鈍化劑在鎘砷復(fù)合污染耕地治理過(guò)程中對(duì)不同作物生長(zhǎng)及修復(fù)效果的影響

黃 妮

（長(zhǎng)沙經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)管理委員會(huì)，湖南 長(zhǎng)沙 410100）

隨著我國(guó)現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，耕地污染問(wèn)題也日趨嚴(yán)重，其中尤以重金屬污染最為嚴(yán)重。重金屬污染不僅會(huì)影響土壤的性質(zhì)和功能，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，而且農(nóng)作物通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體后，對(duì)于人類(lèi)的健康安全也會(huì)造成較大的安全隱患［1，2］。

土壤鈍化是基于向污染土壤中添加鈍化劑，通過(guò)吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換等一系列反應(yīng)，使重金屬向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，以降低其生物有效性、可遷移性和毒性，從而達(dá)到修復(fù)重金屬污染土壤的目的。不同鈍化劑對(duì)農(nóng)田土壤中的重金屬形態(tài)影響的穩(wěn)定性存在一定差異，采用單一鈍化材料進(jìn)行鎘、砷復(fù)合污染土壤修復(fù)時(shí)往往難以同步鈍化鎘、砷兩種重金屬，需要對(duì)不同鈍化材料進(jìn)行合理組配，以達(dá)到鎘、砷同步鈍化修復(fù)的效果［3，4］。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，鈍化修復(fù)能否保證農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量以及質(zhì)量，還需同時(shí)考慮鈍化劑對(duì)于作物生長(zhǎng)以及吸收重金屬的影響［5］。

近年來(lái)，隨著對(duì)相關(guān)鈍化材料的進(jìn)一步研究，針對(duì)單一重金屬，以及復(fù)合重金屬的鈍化材料也取得了一定的成果［6］。但鈍化修復(fù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中還存在諸多問(wèn)題。如鈍化劑的成本問(wèn)題，以及耕地的增產(chǎn)增收等問(wèn)題。另外，當(dāng)前對(duì)于同種鈍化劑對(duì)不同種作物的影響研究也相對(duì)較少。本文通過(guò)探討鈍化劑在鎘砷復(fù)合污染耕地治理過(guò)程中對(duì)不同類(lèi)型作物，以及同類(lèi)型不同品種作物生長(zhǎng)以及修復(fù)效果的影響，篩選出一種更經(jīng)濟(jì)、更有效的修復(fù)模式，為實(shí)現(xiàn)鈍化修復(fù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的增產(chǎn)增收提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試土壤

供試土壤源自我國(guó)南方某農(nóng)田修復(fù)示范基地。其污染狀況以及土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 供試土壤基本信息表

1.1.2 供試鈍化劑

鈍化劑A由鎂系、鐵系、礦物質(zhì)、生物質(zhì)、pH調(diào)節(jié)劑和吸附劑組成的復(fù)合產(chǎn)品。

1.1.3 供試作物品種

分別選取具代表性的經(jīng)濟(jì)作物（大豆：鄭196大豆、中黃13、早熟1號(hào)）、蔬菜（茄子、蘿卜）、水果（草莓、圣女果）進(jìn)行鈍化劑效果驗(yàn)證試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)方法

示范基地共設(shè)置3個(gè)試驗(yàn)區(qū)，分別為經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)600 m2，蔬菜種植區(qū)200 m2，以及水果種植區(qū)200 m2。其中水果種植區(qū)設(shè)置在溫室大棚內(nèi)。每種作物的種植信息見(jiàn)表2。

表2 作物種植信息表

各試驗(yàn)區(qū)均設(shè)置2個(gè)處理：（1）不添加鈍化劑處理，CK；（2）每種作物按照500 kg/畝添加鈍化劑，DH。各試驗(yàn)區(qū)種植前施加0.75 kg/m2有機(jī)肥以及0.075 kg/m2的復(fù)合肥（N-P2O5-K2O：15-15-15），有機(jī)肥及復(fù)合肥施加后，采用翻耕機(jī)翻耕兩遍，使肥料與土壤混合均勻。

1.3 分析方法

土壤鎘檢測(cè)方法，原子熒光法GB/T 22105.1；土壤砷檢測(cè)方法，原子熒光法GB/T 22105.2；土壤pH檢測(cè)方法，電位法HJ 962；有效態(tài)鎘檢測(cè)方法，原子吸收法GB/T 23739-2009；有效態(tài)砷檢測(cè)方法，原子熒光法GB/T 22105.2。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈍化劑對(duì)土壤pH及有機(jī)質(zhì)的影響

不同作物土壤pH的變化情況如圖1所示，由圖1可知，相對(duì)于CK處理，添加土壤鈍化劑后土壤pH均有不同程度升高。經(jīng)濟(jì)作物試驗(yàn)區(qū)，大豆的土壤pH平均增幅1.37%，其中鄭196大豆的土壤pH增長(zhǎng)不顯著，中黃13的土壤pH顯著增長(zhǎng)了3.09%，早熟1號(hào)的土壤pH增長(zhǎng)不顯著。蔬菜試驗(yàn)區(qū)，茄子的土壤pH增長(zhǎng)了6.94%，蘿卜的土壤pH增幅不顯著。水果試驗(yàn)區(qū)，草莓的土壤pH增長(zhǎng)了3.82%，圣女果的土壤pH增長(zhǎng)幅度不顯著。

