人工合成鈍化劑原位鈍化修復(fù)鎘污染土壤的試驗(yàn)研究

摘要：開(kāi)展盆栽試驗(yàn)，在高含量、中含量與低含量的鎘污染土壤中分別加入不同劑量的人工合成鈍化劑（巰基改性黏土、硅鈣肥、鈣鎂磷肥），然后種植油菜，待油菜成熟后采集莖葉樣品測(cè)定鎘含量。根據(jù)油菜莖葉鎘含量檢測(cè)結(jié)果，3種鈍化劑對(duì)鎘污染土壤的綜合修復(fù)效果排序?yàn)椋簬€基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥。巰基改性黏土的鈍化阻控率最高，能有效地阻止鎘向油菜體內(nèi)遷移。

關(guān)鍵詞：鎘污染土壤；原位鈍化修復(fù)；鈍化劑；巰基改性黏土；硅鈣肥；鈣鎂磷肥

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.047

Experimental study on in-situ Passivation and remediation of cadmium contaminated soil using artificially synthesized passivators

YU Dashu， LIANG Yongxin， SONG Jiarui， HOU Liye， LIAO Liwen

（Nuclear Industry 247 Brigade of Tianjin North China Geological Exploration Bureau， Tianjin 301800， China）

Abstract： The potted experiment is conducted， in which different doses of artificially synthesized passivators （thiol modified clay， silicon calcium fertilizer， calcium magnesium phosphate fertilizer） are added to high， medium， and low cadmium contaminated soil， and then rapeseed is planted， and stem and leaf samples are collected to determine cadmium content after maturity. According to the detection results of cadmium content in rapeseed stems and leaves， the comprehensive remediation effect of three passivators on cadmium contaminated soil is ranked as follows： mercapto modified clay＞silicon calcium fertilizer＞calcium magnesium phosphate fertilizer. The passivation and inhibition rate of thiol modified clay is the highest， which can effectively prevent cadmium from migrating into rapeseed.

Keywords： cadmium contaminated soil; in-situ passivation and remediation; passivators; sulfhydryl modified clay; silicon calcium fertilizer; calcium magnesium phosphate fertilizer

鎘是一種毒性很強(qiáng)的重金屬，它不是人體必需的元素，過(guò)量攝入會(huì)導(dǎo)致中毒。我國(guó)農(nóng)田重金屬污染非常突出，鎘污染面積大[1]。我國(guó)大量農(nóng)田存在不同程度的鎘污染，因此修復(fù)鎘污染土壤對(duì)于保障農(nóng)產(chǎn)品安全具有重要意義。作為一種行之有效的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)，原位鈍化修復(fù)通過(guò)調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)和吸附、沉淀、離子交換、腐殖化、氧化還原等反應(yīng)，將土壤中的有毒重金屬固定起來(lái)，或者將重金屬轉(zhuǎn)化成化學(xué)性質(zhì)不活潑的形態(tài)，降低其生物有效性，從而阻止重金屬通過(guò)植物根部向農(nóng)作物地上部遷移和累積，實(shí)現(xiàn)污染土壤的治理[2]。人工合成鈍化劑既能修復(fù)重金屬污染土壤，又可以改良土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤肥力，改善農(nóng)田的整體環(huán)境，避免土壤出現(xiàn)板結(jié)現(xiàn)象，綠色環(huán)保，具有很好的應(yīng)用前景[3]。在室外開(kāi)展盆栽試驗(yàn)，將巰基改性黏土、硅鈣肥（鈍鎘劑Ⅰ號(hào)）和鈣鎂磷肥3種人工合成鈍化劑分別加入不同含量的鎘污染土壤中，然后種植油菜，待油菜成熟后采集莖葉樣品測(cè)定鎘含量，推斷3種鈍化劑的綜合修復(fù)效果。不同含量的鎘污染土壤要合理選用鈍化劑，確保油菜莖葉鎘含量達(dá)到相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)限值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)基礎(chǔ)土壤為高含量鎘污染土壤，采集于衛(wèi)輝市孫杏村鎮(zhèn)衛(wèi)河河灘；摻拌用土為無(wú)污染的清潔土壤，采集于天津市寶坻區(qū)的麥田。試驗(yàn)基礎(chǔ)土壤和摻拌用土進(jìn)行晾曬、錘擊、研磨、過(guò)篩和攪拌等加工后，根據(jù)《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》（DZ/T 0295—2016）[4]的土壤環(huán)境地球化學(xué)等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，在試驗(yàn)基礎(chǔ)土壤中摻拌一定比例的摻拌用土，分別配制低含量（鎘含量為1.63 mg/kg）、中含量（鎘含量為2.77 mg/kg）和高含量（鎘含量為4.55 mg/kg）的試驗(yàn)用土。盆栽試驗(yàn)作物為油菜。

人工合成鈍化劑分別為巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥。巰基改性黏土的鈍化原理為有機(jī)絡(luò)合和沉淀反應(yīng)，形成難溶性鹽。硅鈣肥的鈍化原理為物理吸附和有機(jī)絡(luò)合。鈣鎂磷肥的鈍化原理為物理吸附和有機(jī)絡(luò)合，主要通過(guò)吸附、絡(luò)合等機(jī)制抑制土壤中鎘活性，阻止土壤中的鎘向植物體內(nèi)遷移。

