改良劑對(duì)農(nóng)田土壤重金屬鎘修復(fù)的研究進(jìn)展

胡艷美 王旭軍 黨秀麗

摘要：農(nóng)田土壤重金屬鎘污染問題日漸突出，使用改良劑修復(fù)土壤重金屬是一種經(jīng)濟(jì)高效、簡(jiǎn)單易行的方法，被廣泛應(yīng)用于各種類型的土壤改良中。改良劑種類多樣，不同的改良劑對(duì)土壤重金屬鎘的修復(fù)效果差異較大。文中綜述了目前國(guó)內(nèi)改良劑修復(fù)農(nóng)田土壤鎘污染的效果與作用機(jī)理，分析了存在的問題，并展望了今后的研究方向，以期為中輕度農(nóng)田土壤重金屬鎘污染的修復(fù)提供參考。

關(guān)鍵詞：鎘污染;改良劑;土壤修復(fù);研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)： S156.2;X53? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A? 文章編號(hào)：1002-1302（2020）06-0017-07

隨著城市化進(jìn)程的加快和近現(xiàn)代工業(yè)的飛速發(fā)展，越來越多含重金屬的污染物通過多種途徑進(jìn)入土壤，造成土壤重金屬污染。鎘是其中最首要且毒性最強(qiáng)的重金屬污染物之一，它在土壤中活性較強(qiáng)，與其他重金屬相比，更易被植物吸收并在食物鏈中遷移富集，危害人類健康[1]。為了保證糧食數(shù)量，有必要通過物理、化學(xué)、生物等手段對(duì)中輕度鎘污染土壤進(jìn)行修復(fù)，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)是治理土壤中輕度重金屬污染的一種高效方法，因其工藝過程簡(jiǎn)單、適用范圍廣、處理容量大、可以實(shí)現(xiàn)大面積污染土壤的快速修復(fù)而逐漸受到廣泛關(guān)注。

