鈣鎂磷肥1.5 t·hm-2處理可分別降低莖中Pb含量47.3%和45.3%，海泡石15 t·hm-2和鈣鎂磷肥0.75 t·hm-2可分別降低葉中Pb含量26.8%和29.7%。

由表5可以看出，海泡石和石灰降低根、莖、葉中Cd含量效果顯著（P＜0.05），海泡石和鈣鎂磷肥降低莖、葉中Pb含量效果顯著（P＜0.05）。其中石灰4.5 t·hm-2可降低根、莖、葉中Cd含量58.8%、47.3%、49.3%，海泡石22.5 t·hm-2處理下可分別降低根和葉中Cd含量54.8%和49.3%，海泡石45 t·hm-2處理下可降低莖中Cd含量45.3%；海泡石22.5 t·hm-2處理下可降低莖和葉中Pb含量45.1%和43.2%，鈣鎂磷肥3 t·hm-2處理下，可降低莖中Pb含量49.0%。

2.5 鈍化劑對(duì)玉米籽粒中重金屬含量的影響

由圖6A可知，除鈣鎂磷肥0.75 t·hm-2外，各處理?xiàng)l件下玉米籽粒中Cd含量下降顯著（P＜0.05），除石灰 4.5 t·hm-2、腐植酸 22.5 t·hm-2和鈣鎂磷肥 0.75 t·hm-2外，其他處理均低于GB 2762—2012中Cd限量標(biāo)準(zhǔn)（Cd≤0.1 mg·kg-1）。生物炭22.5 t·hm-2處理降幅最大，玉米籽粒中Cd含量降幅85%，海泡石45 t·hm-2和鈣鎂磷肥3 t·hm-2處理效果次之；由圖6B可知，各處理?xiàng)l件下玉米籽粒中Pb含量顯著降低（P＜0.05），但未達(dá)到GB 2762—2012中Pb限量標(biāo)準(zhǔn)（Pb≤0.2 mg·kg-1），其中石灰4.5 t·hm-2處理?xiàng)l件下效果最佳，玉米籽粒中Pb含量降幅59.6%，生物炭22.5 t·hm-2、鈣鎂磷肥3 t·hm-2處理效果次之。

2.6 鈍化劑對(duì)玉米產(chǎn)量的影響

由圖7可知，部分鈍化劑處理可以對(duì)玉米起到增產(chǎn)的作用。其中海泡石45 t·hm-2和腐植酸22.5 t·hm-2處理增產(chǎn)效果顯著（P＜0.05），增產(chǎn)率分別為27.9%和29.1%，石灰2.25 t·hm-2和4.5 t·hm-2處理增產(chǎn)效果次之，增產(chǎn)率分別為26.0%和27.2%，不同鈍化劑對(duì)玉米的增產(chǎn)效果依次為：腐植酸22.5 t·hm-2>海泡石45 t·hm-2>石灰2.25 t·hm-2>石灰4.5 t·hm-2。

表4 盆栽試驗(yàn)中不同鈍化劑對(duì)玉米不同部位Cd、Pb含量的影響（mg·kg-1）Table 4 Effect of different deactivators on cadmium and lead content in different parts of corn in pot experiment（mg·kg-1）

表5 大田試驗(yàn)中不同鈍化劑對(duì)玉米不同部位Cd、Pb含量的影響（mg·kg-1）Table 5 Effect of different deactivators on cadmium and lead content in different parts of corn in field test（mg·kg-1）

3 討論

3.1 盆栽試驗(yàn)與大田試驗(yàn)的聯(lián)系

圖6 不同處理對(duì)玉米籽粒重金屬含量的影響Figure 6 Effect of different treatments on heavy metal content in corn kernels

