鈍化劑在土壤鎘污染修復中的應用

任雪菲

（航天凱天環保科技股份有限公司，長沙 410100）

前言

我國土壤污染狀況整體不容樂觀，耕地土壤環境質量堪憂，全國土壤鎘超標率7.0%，耕地點位超標率19.4%，已對農產品質量安全構成嚴重威脅。土壤重金屬污染由于其隱蔽性、滯后性、累積性和不可逆性，難以修復。我國耕地土壤重金屬污染防治研究是一項長期、復雜、艱巨且極其迫切的任務。

目前國內常用的土壤修復技術有原位鈍化修復技術、植物富集技術、農藝調控技術。原位鈍化修復技術由于成本低廉、便于操作、效率高，適用于大面積中輕度重金屬污染耕地修復治理。原位鈍化修復技術是指向土壤中添加天然或人工合成的礦物材料，通過吸附作用、離子交換、化學沉淀、絡合（螯合）、氧化-還原等機制降低重金屬的生物有效性，減少植株對重金屬的吸收[1、2]。按鈍化劑的性質差異可將其分為無機類、有機類和有機-無機復合類。其中無機類主要包括石灰、粉煤灰等堿性物質，羥基磷灰石、磷礦粉等磷酸鹽類以及天然或人工合成的沸石、膨潤土等礦物。有機類包括農家肥、草炭等有機肥料[3]。生物質炭是作物秸稈在缺氧或厭氧條件下高溫裂解而制成的一種新型的修復材料[4]，已有研究表明其對Cd、Pb等重金屬元素具有較強的吸附和固定能力，可作為土壤重金屬的鈍化劑[5、6]。Guo等指出，施用鈍化劑可降低農業土壤中重金屬的有效性，減少作物對重金屬的吸收，是一種經濟有效、環境友好、切實可行的治理措施[7]。本文通過田間小區試驗，研究優化鈍化劑的配方及使用條件，為大規模田間示范推廣提供理論依據。

1 試驗示范

試驗區域在湖南某縣，土壤類型為紅壤、呈酸性，pH為5.3，主要污染是Cd，土壤Cd含量為0.82mg/kg，有效態Cd含量為0.602mg/kg。

試驗材料：選用自主研發的3種鈍化劑（鈍化劑L、鈍化劑NA、鈍化劑NB），以黏土礦物和堿性材料復配為主。

試驗設計：試驗選用常規水稻品種進行晚稻小區試驗；設空白對照（CK），3種鈍化劑處理（L、NA、NB），2個添加量（1500kg/hm2，3000kg/hm2），均設3次重復，共21個小區，每個小區30m2，采用隨機區組排列。小區間用覆薄膜的田埂隔開，小區間單排單灌。

試驗操作流程：在水稻種植前按照試驗設計布置小區，分別添加鈍化劑，反復翻耕使其混合均勻，平衡一周后進行水稻移栽，每個小區移栽水稻株數相同。施肥按當地常規方式及用量，田間管理按照當地常規方式進行。小區水分管理保持長期淹水狀態。

樣品采集及處理：水稻成熟后采收植株樣和土樣。每個小區單獨采收，水稻樣品自然風干后于實驗室制備糙米樣品，裝袋備用待測。土樣自然風干，研磨分別過10目、100目篩，裝袋后備用待測。

2 結果

2.1 土壤鈍化劑對土壤pH的影響

由圖1可知，與對照相比，施用鈍化劑后土壤pH均有所上升，幅度為0.8～1.6個單位。其中鈍化劑NB對土壤pH的調節效果最好，鈍化劑L次之，鈍化劑NA最小。三種鈍化劑添加量的增加對土壤pH的增幅效果不明顯。

圖1 鈍化劑對土壤pH的影響

2.2 土壤鈍化劑對土壤有效態Cd含量的影響

由圖2可知，與對照相比，施用鈍化劑后土壤有效態Cd含量均降低，降幅為38%～63%。其中鈍化劑L對土壤有效態Cd含量的降低效果最好，鈍化劑NB次之，鈍化劑NA最小。三種鈍化劑添加量的增加對土壤有效態Cd的降低效果不明顯。

2.3 對水稻糙米Cd含量的影響

由圖3可知，與對照相比，三種鈍化劑對糙米Cd含量均有一定的降低作用，降幅為45%～85%，其中鈍化劑L處理效果最顯著，降低效果是：L＞NB＞NA。三種鈍化劑添加量的增加對糙米Cd含量的降低效果不明顯。

2.4 土壤理化性質對糙米Cd含量的影響

土壤pH是影響糙米Cd含量的重要因素。此次試驗結果顯示：糙米Cd含量與土壤pH呈負相關（見圖4），糙米Cd含量與土壤有效態Cd含量呈正相關（見圖5）。

圖2 鈍化劑對土壤有效態Cd含量的影響

圖3 鈍化劑對糙米Cd含量的影響

圖4 土壤pH與糙米Cd含量的關系

圖5 土壤有效態Cd含量與糙米Cd含量的關系

土壤pH變化影響著土壤Cd的存在形態，因而影響其生物有效性。當土壤pH升高時，土壤中Cd轉化為更穩定的形態，有效態Cd含量降低，顯著降低Cd的生物有效性[8]，從而水稻對Cd的吸收降低。

3 結論

試驗結果顯示：針對酸性Cd污染紅壤，施用鈍化劑L、NA、NB均顯著提升了土壤pH，通過吸附、沉淀、離子交換和固定作用，降低土壤有效態Cd含量，從而降低土壤Cd的生物有效性，抑制水稻對Cd的吸收，降低糙米Cd含量。使生產的稻米Cd含量均低于《食品安全國家標準食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中Cd的限量指標0.2mg/kg。糙米Cd含量與土壤pH呈負相關性，與有效態Cd含量呈正相關性。綜合成本、操作、應用效果等因素，三種鈍化劑可推薦使用量都為1500kg/hm2。所選用的鈍化劑以天然礦物和堿性材料加工而成，無二次污染，效果顯著，可推薦為酸性鎘污染土壤工程化修復實施應用產品，并進行效果持久性研究及評估。