1 改良劑單施對(duì)土壤鎘的修復(fù)效果

1.1 無(wú)機(jī)改良劑

1.1.1 堿性物質(zhì) 常見的堿性改良劑有石灰、硅鈣物質(zhì)等。它主要通過提高土壤pH值來增加土壤表面的負(fù)電荷，從而促進(jìn)土壤對(duì)鎘等重金屬離子的吸附;同時(shí)，pH值的升高可促使土壤中的重金屬以氫氧化物或碳酸鹽的形式形成沉淀，進(jìn)而降低土壤中重金屬的有效性和遷移性，減少其對(duì)作物的毒害[2]。郭利敏等采用盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，施用石灰和堿渣后赤紅壤pH值顯著升高，與對(duì)照相比，石灰和堿渣處理后小白菜地上部鎘含量均降低50%左右，土壤有效態(tài)鎘含量降低幅度分別為23.9%～38.4%和14.7%～33.9%，而石灰對(duì)小白菜的生物量沒有顯著影響[1]。高譯丹等通過室內(nèi)培養(yǎng)，利用石灰改良鎘污染草甸土后發(fā)現(xiàn)，石灰的施用可降低草甸土可交換態(tài)鎘比例，降幅為17.8%～21.7%，提高其他形態(tài)鎘的比例[3]。朱宏奇等利用石灰改良鎘污染稻作、旱作大田土壤的研究結(jié)果表明，土壤酸提取態(tài)鎘含量明顯降低，可還原態(tài)及殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量顯著增加[4]。董寧宇等的研究結(jié)果表明，在酸性鎘污染土壤上施用石灰后，黑麥草地上部鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)大幅下降，且隨石灰用量水平的增加，下降的幅度增大;然而低用量水平的石灰則在一定程度上促進(jìn)了黑麥草對(duì)鎘的吸收[5]。王艷紅等通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，石灰處理可使土壤DTPA提取態(tài)鎘從對(duì)照的0.265 mg/kg降低到0.219 mg/kg[6]。謝運(yùn)河等通過大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用石灰能夠抑制玉米對(duì)鎘的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)，顯著降低了玉米籽粒鎘含量，相比對(duì)照，水稻土有效態(tài)鎘含量降低3.91%～2736%[7]。邱靜等進(jìn)行溫室盆栽試驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照相比，石灰處理能使籽粒莧鎘吸收量下降約56%，土壤有效鎘下降至極低水平[8]。王美娥等研究發(fā)現(xiàn)，石灰處理能夠顯著降低水稻土中弱酸提取態(tài)和可還原態(tài)鎘含量，提高殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量[9]。代允超等的研究結(jié)果表明，石灰可使云南赤紅壤有效鎘含量降低53%，內(nèi)蒙栗鈣土有效鎘含量降低356%[10]。李佳華等研究了幾種堿性物質(zhì)對(duì)鎘賦存形態(tài)的影響，結(jié)果表明，石灰施用量為0.5%時(shí)效果最佳，活性較高態(tài)的鎘比對(duì)照減少了35%，有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)鎘所占比例增加[11]。宗良綱等研究發(fā)現(xiàn)，用石灰和硅肥作黃泥土改良劑可使土壤有效態(tài)鎘分別降低 47.29%～51.23%、55.45%～6390%，與黃泥土相比，在紅壤上施加相同改良劑獲得的鈍化鎘效果更好，而潮土上的效果則不明顯[12]。周衛(wèi)等通過盆栽試驗(yàn)證明，用碳酸鈣作棕壤改良劑可大大降低土 壤- 植物體系的鎘毒害[13]。曾敏等研究發(fā)現(xiàn)，碳酸鈣能有效緩解鎘對(duì)黃豆的毒害[14]。高子翔等研究發(fā)現(xiàn)，硅肥可提高土壤pH值，吸附鎘凝聚形成 Cd-Si復(fù)合物，從而降低鎘的活性[15]。還有研究表明，硅肥可促使土壤鎘由活性較高態(tài)向遲效態(tài)轉(zhuǎn)化[16-17]。楊超光等通過土培試驗(yàn)研究表明，硅酸鈉處理能使黃泥土中可交換態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘鈍化，增加碳酸鹽結(jié)合態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量[18]。劉昭兵等的研究結(jié)果表明，堿性廢棄物可通過改變土壤pH值及交換性鈣含量來降低酸性污染潮泥土中鎘的生物有效性[19]。

1.1.2 含磷物質(zhì) 鈣鎂磷肥、磷礦粉、羥基磷灰石等磷酸鹽物質(zhì)也常常被用作污染土壤重金屬的改良劑。其主要作用機(jī)理是通過與土壤中重金屬離子的吸附、沉淀、拮抗等作用，來鈍化土壤中鎘等重金屬，降低其活性及有效性。李佳華等利用原位修復(fù)技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，向鎘污染土壤中施加鈣鎂磷肥可使蘆蒿可食部位的鎘含量降低到衛(wèi)生限量標(biāo)準(zhǔn)水平以下[16]。宋正國(guó)等研究發(fā)現(xiàn)，在田間試驗(yàn)下，高量鈣鎂磷肥處理的玉米籽粒鎘含量可較對(duì)照降低57.4%，降低紅壤EDTA提取態(tài)鎘[20]。李造煌等探究了鈣鎂磷肥對(duì)鎘污染紅壤的修復(fù)效果，結(jié)果表明鈣鎂磷肥顯著提升了紅壤的pH值，0.8 g/kg鈣鎂磷肥最多可使TCLP提取態(tài)鎘含量降低61.9%、糙米鎘含量降低75.6%[21]。羅遠(yuǎn)恒等以鈣鎂磷肥、磷礦石、重鈣、普鈣等磷酸鹽物質(zhì)為修復(fù)材料，探究其對(duì)鎘污染土壤的鈍化效果，研究發(fā)現(xiàn)不同的修復(fù)材料均能顯著抑制小麥和水稻籽粒對(duì)鎘的吸收[22]。劉昭兵等利用盆栽試驗(yàn)表明，不同磷肥對(duì)降低潮泥田土壤鎘活性及稻米對(duì)鎘的吸收均有顯著效果，當(dāng)施磷量為0.20 g/kg時(shí)，DTPA提取態(tài)鎘含量可降低 11.8%[23]。邱靜等研究發(fā)現(xiàn)，中量的磷酸鈣處理會(huì)增加土壤有效態(tài)鎘含量[8]。有研究發(fā)現(xiàn)，用過磷酸鈣改良鎘污染沙壤中葉用萵苣鎘質(zhì)量分?jǐn)?shù)比對(duì)照降低62.13%[24]。許學(xué)慧等研究認(rèn)為，與對(duì)照相比，低品位草酸活化磷礦粉可使可交換態(tài)鎘最高降低39.5%，殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量顯著增加，減少了對(duì)萵苣的污染[25]。王立群等利用土培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，羥基磷灰石可使褐潮土中可交換態(tài)鎘減少35%～55%[26]。宋勇等研究發(fā)現(xiàn)，在5 mg/kg鎘污染的紅壤中，羥基磷灰石的輸入對(duì)馬鈴薯塊莖鎘含量的降幅為 78%～85%，且可有效提高馬鈴薯品質(zhì)[27]。杜志敏等研究發(fā)現(xiàn)，磷灰石有效降低了沙質(zhì)壤土水溶態(tài)和可交換態(tài)鎘的含量，降低幅度分別為 59.51% 和30.42%[28]。陳苗苗等分析了盆栽試驗(yàn)下不同磷酸鹽對(duì)鎘污染褐土的改良效果，結(jié)果表明，磷酸鹽的施入可明顯提高小油菜的生物量，磷酸二氫銨可使污染褐土有效態(tài)鎘含量降低2.4%～13.4%[29]。王秀麗等利用磷酸鹽改良鎘污染草甸土的研究結(jié)果表明，施用磷酸鹽使土壤速效磷含量顯著升高，且土壤速效磷含量與有效態(tài)鎘含量呈極顯著負(fù)相關(guān)[30]。