圖7 不同處理對(duì)玉米產(chǎn)量的影響Figure 7 Effect of different treatments on corn yield

本次研究同時(shí)設(shè)置了大田與盆栽試驗(yàn)，但是相同處理下的鈍化效果有差異，這是因?yàn)檠芯繀^(qū)田間氣候復(fù)雜，多為風(fēng)雨天氣，而室內(nèi)可以控制這些環(huán)境因素。單獨(dú)設(shè)置大田試驗(yàn)所得結(jié)果受環(huán)境因素影響大，準(zhǔn)確性差，設(shè)置同處理的盆栽試驗(yàn)，避免因環(huán)境因素造成的誤差，可驗(yàn)證大田試驗(yàn)所得結(jié)果，避免盲目施用鈍化劑，提高應(yīng)用價(jià)值。本研究發(fā)現(xiàn)，鈣鎂磷肥在田間條件下比在室內(nèi)對(duì)Cd的鈍化效率高，這可能是某種環(huán)境因素引起的，無(wú)法確定下次施用會(huì)帶來(lái)同樣的效果，因此篩選出了效果好且規(guī)律性一致的石灰和海泡石。

3.2 鈍化劑的鈍化機(jī)理

在盆栽與大田中同時(shí)顯示，石灰與海泡石的鈍化效率、降低植株中重金屬的效果明顯，生石灰進(jìn)入土壤后會(huì)和水反應(yīng)生成熟石灰，減小土壤持水性，減少重金屬的浸出，且石灰可促進(jìn)重金屬形成氧化物沉淀，促進(jìn)黏土物質(zhì)對(duì)重金屬的吸收，降低重金屬的生物有效性，海泡石巨大的比表面積和特殊的孔結(jié)構(gòu)，可對(duì)重金屬進(jìn)行穩(wěn)定的內(nèi)層吸附或非穩(wěn)定的外層絡(luò)合物理吸附，并隨著pH值的增加，海泡石表現(xiàn)出同晶置換和表面絡(luò)合作用的并存，增強(qiáng)海泡石對(duì)重金屬的吸附鈍化[8，10]；腐植酸中大量的苯環(huán)和絡(luò)合官能團(tuán)可與土壤中Pb生成絡(luò)合物或螯合物，這種生成物可與黏土礦物結(jié)合，降低Pb有效態(tài)含量，但腐植酸對(duì)Cd的鈍化效率要低于其他處理，這與蔣煜峰和吳烈善等研究結(jié)果一致，可能是由于腐植酸無(wú)法提高pH，造成腐植酸與Cd生成的配合物穩(wěn)定常數(shù)小，且這種弱配合物對(duì)固體的表面親和力小，可能會(huì)造成Cd的溶解，因此鈍化效率較低[18，25，27]；眾多研究表明，含磷物質(zhì)對(duì)Pb的穩(wěn)定效果更佳，鈣鎂磷肥中的磷酸根與游離的重金屬離子產(chǎn)生絡(luò)合和吸附作用，生成磷鉛沉淀，可顯著降低土壤中有效態(tài)Pb的含量[28]；生物炭作為一種有機(jī)鈍化材料，鈍化土壤中的有效態(tài)Cd，減少作物植株Cd的含量，主要與其大比表面積和表面豐富的含氧官能團(tuán)有關(guān)，本研究中，生物炭并沒(méi)有顯著提高土壤pH，且對(duì)Pb的鈍化效率較低，這與其他研究相悖，這可能與生物炭的制造原料及裂解溫度有關(guān)[29]。

土壤中Cd的弱酸提取態(tài)和可還原態(tài)所占比例超過(guò)了60%，可見(jiàn)Cd在土壤中的生物有效性是比較高的；土壤中的弱酸可提取態(tài)Pb所占比例極少，可還原態(tài)Pb超過(guò)了60%，因此土壤中Pb的生物有效性大部分來(lái)自于可還原態(tài)Pb，且Pb的生物有效性較Cd的生物有效性低。生物炭、石灰和海泡石對(duì)重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化影響顯著，這可能是鈍化劑與土壤中重金屬發(fā)生沉淀、絡(luò)合和吸附等物理化學(xué)反應(yīng)，改變了重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)和賦存形態(tài)，將活性高的形態(tài)向活性低的形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到鈍化重金屬的目的，這也是鈍化劑的作用機(jī)理之一[30]。本研究中，重金屬形態(tài)轉(zhuǎn)化主要表現(xiàn)為：Cd從活性較高的弱酸提取態(tài)和可還原態(tài)向活性較低的可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，Pb從活性較高的可還原態(tài)向活性較低的可氧化態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，這與安梅等[31]的研究結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn)，石灰與海泡石鈍化效率高，同時(shí)兩種鈍化劑將Cd從弱酸提取態(tài)向殘?jiān)鼞B(tài)，將Pb從可還原態(tài)向殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化的量大。