圖1 不同作物土壤pH的變化情況

不同作物土壤有機(jī)質(zhì)的變化情況如圖2所示，由圖2可知，相對(duì)于CK處理，經(jīng)濟(jì)作物（鄭196大豆、中黃13、早熟1號(hào)）和水果（草莓、圣女果）在添加土壤鈍化劑后，其土壤有機(jī)質(zhì)含量變化均不顯著。但兩種蔬菜作物（茄子和蘿卜）的土壤有機(jī)質(zhì)含量均有顯著升高。土壤有機(jī)質(zhì)含量變化的差異可能與各作物生育周期的長(zhǎng)短不同有關(guān)。

圖2 不同作物土壤有機(jī)質(zhì)的變化情況

綜上所述，相對(duì)于CK處理，添加土壤鈍化劑A能一定程度上提升土壤pH，但針對(duì)不同作物，其土壤pH的增長(zhǎng)幅度存在較大差異。鈍化劑的添加對(duì)于經(jīng)濟(jì)作物種植區(qū)以及水果種植區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量影響不顯著，而蔬菜種植區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著升高。

2.2 鈍化劑對(duì)土壤有效態(tài)重金屬的影響

不同作物土壤有效態(tài)鎘的變化如圖3所示，由圖3可知，相對(duì)于CK處理，添加土壤鈍化劑后土壤有效態(tài)鎘均顯著降低。經(jīng)濟(jì)作物試驗(yàn)區(qū)，大豆的土壤有效鎘含量平均降低47.24%，其中鄭196大豆的土壤有效態(tài)鎘相較于CK處理降低了45.45%，中黃13的土壤有效態(tài)鎘相較于CK處理降低了45.10%，早熟1號(hào)的土壤有效態(tài)鎘相較于CK處理降低了51.16%。蔬菜試驗(yàn)區(qū)，茄子的土壤有效態(tài)鎘降低了31.82%，蘿卜的土壤有效態(tài)鎘相較于CK處理降低了30.49%。水果試驗(yàn)區(qū)，草莓有效態(tài)鎘含量降低了30.36%，圣女果降低了60.71%。整體而言，鈍化劑A對(duì)有效態(tài)鎘的平均降低幅度為42.79%。

圖3 不同作物土壤有效態(tài)鎘的變化

不同作物土壤有效態(tài)砷的變化如圖4所示，由圖4可知，相對(duì)于CK處理，添加土壤鈍化劑后土壤有效態(tài)砷有一定程度降低。經(jīng)濟(jì)作物試驗(yàn)區(qū)，大豆的土壤有效砷含量平均降低14.64%，其中鄭196大豆種植區(qū)土壤有效態(tài)砷相較于CK處理降低了13.01%，中黃13的土壤有效態(tài)砷含量降低了15.11%，早熟1號(hào)的土壤有效態(tài)砷含量降低了15.79%。蔬菜試驗(yàn)區(qū)，茄子的土壤有效態(tài)砷降低了21.79%，蘿卜的土壤有效態(tài)砷含量降低了22.54%。水果試驗(yàn)區(qū)，草莓有效態(tài)砷含量降低幅度不顯著，圣女果的土壤有效態(tài)砷含量降低了16.50%。整體而言，鈍化劑A對(duì)土壤有效態(tài)砷的平均降低幅度為16.65%。

圖4 不同作物土壤有效態(tài)砷的變化

綜上所述，鈍化劑A能一定程度上降低土壤有效態(tài)鎘以及有效態(tài)砷的含量，其中對(duì)于有效態(tài)鎘的降低效果相對(duì)更好。同類(lèi)型不同作物品種和不同類(lèi)型作物品種重金屬有效態(tài)降低幅度見(jiàn)表3和表4，由表3和表4可以看出，針對(duì)3個(gè)不同品種的大豆，其土壤有效態(tài)鎘和有效態(tài)砷的降低幅度標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)較?。⊿tdev為0.03）。而針對(duì)不同類(lèi)型的作物，如經(jīng)濟(jì)作物與水果和蔬菜種植區(qū)，其土壤有效態(tài)重金屬含量的降低幅度標(biāo)準(zhǔn)偏差相對(duì)較大（Stdev在0.06～0.12）。