1.1.3 黏土礦物 黏土礦物通常具有巨大的比表面積、眾多的孔隙，表面的吸附能力很強(qiáng)，可與土壤重金屬進(jìn)行離子交換吸附作用，降低其生物有效性及移動(dòng)性。常用的土壤重金屬鎘改良劑包括沸石、海泡石、蒙脫石、膨潤(rùn)土等。謝飛等研究發(fā)現(xiàn)，施加高劑量沸石，可使草甸土可交換態(tài)鎘比對(duì)照降低25.99%，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘、殘?jiān)鼞B(tài)鎘顯著增加[31]。劉秀珍等研究膨潤(rùn)土和沸石對(duì)石灰性褐土污染中鎘形態(tài)及化學(xué)活性的影響，盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，膨潤(rùn)土改良土壤后，可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘的含量均有所下降，但在重度鎘污染土壤中，沸石卻提高了鎘的活性[32]。梁學(xué)峰等利用海泡石原位修復(fù)鎘污染水稻田后發(fā)現(xiàn)，糙米鎘含量降幅為 42.3%～46.5%，且使得土壤中活性較高態(tài)的鎘向活性低態(tài)鎘轉(zhuǎn)化[33]。朱奇宏等分析了海泡石對(duì)酸性水稻土0.01 mol/L CaCl2提取態(tài)鎘含量的影響后發(fā)現(xiàn)，鎘含量的降低幅度高達(dá)93.8%，糙米鎘含量降低37.6%[34]。于春曉等也通過土培試驗(yàn)證實(shí)，海泡石可以鈍化土壤中的鎘[35]。韓君等研究了以坡縷石和海泡石為鈍化劑來原位修復(fù)鎘污染的水稻土，結(jié)果表明，2.00 kg/m2坡縷石和2.25 kg/m2海泡石處理能最大幅度降低糙米中的鎘含量，降幅分別為54.6%和73.5%[36]。有研究表明發(fā)現(xiàn)，施加海泡石可緩解鎘對(duì)植物的脅迫和毒害，降低土壤鎘有效態(tài)含量[37-38]。張青等在盆栽試驗(yàn)中對(duì)鎘污染紅壤施加海泡石后發(fā)現(xiàn)，海泡石處理對(duì)鎘的形態(tài)轉(zhuǎn)化及作物中鎘有效性沒有顯著影響[39]。徐奕等通過盆栽試驗(yàn)研究了膨潤(rùn)土對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)效應(yīng)，結(jié)果表明，膨潤(rùn)土的施入可使土壤可交換態(tài)鎘含量較對(duì)照降低41.3%～86.1%[40]。律琳琳等用鈉基膨潤(rùn)土、膨潤(rùn)土、沸石、硅藻土等對(duì)鎘污染潮褐土進(jìn)行改良，結(jié)果表明，各種礦物均可降低土壤鎘活性，且40 g/kg硅藻土處理可使土壤有效態(tài)鎘含量最高降低32.30%[41]。李紅等研究發(fā)現(xiàn)，隨著伊/蒙黏土添加量的增加，小白菜地上部對(duì)鎘的吸收減少，土壤中鎘的有效性降低[42]。