3.3 鈍化劑對(duì)玉米中重金屬含量及產(chǎn)量影響機(jī)理

由于鈍化劑減少了土壤中有效態(tài)Cd、Pb的含量，降低了Cd、Pb的生物有效性，減少玉米對(duì)Cd、Pb的吸收，從而減小了對(duì)農(nóng)作物的毒害作用，可提高農(nóng)作物的安全性[1]。本試驗(yàn)中，所有處理均降低了玉米籽粒中Cd、Pb含量。玉米籽粒Pb含量較對(duì)照顯著降低，但未達(dá)到食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)，這可能是由于當(dāng)?shù)亟祲m量大，玉米葉片氣孔直接吸收了降塵中的Pb，導(dǎo)致Pb在玉米中積累[32-33]。研究發(fā)現(xiàn)，鈣鎂磷肥處理可顯著降低玉米莖、葉與籽粒中Pb的含量，這可能是因?yàn)榱姿猁}與Pb形成沉淀，Pb以磷酸鹽化合物的形式沉淀在植物的細(xì)胞壁及細(xì)胞間隙，降低了Pb離子在玉米體內(nèi)的活性，從而降低了莖和葉中Pb向籽粒中轉(zhuǎn)移的效率[9]。施用石灰、海泡石、生物炭、腐植酸和鈣鎂磷肥可提高作物生物量，本研究中大部分鈍化劑處理都出現(xiàn)了不同程度的增產(chǎn)效果，這是因?yàn)殁g化劑降低土壤中Cd、Pb的生物有效性，減輕玉米受其傷害程度，促進(jìn)玉米對(duì)養(yǎng)分的吸收，從而增加產(chǎn)量，除間接促進(jìn)外，生物炭、腐植酸和鈣鎂磷肥可直接向土壤中提供有機(jī)質(zhì)及玉米生長(zhǎng)必需的元素和養(yǎng)分，促進(jìn)玉米生長(zhǎng)[1，14，25，28]。

3.4 可行性與存在問(wèn)題

石灰與海泡石的鈍化效率、降低作物重金屬含量和增產(chǎn)效果都較佳，且石灰與海泡石價(jià)格低廉，因此從修復(fù)效果和耗用成本來(lái)說(shuō)，石灰與海泡石進(jìn)行鉛鋅礦區(qū)周邊玉米農(nóng)田的修復(fù)是可行的。但是由于原位鈍化修復(fù)只是降低土壤中有效態(tài)重金屬的含量，無(wú)法降低重金屬總量，存在重金屬重新活化的問(wèn)題。因此，鈍化劑的時(shí)效性是原位鈍化修復(fù)技術(shù)中值得探究的問(wèn)題。

4 結(jié)論

（1）大田試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)都表明海泡石和石灰對(duì)Cd和Pb鈍化效率高，可顯著降低Cd和Pb的DTPA提取態(tài)含量。

（2）施用石灰、海泡石和生物炭，通過(guò)提高pH，對(duì)重金屬形態(tài)產(chǎn)生顯著影響，可促進(jìn)重金屬由高活性形態(tài)向低活性形態(tài)轉(zhuǎn)換。

（3）生物炭、海泡石和石灰可顯著降低玉米籽粒中Cd和Pb的含量。

（4）腐植酸、海泡石和石灰的增產(chǎn)效果明顯。

（5）綜合分析不同試驗(yàn)、不同鈍化劑及其施用量的增產(chǎn)作用以及降低作物重金屬含量作用可知，海泡石和石灰是對(duì)研究區(qū)Cd、Pb污染農(nóng)田土壤修復(fù)效果最佳的鈍化劑，最佳施用量分別為海泡石45 t·hm-2和石灰2.25 t·hm-2。