陸素芬 曹晶瀟 田美玲

摘要：為了研究受酸性尾礦渣沖刷造成的低濃度Pb、Cd污染土壤的鈍化效果，篩選出降低土壤及蕹菜體中有效態(tài)Pb、Cd含量的改良劑。通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究了尾礦污染土壤中施用石灰、鈣鎂磷肥、泥炭、活性炭和聚丙烯酸鈉5種改良劑對(duì)蕹菜（water spinach）的生長(zhǎng)發(fā)育、Pb、Cd含量特性的影響，分析了施用改良劑后土壤pH值和有效態(tài)Pb、Cd含量的變化。研究表明，復(fù)合改良劑的施用不僅可以明顯提高蕹菜地上部鮮質(zhì)量，還可以降低蕹菜中鉛、鎘的含量。施加1%生石灰后的土壤pH值的均值為5.95，明顯高于未修復(fù)的土壤，結(jié)合蕹菜鮮質(zhì)量及其體內(nèi)Pb、Cd的含量，施用1%生石灰、0.2%鈣鎂磷肥、6%泥炭、0.4%活性炭和0.1%聚丙烯酸鈉后改良礦區(qū)污染土壤的效果最好?？傮w上講，施用改良劑對(duì)輕微Pb-Cd污染的酸性農(nóng)田土壤有修復(fù)作用，能夠確保蕹菜的種植安全性。

關(guān)鍵詞：鉛鎘污染;鈍化;土壤改良劑;蕹菜;生長(zhǎng)

中圖分類號(hào)： S151.9+3;S156.2 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2019）07-0278-04

礦山尾砂庫(kù)垮壩導(dǎo)致的污染物遷移和擴(kuò)散，不僅會(huì)導(dǎo)致大面積的土地污染，下游土地的重金屬含量升高，土壤酸化，有機(jī)質(zhì)含量降低和土壤板結(jié)[1-2]，而且會(huì)影響農(nóng)產(chǎn)品的生長(zhǎng)及品質(zhì)，最終危害到人體健康和生命安全。土壤的酸堿度、理化特性及重金屬與農(nóng)作物有著密切的聯(lián)系。因此，探討Pb-Cd污染對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的影響，為防止Pb-Cd污染和土壤修復(fù)具有重要意義。在農(nóng)產(chǎn)品的生長(zhǎng)發(fā)育中，土壤中的污染物會(huì)在農(nóng)產(chǎn)品體內(nèi)不同程度地累積。相關(guān)報(bào)道顯示，由于受到采礦活動(dòng)和冶煉業(yè)的影響，礦業(yè)周邊及下游農(nóng)田土壤出現(xiàn)板結(jié)、重金屬污染等問(wèn)題。如湖南省花垣礦區(qū)[3]、廣東省樂(lè)昌鉛鋅礦區(qū)[4]、云南省個(gè)舊市郊農(nóng)作物[5]、廣西省南丹典型礦區(qū)[6]等地蔬菜中的重金屬含量超標(biāo)。為了避免重金屬通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，可多種植對(duì)重金屬富集較低的蔬菜。此外，添加土壤改良劑改變土壤結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)土壤重金屬的吸附、沉淀或絡(luò)合作用等降低重金屬向農(nóng)作物的遷移作用。施加泥炭[7]、鈣鎂磷肥[8]、有機(jī)肥[9-10]、石灰[11]等措施不僅可以改善土壤質(zhì)量，還可以降低重金屬向植物體遷移的效率[11-12]，從而達(dá)到土壤改良和修復(fù)的效果[13]。如廣西省環(huán)江毛南族自治縣受尾砂庫(kù)潰壩影響的農(nóng)田就近6 666 hm2，導(dǎo)致該區(qū)域出現(xiàn)土壤板結(jié)、作物枯萎、土地荒廢等現(xiàn)象。因此，本研究針對(duì)廣西省環(huán)江毛南族自治縣受污染農(nóng)田土壤的特性，設(shè)置施加不同用量的5種改良劑（石灰、泥炭、鈣鎂磷肥、活性炭、聚丙烯酸鈉）的處理，進(jìn)行蕹菜（water spinach）種植盆栽試驗(yàn)。旨在了解不同環(huán)境材料對(duì)蕹菜的生長(zhǎng)及污染土壤環(huán)境質(zhì)量的影響，為修復(fù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤及改良劑的合理施用提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤取自廣西省環(huán)江毛南族自治縣受尾砂庫(kù)潰壩影響的污染土，為典型的赤紅壤，其基本理化性質(zhì)如表1所示。選用5種土壤改良劑分別為石灰、鈣鎂磷肥、泥炭、活性炭、聚丙烯酸鈉，試驗(yàn)處理如表2所示;試驗(yàn)蔬菜為蕹菜，栽培試驗(yàn)于2016年4月在桂林理工大學(xué)實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行模擬種植。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 土壤穩(wěn)定化處理 取污染農(nóng)田表層（0～20 cm）土壤作供試樣品，去除雜物，風(fēng)干過(guò)10目篩，稱取過(guò)10目篩土樣2 kg，按照表2的配方充分混勻后放置于花盆（高20 cm，盆直徑18 cm）中進(jìn)行老化（2周）。除石灰外，試驗(yàn)設(shè)計(jì)按所添加的另外4種修復(fù)材料進(jìn)行4因素4水平正交設(shè)計(jì)，共16個(gè)處理，每個(gè)處理4個(gè)平行，共設(shè)64個(gè)盆栽。在播種前對(duì)土壤進(jìn)行老化培養(yǎng)期間，在常溫常壓下，對(duì)土壤進(jìn)行澆水，確保保持土壤含水率為田間持水率的60%～70%;老化后種植蕹菜，種植周期為8周左右（可視具體的生長(zhǎng)狀態(tài)而增加或減少其種植周期）。收獲后，分別對(duì)蕹菜的生長(zhǎng)狀況（株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量）及可食部分進(jìn)行重金屬的全量分析。