1.1.4 工業(yè)廢渣 工業(yè)廢渣主要有赤泥、粉煤灰及爐渣，它們含有鐵錳鋁等氧化物，主要通過表面吸附將重金屬離子固定到氧化物晶格層間中，從而降低重金屬的有效性。謝運(yùn)河等研究發(fā)現(xiàn)，3 000 kg/hm2 赤泥的施入可顯著提高玉米的生物量和產(chǎn)量，使春玉米籽粒鎘含量降低了27.5%[7]。宋正國(guó)等通過大田試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，1.5%赤泥能使玉米莖、籽粒中鎘的含量較對(duì)照分別降低60.6%、493%[20]。王立群等研究發(fā)現(xiàn)，赤泥、酸洗赤泥對(duì)褐潮土中可交換態(tài)鎘含量的鈍化比例達(dá)15%～25%[26]。范美蓉等通過盆栽試驗(yàn)研究表明，赤泥能有效促進(jìn)潮泥土可交換態(tài)鎘的穩(wěn)定性，有利于鎘的固定，可大幅提高水稻產(chǎn)量，且赤泥處理的糙米鎘含量比對(duì)照降低了42.42%[43]。劉昭兵等也證實(shí)赤泥可以顯著降低潮泥田土壤有效態(tài)鎘含量，減少水稻鎘累積及生物毒性[44]。有學(xué)者通過盆栽試驗(yàn)研究了赤泥對(duì)潮泥田土壤鎘賦存形態(tài)的影響，結(jié)果表明，相比對(duì)照，1.25%赤泥處理可使土壤交換態(tài)鎘含量降低31.6%，碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量均增加[45]。丁永禎等通過大田試驗(yàn)，研究了赤泥對(duì)紅壤鎘的鈍化效果，結(jié)果表明，高量赤泥可以有效抑制空心菜對(duì)鎘的累積，降低土壤有效態(tài)鎘含量[46]。李佳華等研究證明，高爐渣可緩解蘆蒿對(duì)鎘的吸收，對(duì)土壤中的鎘有一定的固定作用，但并不能使蘆蒿中的鎘達(dá)到安全范圍[16]。李紅娟等的研究結(jié)果表明，在鎘污染的沙壤中加入高量粉煤灰后，土壤有效態(tài)鎘降低量達(dá)到未加改良劑時(shí)的24.14%[24]。