1.2 試驗(yàn)方法

在高含量、中含量和低含量的鎘污染土壤中分別加入3種鈍化劑，即鈣鎂磷肥、巰基改性黏土和硅鈣肥。根據(jù)3種鈍化劑的特點(diǎn)，向3種土壤中分別加入高劑量、中劑量和低劑量的鈍化劑，攪拌均勻。將配制好的試驗(yàn)用土放置在種植盆中，加入去離子水平衡1周進(jìn)行老化[5]。每種種植試驗(yàn)設(shè)置2個(gè)重復(fù)樣（2盆），用于計(jì)算精度和離散性。每種含量的鎘污染土壤設(shè)置2個(gè)空白樣（2盆），不加入任何鈍化劑。其中，1盆種植油菜，用于對(duì)比鈍化效果，1盆不種植油菜，用于對(duì)比自然狀態(tài)的有效態(tài)鎘含量[6]。在盆栽土壤中栽種10～15粒油菜種子，進(jìn)行澆水、除草、防治害蟲和間苗等日常維護(hù)，培育50 d后收獲。

油菜成熟后，沿根部用塑料剪刀剪斷莖葉，采集莖葉樣品。用清水將油菜莖葉上的泥土和灰塵等臟物清洗干凈，然后將其放在烘箱中（低溫）短時(shí)間內(nèi)烘干，再將莖葉樣品送至具有資質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測(cè)分析。按照《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 15618—2018）[7]和《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測(cè)定》（GB 5009.15—2023）[8]，測(cè)定油菜莖葉樣品的鎘含量。

2 結(jié)果分析

試驗(yàn)配制3種含量的鎘污染土壤，在未加入任何鈍化劑、加入巰基改性黏土、加入硅鈣肥和加入鈣鎂磷肥的情況下，不同含量鎘污染土壤對(duì)應(yīng)的油菜莖葉鎘平均含量如表1所示。根據(jù)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）的標(biāo)準(zhǔn)要求[9]，葉菜鎘含量的限值為0.20 mg/kg。根據(jù)油菜莖葉樣品的鎘含量檢測(cè)結(jié)果，3種鈍化劑均對(duì)土壤中的鎘起到鈍化阻控作用，達(dá)到綜合修復(fù)效果，降低其活度[10]。對(duì)于高含量鎘污染土壤，只有巰基改性黏土可以使油菜莖葉鎘含量達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)限值；對(duì)于中含量鎘污染土壤，3種鈍化劑均可以使油菜莖葉鎘含量達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)限值；對(duì)于低含量鎘污染土壤，3種鈍化劑均可以使油菜莖葉鎘含量達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)限值[11]。

2.1 高含量鎘污染土壤

在高含量鎘污染土壤中分別加入巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥，通過(guò)試驗(yàn)確定3種鈍化劑對(duì)應(yīng)的油菜莖葉鎘含量。3種鈍化劑對(duì)鎘污染土壤的平均鈍化阻控率排序?yàn)閹€基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥，如圖1所示。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，只有巰基改性黏土可以使油菜莖葉鎘含量達(dá)到相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.2 中含量鎘污染土壤

在中含量鎘污染土壤中分別加入巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥，通過(guò)試驗(yàn)確定3種鈍化劑對(duì)應(yīng)的油菜莖葉鎘含量。3種鈍化劑對(duì)鎘污染土壤的平均鈍化阻控率排序?yàn)閹€基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥，如圖1所示。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，3種鈍化劑均可以使油菜莖葉鎘含量達(dá)到相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)限值。

2.3 低含量鎘污染土壤

在低含量鎘污染土壤中分別加入巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥，通過(guò)試驗(yàn)確定3種鈍化劑對(duì)應(yīng)的油菜莖葉鎘含量。3種鈍化劑對(duì)鎘污染土壤的平均鈍化阻控率排序?yàn)閹€基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥，如圖1所示。根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，3種鈍化劑均可以使油菜莖葉鎘含量達(dá)到相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)限值。

3 結(jié)論

試驗(yàn)在高含量、中含量與低含量的鎘污染土壤中分別加入不同劑量的人工合成鈍化劑（巰基改性黏土、硅鈣肥和鈣鎂磷肥），然后種植油菜，待油菜成熟后采集莖葉樣品測(cè)定鎘含量。根據(jù)油菜莖葉樣品鎘含量檢測(cè)結(jié)果，3種鈍化劑均對(duì)土壤中的鎘起到鈍化阻控作用，達(dá)到封控效果并降低其活度。對(duì)于高含量、中含量和低含量的鎘污染土壤，3種鈍化劑的鈍化阻控效果綜合排序?yàn)閹€基改性黏土＞硅鈣肥＞鈣鎂磷肥。其中，巰基改性黏土的鈍化阻控效果最好。巰基改性黏土的鈍化阻控率最高，能有效阻止鎘向油菜體內(nèi)遷移。對(duì)于高含量鎘污染土壤，只有巰基改性黏土可以使油菜莖葉鎘含量達(dá)到相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)限值；對(duì)于中含量鎘污染土壤，3種鈍化劑均能使油菜莖葉鎘含量達(dá)到相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)限值；對(duì)于低含量鎘污染土壤，3種鈍化劑均能使油菜莖葉鎘含量達(dá)到相關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn)限值。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：于大澍（1986—），男，遼寧燈塔人。研究方向：放射性環(huán)境評(píng)價(jià)、場(chǎng)地環(huán)境調(diào)查、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及污染場(chǎng)地修復(fù)。