改良劑對尾砂盆栽蔬菜重金屬吸收及基質理化性質的影響——以銅陵金屬礦區為例

黃界潁，徐曉春，陳莉薇,3，周元祥

（1.合肥工業大學資源與環境工程學院，安徽 合肥 230009；2.安徽農業大學資源與環境學院，安徽 合肥 230036；3.青海大學化工學院，青海 西寧 810016）

安徽省銅陵市位于長江中下游鐵銅成礦帶，是我國重要的鐵、銅、硫、金礦集區。長期以來，礦山開采和礦石選冶積累了大量的尾礦廢渣，其中硫化物礦物的風化使尾礦堆/庫中溶液的重金屬含量升高，并明顯酸化，導致重金屬元素進一步活化、釋放并遷移，對周圍的生態環境系統產生影響，威脅人類的生存和健康[1-3]。采礦廢棄地復墾為農業用地這種利用方式，一方面將采礦廢棄地土壤進行了修復，另一方面可以創造一定的經濟價值，而且還可以解決耕地量少的問題[4]。但是，由于金屬礦尾砂重金屬污染可能造成食物鏈中毒，對農產品質量構成明顯的威脅，還可加重重金屬的流失，引起地表水和地下水的污染[5-7]，所以尾礦礦砂需要經過治理才能利用。采用螯合劑改變植物對重金屬元素的吸收能力，成為一種常用手段，許多學者做了大量的研究[8-9]。利用新型材料聚丙烯酰胺（PAM），是人工改良土壤、提高肥力的一條新途徑[10]，它在農業生產中的應用近年來逐漸被人們接受并發展起來，但是尚未見PAM對抑制植物重金屬元素吸收的報道。因此，加入丙烯酰胺（PAM）和乙二胺四乙酸（EDTA）改良尾砂，研究種植蔬菜后重金屬在尾砂－植物界面的遷移規律及基質理化性質的變化，對重金屬污染治理及采礦廢棄地的復墾利用等具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

尾砂采自銅陵市有色金屬集團公司尾礦；供試土壤為紅壤；供試有機質采自合肥工業大學管理學院附近小區生活污水排水溝，為溝中底泥；供試蔬菜為小白菜，品種為白葉四月慢，購于合肥豐樂種子蔬菜公司。尾砂和紅壤的基本理化性質見表1。

表1 尾砂和紅壤的基本理化性質

1.2 供試改良劑

乙二胺四乙酸（EDTA）（滬試，AR）；聚丙烯酰胺（PAM）（滬試，AR）。

1.3 盆栽試驗設計

盆栽試驗在室內進行，試驗基質為2種，分別進行3種處理，3次重復，試驗設計見表2。

表2 盆栽試驗設計

改良劑按照20 mL/盆加入。用上下口徑分別為22 cm、16 cm，高20 cm的塑料缽，每缽裝試驗基質4.0 kg。按NH4NO30.439 g/kg土，KH2PO40.339 g/kg土施入底肥。肥料與土樣混勻后于4月30日栽種，每盆定苗10株，常規管理。待成熟時（生長期50 d）收割，測定小白菜重金屬含量。

1.4 樣品分析

試驗蔬菜收獲、研磨后，交安徽省地礦測試中心進行重金屬含量分析測定；基質采用酸度計法（土液比1∶2）測定pH值，顯微鏡觀察結構。

2 結果與討論

2.1 不同處理對基質pH值變化的影響

土壤pH值是影響植物吸收重金屬的一個重要因子，不僅決定了各種土壤礦物的溶解度，而且影響土壤溶液中各種離子在固相上的吸附程度。隨著土壤溶液pH值升高，各種重金屬元素在土壤固相上的吸附量和吸附能力逐漸加強[13]。由表3可知，本試驗中，不同處理的各基質pH值均介于7～8之間，各處理沒有造成基質之間酸堿度的根本性變化。而且，加入PAM和EDTA的處理之間pH值差異不顯著。可見，施用1‰PAM和0.03 mol/L EDTA對土壤pH值的影響不會很明顯，可以認為以尾砂為主的試驗基質是不利于重金屬元素遷移的。