1.2 有機(jī)改良劑

1.2.1 有機(jī)物料 有機(jī)物料對(duì)重金屬有效性的影響機(jī)理主要包括2個(gè)方面，一是有機(jī)物料中富含的有機(jī)質(zhì)可與土壤中的重金屬離子絡(luò)合，形成難溶的絡(luò)合物;二是有機(jī)物料可以增加土壤陽(yáng)離子交換量，提高土壤的環(huán)境容量，進(jìn)而促進(jìn)對(duì)重金屬的吸附[47]。此外，有機(jī)物料還可以通過影響土壤其他理化性質(zhì)間接影響土壤重金屬的有效性[48]。常見的有機(jī)物料有畜禽糞便、泥炭、堆肥、秸稈、腐殖酸等。代允超等利用盆栽試驗(yàn)探究了雞糞、泥炭對(duì)不同性質(zhì)鎘污染土壤的改良效果后發(fā)現(xiàn)，相比對(duì)照，雞糞、泥炭處理使小白菜的生物量明顯增加，且分別可使內(nèi)蒙栗鈣土有效態(tài)鎘含量降低44.4%、46.7%、云南赤紅壤有效態(tài)鎘含量降低42.4%、37.9%[10]。易秀等通過盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，施入24 g/kg雞糞后，土壤中有效態(tài)鎘的含量比對(duì)照降低了48%[49]。王林等通過田間試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，雞糞處理可顯著降低潮土可交換態(tài)鎘、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘含量，增加殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量，提高油菜產(chǎn)量[50]。詹紹軍等通過土培試驗(yàn)研究了不同有機(jī)物料對(duì)鎘污染水稻土的修復(fù)，結(jié)果表明，高量豬糞處理可使土壤有效鎘含量分別從對(duì)照的 0.112 mg/kg 降至0.061 mg/kg[51]。陜紅等通過盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，豬糞可顯著降低石灰性潮土可交換態(tài)鎘含量，減少油麥菜對(duì)鎘的吸收，秸稈則增加了油麥菜中鎘的含量[52]。張亞麗等研究了不同有機(jī)物料對(duì)鎘污染黃泥土的改良效果后發(fā)現(xiàn)，豬糞可使可交換態(tài)鎘含量下降約15%，麥稈、稻草等秸稈類肥料對(duì)可交換態(tài)鎘含量的降幅在10%左右[53]。張秋芳等通過盆栽試驗(yàn)研究證明，在添加外源 10 mg/kg 鎘的條件下豬糞和泥炭鎘可抑制水稻對(duì)鎘的吸收，在1.45 mg/kg本底紅壤鎘含量下，二者則促進(jìn)水稻對(duì)鎘的吸收[54]。江巧君等通過盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，在添加3 mg/kg鎘的污染土壤中，有機(jī)肥可顯著降低稻米中的鎘含量[48]。董寧宇等發(fā)現(xiàn)，加入堆肥、泥炭等有機(jī)物質(zhì)可以增強(qiáng)水稻田土壤對(duì)鎘的吸附固定能力，降低土壤中鎘的化學(xué)活性[5]。吳飛龍等研究發(fā)現(xiàn)，堆肥可以改變沙壤土鎘賦存形態(tài)，使土壤易溶態(tài)鎘和碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘含量顯著減少，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘含量顯著升高[55]。孫文博等通過盆栽試驗(yàn)，利用蔗渣修復(fù)鎘污染土壤后發(fā)現(xiàn)，蔗渣的施入可明顯提高小白菜產(chǎn)量，隨蔗渣施用濃度的提高，土壤弱酸提取態(tài)鎘含量不斷下降[56]。陳建斌等研究發(fā)現(xiàn)，粉碎的稻草和紫云英均可抑制分蘗期水稻對(duì)鎘的吸收，而促進(jìn)成熟期水稻對(duì)鎘的吸收[57]。賈樂等研究發(fā)現(xiàn)，在模擬鎘污染的青紫泥土上采用2%玉米秸稈還田會(huì)促進(jìn)白菜吸收鎘，在鎘污染水稻土上則抑制白菜對(duì)鎘的吸收[58]。朱奇宏等在大田試驗(yàn)的研究中表明，腐殖酸不宜被用來改良酸性鎘污染水稻土[34]。何雨帆等研究了腐殖酸對(duì)小白菜吸收鎘的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，胡敏酸可以抑制小白菜對(duì)鎘的吸收，而富里酸卻促進(jìn)了小白菜對(duì)鎘的吸收[59]。