表3 同類(lèi)型不同作物品種重金屬有效態(tài)降低幅度

表4 不同類(lèi)型作物品種重金屬有效態(tài)降低幅度

2.3 鈍化劑對(duì)不同作物修復(fù)效果的影響

作物可食部位鎘含量的變化如圖5所示，作物可食部位砷含量的變化如圖6所示，由圖5和圖6可知，不同作物以及同類(lèi)作物不同品種之間對(duì)于重金屬鎘以及砷的吸收存在一定差異。根據(jù)3個(gè)不同品種大豆的結(jié)果可以看出，在不添加鈍化劑的條件下，有2個(gè)大豆品種（鄭196大豆、中黃13大豆）可食部位的鎘含量超標(biāo)，其中鄭196大豆超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值15.00%，中黃13超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)限值20.00%，而早熟1號(hào)的鎘含量不超標(biāo)。相對(duì)于CK處理，添加鈍化劑A后，大豆可食部位的鎘含量降低到標(biāo)準(zhǔn)限值以下，而砷的含量也有一定程度降低。其中鄭196大豆的鎘含量降低了47.83%，砷含量降低了38.46%；中黃13大豆的鎘含量降低了75.00%，砷含量降低了53.33%；早熟1號(hào)大豆的鎘含量降低了87.50%，砷含量降低了77.78%。整體而言，相較于其它兩個(gè)品種，早熟1號(hào)大豆對(duì)于重金屬鎘、砷的吸收相對(duì)較少，且添加鈍化劑后，其可食部位鎘、砷含量降低幅度相對(duì)較大。

圖5 作物可食部位鎘含量的變化

圖6 作物可食部位砷含量的變化

而茄子（超標(biāo)120.00%）、草莓（超標(biāo)60.00%）以及圣女果（超標(biāo)40.00%）的鎘含量也均存在不同程度的超標(biāo)，蘿卜鎘、砷含量不超標(biāo)。相對(duì)于CK處理，添加鈍化劑A后，茄子的鎘含量降低了72.73%，砷含量降低了57.14%。蘿卜的鎘含量降低了50%，砷含量降低了27.27%。對(duì)于水果而言，草莓的鎘含量降低了62.50%，圣女果的鎘含量降低了57.14%，砷含量均為檢出。

綜上所述，不同品種的大豆，其各自對(duì)重金屬鎘和砷的吸收，以及鈍化劑對(duì)其降鎘、降砷效果均存在較大的差異，其中早熟1號(hào)大豆對(duì)重金屬鎘的吸收相對(duì)較少。而對(duì)于不同類(lèi)型的作物而言，水果（草莓和圣女果）對(duì)于重金屬鎘和砷的吸收相對(duì)其它幾種作物較小，而茄子相對(duì)較易吸收鎘。

2.4 鈍化劑對(duì)不同作物產(chǎn)量的影響

作物產(chǎn)量的變化如圖7所示，由圖7可知，相較于CK處理，添加土壤鈍化劑A后，經(jīng)濟(jì)作物，蔬菜以及水果的產(chǎn)量均有一定程度升高。其中，鄭196大豆增長(zhǎng)了11.00%，中黃13大豆增長(zhǎng)了17.77%，早熟1號(hào)增長(zhǎng)了20.31%，大豆平均增幅16.36%。茄子的產(chǎn)量相對(duì)于CK處理增長(zhǎng)了3.27%，蘿卜增長(zhǎng)了5.39%，草莓增長(zhǎng)了13.56%，圣女果增長(zhǎng)了6.71%。

圖7 作物產(chǎn)量的變化

由上述結(jié)果可以看出，鈍化劑對(duì)于不同品種的大豆生長(zhǎng)的影響存在一定的差異，其中可食部位重金屬鎘和砷含量較低的早熟1號(hào)大豆，其產(chǎn)量增長(zhǎng)幅度相對(duì)較大。另外，鈍化劑也一定程度上提升了茄子、蘿卜、草莓和圣女果的產(chǎn)量?？赡苁怯捎谔砑逾g化劑后，降低了土壤重金屬鎘和砷的有效性，一定程度上減小了重金屬對(duì)作物的脅迫性，因此各作物的產(chǎn)量均有一定程度的提升。

3 結(jié)論與討論

1.鈍化劑對(duì)于同類(lèi)型不同品種作物的土壤有效鎘和有效砷的影響差異不大；而對(duì)于不同類(lèi)型作物的土壤有效鎘和有效砷的影響差異相對(duì)較大。

2.不同品種的作物之間對(duì)于重金屬鎘和砷的富集、轉(zhuǎn)運(yùn)能力不同。其中早熟1號(hào)大豆可食部位對(duì)鎘的吸收能力相對(duì)其它兩個(gè)品種較低。

3.不同類(lèi)型的作物之間對(duì)于重金屬鎘和砷的富集、轉(zhuǎn)運(yùn)能力不同。其中水果（草莓和圣女果）可食部位對(duì)鎘、砷的吸收能力相對(duì)經(jīng)濟(jì)作物（大豆）和蔬菜（茄子和蘿卜）較低。各作物之間，茄子相對(duì)更易富集鎘。

4.鈍化劑主要成分為鎂系、鐵系、礦物質(zhì)、生物質(zhì)、pH調(diào)節(jié)劑和吸附劑組成的復(fù)合產(chǎn)品，可以調(diào)理土壤的理化性質(zhì)，殘余物質(zhì)對(duì)農(nóng)作物沒(méi)有影響，安全可靠。