不同改良劑對土壤中Cd生物有效性的影響研究

劉帥霞 馬夢娟 陳 納 王曉娟 王英戈 史 磊

（1.河南工程學院環境與生物工程學院，河南 鄭州 451191；2.鄭州市礦山-土壤修復重點實驗室，河南 鄭州 451191）

0 引言

隨著我國工礦業的迅速發展，土壤重金屬問題日益突出，因對人類的身體健康構成威脅而受到關注［1］，其中耕地點位超標19.4%，Cd 的超標率最高為7%。重金屬污染土壤修復的措施有很多，其中施用改良劑修復技術是當前修復土壤的措施之一［2-3］，其修復原理主要是通過改良劑的作用，改變土壤理化性質，將土壤中的重金屬從可利用形態轉化為毒性較低或不活躍的形態［4-6］，其優點是時間短、成本低和操作簡單，而且不需要復雜的工程設施制備，適用于處理大面積重金屬污染土壤［7-9］。本研究采用鈣鎂磷肥、羊糞和雞糞等常用肥料作為土壤改良劑，探討不同種類肥料改良劑對土壤理化性質和重金屬Cd 有效性的影響，以期能為鎘污染土壤的治理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤來自豫北某鉛鋅冶煉廠周邊土壤（0~20 cm），其污染可能與該地區長期冶煉有關。該地區屬暖溫帶大陸性季風氣候，年均氣溫為14.5 ℃，年均降水量為567.9 mm。供試土壤理化性質見表1。土壤改良劑分別為鈣鎂磷肥（湖南省懷化市瀘陽磷化工總廠）、羊糞和雞糞（均為市售商品）。

表1 供試土壤理化性質

1.2 試驗方法

在一系列500 mL 塑料量杯中稱量200.0 g 重金屬污染土壤，分別將3 種改良劑添加至土壤中，添加量為1.5 g/kg，將土壤與改良劑混合均勻，重復3次，其中，不添加改良劑的土壤為對照處理（CK）。將土壤培養15 d，期間保持土壤濕潤。培養結束后，進行樣品采集。在實驗室自然風干后，分別過10 目和100 目尼龍篩，保存封口袋中備用，分析土壤的理化性質及重金屬有效性的含量。

1.3 樣品分析

土壤pH值采用pH計測定（土水比為1∶2.5）［10］；有機質含量采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化-比色法測定［11］；土壤EC采用電極法測定［12］；土壤CEC采用乙酸銨法測定［13］；土壤中重金屬總量采用硝酸-氫氟酸-高氯酸消解［14-15］；土壤中Cd 有效態采用TCLP浸提［16］；溶液中Cd 含量用原子吸收分光光度計（島津AA6880）測定。

1.4 數據處理

數據采用Microsoft Excel 2017分析。相關性檢驗p值采用R 語言（3.6.3 版本）（統計分析與可視化）進行處理。Correlation 為相關性，Pearson 為相關系數，其中，**表示極顯著，p值在0.01 以下；*表示顯著，p值在0.01~0.05。

2 結果與討論

2.1 改良劑對土壤理化性質的影響

由圖1 可以看出，改良劑對pH 值的影響不同，在鈣鎂磷肥施用條件下，土壤pH 值降低，而羊糞和雞糞施用條件下則無明顯變化，見圖1（a）。隨著改良劑的施用，土壤電導率均有不同程度的升高，見圖1（b），其中，與對照相比，鈣鎂磷肥施用條件下，土壤電導率最高，其原因可能是鈣鎂磷肥的施用增加了離子數量，使土壤的電導率明顯升高，具體影響機制有待進一步研究。雞糞施用條件下，土壤有機質明顯升高，而鈣鎂磷肥施用條件下土壤有機質無明顯變化，見圖1（c）。陽離子交換量是土壤保肥能力的重要評價指標［17］。隨著改良劑的施用，土壤CEC 均有不同程度的升高，其中鈣鎂磷肥施用條件下，土壤CEC值最高，見圖1（d）。

圖1 改良劑對土壤理化性質的影響

2.2 改良劑對重金屬有效性的影響

土壤重金屬有效態是會產生毒害效應或者能夠被生物吸收利用的形態［18-20］。美國EPA 的TCLP方法是當前國際上主要用于檢測固體介質或廢棄物中重金屬元素的溶出性和遷移性的風險評價方法［21-22］。為了探究不同種類肥料作為改良劑對土壤Cd有效性的影響，本研究采用TCLP法浸提態Cd作為有效態［23-24］。隨著改良劑的施用，土壤中TCLP 浸提態Cd 含量有不同的變化，見圖2。施用雞糞和羊糞改良劑能使土壤Cd 的TCLP 提取態含量分別降低3.9%、11.6%；而鈣鎂磷肥施用條件下Cd 的TCLP 提取態含量升高9.3%。這一結果說明了當土壤肥料作為改良劑時，羊糞對土壤重金屬Cd 的有效態有著較為良好的鈍化效果，具備修復鎘污染土壤的潛力。

圖2 改良劑對土壤中有效態Cd含量的影響

2.3 相關性分析

為研究施用改良劑后土壤理化性質對Cd 的TCLP 提取態含量的影響，對土壤pH 值、有機質、土壤EC 和CEC 含量與TCLP 提取態Cd 含量進行相關分析，見圖3（a）。結果表明，土壤pH 值顯著影響TCLP 提取態Cd 含量，存在顯著的負相關關系（r=-0.621，n=12，p=0.031），見圖3（b）。土壤EC含量與Cd的TCLP提取態含量之間存在顯著的正相關關系（r=0.611，n=12，p=0.035），見圖3（c）。而土壤有機質、CEC與TCLP提取態Cd之間相關性不顯著。

圖3 不同土壤理化性質與TCLP提取態Cd含量的相關性分析

3 結語

施用1.5 g/kg鈣鎂磷肥能使土壤EC值和CEC值明顯升高，而使土壤pH 值降低；雞糞的施用明顯提高了土壤有機質含量，但對土壤pH 值無顯著影響。雞糞和羊糞改良劑的施用能使土壤中TCLP提取態Cd含量分別降低3.9%和11.6%；而鈣鎂磷肥施用條件下，Cd 的TCLP 提取態含量升高9.3%。土壤中TCLP提取態Cd含量與土壤EC值呈顯著正相關，而與土壤pH值呈顯著負相關。綜上所述，不同種類肥料改良劑對土壤理化性質和重金屬有效態的影響不同，其中羊糞對降低TCLP提取態Cd含量效果較好，可作為鎘污染土壤修復改良劑進一步研究。