1.2.2 生物炭材料 生物炭材料的表面擁有許多活性基團(tuán)及孔隙，可吸附固定重金屬離子[60]，它還可以通過表面的負(fù)電荷吸附陽(yáng)離子發(fā)生離子交換、表面絡(luò)合作用，降低重金屬的活性[50]。生物炭一般顯堿性，它也可以通過提高土壤pH值促進(jìn)土壤對(duì)重金屬離子的吸附。張迪等通過室內(nèi)培養(yǎng)的方法探索了生物炭對(duì)鎘污染黃棕壤的鈍化效果，結(jié)果表明，生物炭的添加可使可交換態(tài)鎘含量顯著下降，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘及殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量上升[60]。易卿等探究了不同生物質(zhì)黑碳對(duì)黃棕壤中鎘有效性的影響，發(fā)現(xiàn)700 ℃條件下制成的水稻黑碳在施用量為6%時(shí)能使土壤有效態(tài)鎘最高降低4796%[61]。王風(fēng)等研究了稻殼生物炭對(duì)棕壤中鎘形態(tài)的影響，結(jié)果表明，生物炭提高了棕壤pH值，隨生物炭用量的增加，可交換態(tài)鎘含量顯著降低，有機(jī)結(jié)合態(tài)鎘和殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量增加[62]。毛懿德等通過盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，添加生物炭能提高土壤pH值，顯著降低土壤可交換態(tài)鎘含量和油菜各器官中鎘含量[63]。曹瑩等以生物炭為改良劑修復(fù)鎘污染棕壤研究發(fā)現(xiàn)，花生粒鎘含量可隨生物炭施入量的增加而降低，且10 g/kg生物炭的修復(fù)效果最佳[64]。李明遙等通過土培試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，生物炭的施入可以促使草甸土可交換態(tài)鎘向其他形態(tài)轉(zhuǎn)化，5%生物炭處理可使交換態(tài)鎘含量降低34.5%[65]。王海波等研究了生物炭對(duì)紅壤鎘賦存形態(tài)的影響，結(jié)果表明，生物質(zhì)炭的施入會(huì)使可交換態(tài)鎘、碳酸鹽結(jié)合態(tài)鎘、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘含量降低，殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量升高[66]。李嶺等通過盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，20 g/kg生物炭可使黃壤烤煙葉片鎘含量降低58.47%[67]。劉阿梅等研究表明，10%生物炭的施入可明顯促進(jìn)圓蘿卜和小青菜的生長(zhǎng)發(fā)育，使蘿卜、青菜可食部位鎘含量分別降低81.21%、83.04%[68]。張華緯等采用室內(nèi)培養(yǎng)的方法研究了添加生物炭對(duì)黃棕壤鎘污染修復(fù)的效果，結(jié)果表明，施加生物炭可提高土壤pH值及有機(jī)碳含量，3%生物炭可使玉米地上部鎘含量減少60.58%，降低鎘對(duì)食品安全的威脅[69]。周建斌等采用盆栽方法探究了棉稈炭對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)效果，結(jié)果表明，棉稈炭可顯著吸附土壤中的鎘，降低其生物有效性和遷移性[70]。楊惟薇等通過室內(nèi)培養(yǎng)試驗(yàn)，將甘蔗葉、木薯稈、水稻秸稈、蠶沙制成生物炭施入鎘污染潮土中，結(jié)果表明，4種生物炭的施入均可提高土壤pH值和陽(yáng)離子交換量，顯著降低土壤弱酸可提取態(tài)鎘和可還原態(tài)鎘含量[71]。也有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，生物炭對(duì)土壤重金屬鎘的修復(fù)效果并不顯著，有時(shí)反而促進(jìn)了作物對(duì)鎘的吸收。孟令陽(yáng)等分析了草炭對(duì)鎘污染水稻土的修復(fù)效果，結(jié)果表明，該處理增加了白菜體內(nèi)鎘含量[72]。張晶等研究發(fā)現(xiàn)，秸稈黑炭不能降低酸性污染土壤中鎘的生物有效性和植物對(duì)土壤鎘的吸收量[73]。