表3 不同處理對基質pH值的影響

2.2 不同處理對小白菜Cu、Pb、Zn含量的影響

由表4可知，采用新鮮尾砂直接施用有機質種植蔬菜，蔬菜中僅Zn的含量能夠滿足《中國蔬菜食品衛生標準》要求（Pb≤1.0 mg/kg，Cu≤10 mg/kg，Zn≤20 mg/kg），但是Cu、Pb的含量已嚴重超標，分別為標準上限的4.89倍和1.38倍，很顯然新鮮尾砂種植的葉菜類不宜食用，即在尾砂庫復墾中不宜選用葉菜類蔬菜。添加土壤改良尾砂后對植物吸收重金屬有明顯的抑制作用，處理4的Zn、Cu和Pb含量均與處理1差異達顯著水平，其中以Cu變化最為明顯，處理4的Cu含量比處理1下降了76.71%；加入EDTA和PAM后可以進一步降低蔬菜中的重金屬含量：在加入PAM的處理2、5中，小白菜重金屬含量均有明顯下降，處理2中Zn含量平均下降33.53%，Cu含量平均下降了26.97%，Pb含量平均下降了47.06%；配土處理（處理5）中Zn、Cu和Pb含量降幅分別達到了30.17%、31.56%和66.28%；這說明基質中加入PAM明顯抑制葉類植物對重金屬的吸收。而加入EDTA的處理3、6中，小白菜中僅Zn、Pb含量明顯下降，但是Cu含量卻明顯上升；可見EDTA的加入，可以有效抑制小白菜對Zn、Pb的吸收，但是增強了對Cu的吸收作用。這可能與EDTA對土壤Cu有很強的溶解釋放能力有關，外加EDTA顯著降低紅壤對Cu的吸附率，促進了植物對Cu的吸收。在配土和不配土的各處理中，小白菜吸收Zn、Cu和Pb的規律各不相同，可能與Zn、Cu和Pb的離子屬性有關。

表4 不同處理對小白菜重金屬含量的影響

2.3 不同處理對土壤結構影響

近年來，在重金屬污染土壤中添加絡合劑的研究中，關于絡合劑對土壤結構、土壤保水性等的影響方面研究很少。此次工作我們用16×4倍的顯微鏡在干、濕兩種狀態下對土壤結構進行了觀察。

處理1的土壤樣品在干燥狀態下尾砂顆粒分散，潤濕后，顆粒間的重疊削弱，顆粒排列緊密，沒有明顯的集結體。

對于加入PAM的處理2樣品，潤濕狀態下有部分顆粒集結在一起呈小集團狀，而且，剛配制的樣品因未受補給水的淋洗，鏡檢結果更明顯，顆粒間的水并不是均勻分布的，這應該與PAM是一種粘性物質有關。

相比之下，加入EDTA的處理3樣品，不管是干態還是潮濕狀態，顆粒仍是分散的，顆粒間沒有明顯的粘結。

由圖4～6可知，加入紅壤后，不管是參照樣，還是加入PAM、EDTA的樣品，均能觀察到紅壤顆粒將尾砂顆粒粘結在一起。在濕態下，處理4土壤的顆粒仍較為分散，分布均勻；處理5土壤觀察到有集結體，且大多由細小顆粒集結而成；處理6土壤也觀察到有集結體，表觀與處理5樣類同。

相比較而言，PAM粘結土壤顆粒較EDTA明顯，所以，在不影響土壤其他性質的情況下，加入類似PAM有粘性的絡合劑，對土壤結構變化有一定的促進作用，而且PAM能明顯提高土壤的保水、保肥性能。不同基質中都存在有機物粘結尾砂顆粒的現象，但不是十分明顯。配土的處理中顆粒黏結體較多，明顯在尾砂中加入適量的紅壤能改善砂粒過于分散的狀態，結合PAM的使用可大幅度提高改良后尾砂的保水保肥性能，對加快尾砂改良具有重要意義。

3 結論

（1）不同處理的各基質pH值均介于7～8之間，各處理沒有造成基質間酸堿度的根本性變化。

（2）添加土壤改良尾砂后對植物吸收重金屬有明顯的抑制作用，加入EDTA和PAM后可以進一步降低蔬菜中的重金屬含量。

（3）適量加入紅壤和PAM，對尾砂結構變化有一定促進作用，且PAM的使用濃度低、量小，總體費用較低，不失為一種有效、經濟的尾礦庫尾砂治理方法。

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