不同修復劑對鎘污染土壤修復及理化性質的影響

聶衍韜， 黃 聰

(中南安全環境技術研究院股份有限公司， 湖北 武漢 430061)

隨著我國工業迅速發展和礦產資源大量開發，土壤重金屬污染在一定程度上影響了我國土壤健康，尤其是農田土壤[1]。農田土壤中重金屬積累會增加糧食作物對其吸收，進而威脅人的健康[2]。我國農田土壤主要受汞、鎘、鉛、鉻、砷、鋅、銅、鎳等重金屬污染，其中鎘(Cd)污染較為突出，平均超過《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準(試行)》[3]規定Cd風險管控值的7.0%[4]。因此，重金屬土壤修復對農業和生態環境安全意義重大[5-6]。原位土壤修復方法的主要目的是長期固化穩定化重金屬元素，減少農作物的吸收，同時改善土壤生態的功能。許多原位土壤修復方法不僅能減輕與重金屬污染相關的風險，還能提高土壤生產力。本研究以我國湖北省黃石市某地Cd污染農田土壤為對象，分別選取市面上銷售的常用無機、有機和微生物3類修復劑進行試驗，比較處理后Cd的有效態含量和土壤理化性質，綜合評價修復效果，為修復劑在土壤修復工程中應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

Cd污染土壤來自湖北省黃石市某地農田，土壤類型為巖泥田水稻土，土壤pH 6.5，總Cd含量7.67 mg/kg，有機質含量27.70 g/kg，中等肥力。

1.2 試驗材料

有機、無機和微生物修復劑分別為生石灰-海泡石混合劑(CaO≥34%、pH 12.0)、生物炭(主要成分秸稈、雞糞)和芽孢桿菌，皆為固態粉末修復劑。其中，生物炭來自河南椰碳環保材料有限公司，生石灰-海泡石混合劑來自環保橋(湖南)生態環境工程股份有限公司，芽孢桿菌來自武漢豐甜生物科技有限公司。

1.3 試驗設計

試驗共設計4個處理，即對照組(不進行修復處理，CK)；無機修復組(添加石灰-海泡石混合劑粉末，T1)；有機修復組(添加生物炭粉末，T2)；微生物修復組(添加芽孢桿菌粉末，T3)。每個處理分別稱取土壤5 kg，加入等量的除鹽水和土壤修復劑均勻混合，土壤修復劑添加量為1%，各處理3次重復。將各組土壤移入玻璃容器中，隨后將玻璃容器置于室外，模擬自然環境對土壤的影響。試驗期30 d。采用3點取樣法收集試驗后的土壤樣品500 g，用2 mm篩子過濾，儲存于4℃用于土壤理化性質測定。

1.4 指標測定

土壤有效態Cd含量采用M3溶液(HOAc-NH4NO3-NH4F-HNO3-EDTA)浸提，后采用石墨爐原子吸收分光光度法測定。采用Mettler Toledo FE20 pH計測定pH(土水比5∶1)，采用重鉻酸鉀容量法測定有機質，采用堿解擴散法測定堿解氮，采用碳酸氫鈉法測定有效磷，采用乙酸銨法測定有效鉀。

1.5 數據分析

數據分析均采用軟件Excel 2016進行處理，使用軟件SPSS進行組間方差分析，組間差異顯著性水平P<0.05。

2 結果與分析

2.1 不同處理方式修復鎘污染土壤的效果

降低土壤Cd的有效態是重金屬土壤修復劑的最重要功能。由圖1可知，T1有效態Cd含量最低，僅0.07 mg/kg；其次是T3，為0.11 mg/kg；再次是T2，為0.15 mg/kg。相比CK，T1、T2、T3土壤有效態Cd含量均顯著降低(P<0.05)，分別減少85.71%、69.39%、77.55%。說明，石灰-海泡石、生物炭和芽孢桿菌都可以很好達到修復重金屬污染土壤的效果[7]。

圖1 不同修復劑處理后土壤的有效態Cd含量

2.2 不同處理方式土壤的理化性質

土壤理化性質是反映土壤生產力的主要指標之一，也是農田土壤原位修復需要關注的內容。由表1可知，T1、T2、T3土壤pH分別為8.53、7.03、6.93，均顯著高于CK。T2有機質、堿解氮、有效磷和有效鉀含量均最高，分別為40.18 g/kg、142.36 mg/kg、9.81 mg/kg、162.55 mg/kg，比CK分別增加50.66%、22.00%、45.33%、92.89%，與其余組間差異顯著；T3第二，分別為31.24 g/kg、130.24 mg/kg、8.27 mg/kg、125.37 mg/kg，比CK分別增加17.14%、11.61%、22.52%、48.77%，除堿解氮外，與其余組間差異顯著。T1有效磷含量高于CK但無顯著差異，有機質、堿解氮、有效鉀含量均降低。

表1 不同修復劑處理土壤的理化性質

3 小結

石灰-海泡石、生物炭、芽孢桿菌3種土壤修復劑處理對降低土壤有效Cd含量有顯著效果，與不修復處理比，分別降低土壤有效Cd含量85.71%、69.39%、77.55%，且均會增加土壤pH，石灰-海泡石pH最高，為8.53，其主要原因可能是石灰-海泡石是一種堿性混和物，可用于中和土壤中的酸性物質，使pH上升。添加生物炭土壤有機質、堿解氮、有效磷、有效鉀的含量最高，與不修復處理比，分別提高50.66%、22%、45.33%、92.89%，對土壤肥力有較大提升。總體而言，在完成Cd污染土壤修復的前提下，生物炭修復劑在工程中可優先使用。3種不同處理方式的修復原理各不相同，影響修復效果的因素也較為復雜[8-9]，其作用機制和影響因素有待進一步研究。