2 改良劑配施對(duì)土壤鎘的修復(fù)效果

已有許多研究表明，復(fù)合改良劑配施的修復(fù)效果要優(yōu)于傳統(tǒng)單一的改良劑。有文獻(xiàn)表明，有機(jī)物質(zhì)與化學(xué)改良劑配施處理重金屬污染土壤，一方面有機(jī)物質(zhì)可以緩沖化學(xué)改良劑引起的pH值波動(dòng)，另一方面有機(jī)物質(zhì)可與化學(xué)改良劑發(fā)生反應(yīng)形成復(fù)合物，對(duì)抑制有機(jī)物質(zhì)的迅速降解有一定的作用，可以降低有機(jī)質(zhì)分解所引起的風(fēng)險(xiǎn)[74]。王艷紅等研究發(fā)現(xiàn)，石灰與泥炭配施比單施石灰更進(jìn)一步降低生菜可食部位鎘含量及土壤DTPA鎘含量[6]。代允超等的研究結(jié)果表明，有機(jī)物料與石灰配施的效果優(yōu)于單施，但并不優(yōu)于有機(jī)物料與石灰單獨(dú)處理之和[10]。梁學(xué)峰等研究發(fā)現(xiàn)，海泡石單施對(duì)糙米中鎘含量的降幅為42.3%～46.5%，海泡石與磷肥配施可使糙米中鎘含量最高降低72.9%;海泡石與生物炭配施的效果接近二者單獨(dú)施用時(shí)的效果[33]。王林等研究了生物炭、雞糞對(duì)油菜吸收鎘的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高量生物炭和雞糞配施抑制油菜對(duì)鎘的吸收效果最好，降低率達(dá)到72%，且對(duì)油菜的增產(chǎn)效果最好[50]。詹紹軍等研究不同有機(jī)物料與石灰對(duì)鎘有效性的影響后發(fā)現(xiàn)，石灰與豬糞配施降低水稻土有效態(tài)鎘的效果優(yōu)于石灰單施，并且可以減少小麥對(duì)鎘的吸收，但石灰與泥炭或活性炭配施則會(huì)在一定程度上促進(jìn)小麥吸收鎘[51]。楊蘭等研究表明，與單施牛糞相比，牛糞分別與海泡石、石灰、鈣鎂磷肥的配施處理使糙米鎘含量降低 50%～70%[75]。王永昕等研究表明，在海泡石修復(fù)鎘污染土壤的基礎(chǔ)上，增施適量雞糞可以增強(qiáng)對(duì)鎘的鈍化[76]。朱奇宏等研究了石灰、海泡石及石灰+海泡石對(duì)鎘污染土壤的鈍化效果，結(jié)果表明，石灰與海泡石配施效果最佳，可使稻作土壤酸提取態(tài)鎘降低10.3%～14.5%[4]。羅遠(yuǎn)恒等研究了鈣鎂磷肥、蒙脫石、石灰對(duì)種植小麥、水稻的鎘污染土壤的原位鈍化效果，結(jié)果表明，與單施鈍化劑相比，鈣鎂磷肥、蒙脫石與石灰配施更能抑制作物對(duì)鎘的吸收，而蒙脫石+石灰處理在稻作條件下不宜施用[22]。李紅娟等研究了不同改良劑對(duì)葉用萵苣鎘吸收的影響，結(jié)果表明，施用復(fù)合改良劑的改良效果要明顯大于對(duì)應(yīng)的單一改良劑，以質(zhì)量比5 ∶ 1的粉煤灰與過磷酸鈣配施效果最佳;粉煤灰+雞糞、粉煤 灰+ 草炭對(duì)鎘的抑制效果也優(yōu)于單施[30]。王秀麗等研究表明，單施沸石可使土壤有效態(tài)鎘含量降低6.4%～23.2%，而沸石與磷酸鹽配施可使土壤有效態(tài)鎘含量降低38.6%～61.4%[24]。謝飛等利用沸石、石灰、沸石+石灰等改良鎘污染土壤后發(fā)現(xiàn)，60 g/kg 沸石與2 g/kg石灰配施對(duì)土壤鎘的鈍化效果最好[31]。于春曉等研究得出，海泡石單施、磷礦粉單施、海泡石與磷礦粉配施對(duì)土壤活性較高態(tài)鎘的降幅分別為10%～13%、16%～17%、23%～26%[35]。

3 新型材料改良劑對(duì)土壤鎘的修復(fù)效果

新型材料改良劑主要包括納米材料、多酚物質(zhì)、功能膜材料、雜化及介孔材料[77]，相比傳統(tǒng)改良劑，新型材料改良劑擁有獨(dú)特的表面構(gòu)造和組成成分，更易與重金屬離子發(fā)生表面吸附絡(luò)合，將其固定。近年來，新型材料改良劑逐漸被應(yīng)用到農(nóng)田土壤重金屬污染的治理修復(fù)中。錢翌等研究了納米羥基磷灰石對(duì)污染土壤鎘形態(tài)的影響，結(jié)果表明，5%納米羥基磷灰石可使有效態(tài)鎘含量下降49%，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)鎘含量顯著增加[78]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，納米沸石可顯著降低土壤中活性較高態(tài)鎘含量及抑制大白菜對(duì)鎘的吸收[79-80]。趙秋香等通過盆栽試驗(yàn)探討了蒙脫石-OR-SH復(fù)合材料對(duì)鎘污染土壤的鈍化效果，結(jié)果表明，在3 mg/kg鎘污染的土壤上，該改良劑最高可使可交換態(tài)鎘含量降低80.37%，極大降低了鎘的毒性[81]。武成輝等通過盆栽試驗(yàn)研究表明，新型硅酸鹽鈍化劑可促進(jìn)小白菜的生長(zhǎng)，提高土壤pH值，在3 mg/kg鎘污染的土壤中，5%硅酸鹽可使小白菜中鎘含量降低 59.17%，顯著降低酸性土壤有效態(tài)鎘含量[82]。秦端端等利用保水劑開展盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在200 mg/L鎘溶液中，保水劑可吸附超過120 mg/g的鎘，且顯著降低鎘在黑麥草中的積累[83]。徐應(yīng)明等采用盆栽試驗(yàn)，研究在單一鎘污染黏壤土中新型功能膜材料對(duì)鎘的修復(fù)效果，結(jié)果表明，新型功能膜材料可有效鈍化土壤中的鎘，并抑制油菜對(duì)鎘的吸收[84]。

4 問題與展望

影響改良劑修復(fù)效果的環(huán)境因素及相關(guān)因子眾多，即使是同一種改良劑，針對(duì)不同的土壤類型、作物、重金屬，修復(fù)效果也存在很大的差異;因此，應(yīng)結(jié)合影響改良劑修復(fù)效果的重要因素，如土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、陽(yáng)離子交換量、土壤水分等土壤基本理化性質(zhì)，進(jìn)一步系統(tǒng)全面地深入研究各種改良劑的修復(fù)機(jī)理，更加完善改良劑的分類體系，因地制宜地篩選最佳的改良措施。

土壤重金屬污染往往是復(fù)合型的，單一的改良劑很難同時(shí)鈍化所有重金屬離子，因此研制出一種能同時(shí)修復(fù)多種污染物的長(zhǎng)期穩(wěn)定、環(huán)保無(wú)毒、經(jīng)濟(jì)可行的多功能修復(fù)材料，將具有巨大的現(xiàn)實(shí)意義。此外，在選用改良劑之前，須要對(duì)改良劑進(jìn)行污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，減少其環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，以免改良劑本身攜帶危險(xiǎn)成分而導(dǎo)致土壤的再次污染。

單一改良劑存在一定的局限性和缺陷，已有許多研究證明，多種改良劑復(fù)合聯(lián)用的效果要優(yōu)于相應(yīng)的單一改良劑，因此應(yīng)注重運(yùn)用多種改良劑的復(fù)合修復(fù)。然而復(fù)合改良劑配施具有一定的交互、協(xié)同性，它的作用機(jī)理十分復(fù)雜，還有待今后更加深入的探究，且研究開發(fā)更多新型復(fù)合型改良劑也具有重要意義。同時(shí)，還應(yīng)將改良劑鈍化修復(fù)與物理、植物、微生物修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以期達(dá)到高效、可靠的修復(fù)效果。

在修復(fù)重金屬污染土壤時(shí)還須要考慮改良劑的施用量對(duì)土壤理化性質(zhì)、微生物群落多樣性、酶活性的潛在影響。此外，目前大多修復(fù)土壤重金屬污染的試驗(yàn)研究都采用異位修復(fù)，在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬改良，然而現(xiàn)實(shí)農(nóng)田土壤的環(huán)境更加復(fù)雜和不可控，原位修復(fù)的效果尚不明確，因此大力開展土壤重金屬污染的原位修復(fù)研究將更具有實(shí)際意義。

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