1.2.2 蕹菜種植 種子的預(yù)處理：由于蕹菜種皮厚而硬，須進(jìn)行催芽，要用30 ℃左右的溫水浸種18 h，然后用沙布包好置于28～30 ℃的條件下催芽2 d，當(dāng)種子有50%～60%露白時(shí)即可進(jìn)行播種。將露白的種子每間隔2 cm×2 cm均勻撒種在試驗(yàn)盆栽土壤中，再覆蓋0.5～1.0 cm的疏松土樣，澆透水保濕，為防止水分的快速蒸發(fā)，再在土壤上覆蓋1層干稻草。種植期間定期對(duì)蔬菜澆水，確保土壤含水率在田間持水量的60%～70%。蕹菜從播種至可收獲的生長(zhǎng)周期為55 d，即苗高為20～30 cm時(shí)可采收。

1.3 樣品采集及測(cè)定

采用乙醇拭擦過(guò)的不銹鋼剪刀，對(duì)蕹菜地上可食部分進(jìn)行采集，去除表面的雜草及污垢，分別用檔案袋收集，帶回實(shí)驗(yàn)室用自來(lái)水反復(fù)清洗，去除表面泥土及灰塵，再用去離子水潤(rùn)洗3～5遍，自然晾干，測(cè)量其高度和鮮質(zhì)量。在80 ℃下烘干、粉碎、備用。采用5點(diǎn)混合法采集試驗(yàn)土壤約200 g，帶回實(shí)驗(yàn)室自然風(fēng)干后，分別過(guò)0.149、0.250 mm篩，備用。

土壤和植物消解參考美國(guó)國(guó)家環(huán)保局（US EPA）推薦的HNO3-H2O2[14]消解體系。土壤重金屬有效態(tài)含量的測(cè)定，采用碳酸氫銨-二乙三胺五乙酸（AB-DTPA）浸提法。土壤鎘（Cd）、鉛（Pb）含量用石墨爐-原子吸收光譜法測(cè)定。土樣的pH值、速效磷含量和有機(jī)質(zhì)含量參照《土壤農(nóng)化分析》[15]進(jìn)行測(cè)定。樣品分析過(guò)程中分別加入空白樣、平行樣和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的土壤樣品（GSS-6）、植物樣品（GSV-1）進(jìn)行質(zhì)量控制，樣品分析過(guò)程所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，所用水均為超純水。分析過(guò)程中的各種重金屬的回收率分別為：Cd，84.4%～113.2%;Pb，88.0%～106%，質(zhì)量控制結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許范圍，符合試驗(yàn)樣品分析質(zhì)量控制要求。

1.4 數(shù)據(jù)處理

所得數(shù)據(jù)均為4次重復(fù)試驗(yàn)的平均值，數(shù)據(jù)表述為“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”，用Microsoft Office Excel 2010軟件進(jìn)行整理，采用SPSS 10.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析和多重比較。用單因素方差分析方法分析盆栽試驗(yàn)土壤不同處理間重金屬不同形態(tài)的差異，采用多重比較法進(jìn)行多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑處理對(duì)污染土壤中理化特性的影響

供試土樣的pH值為3.21。由表3可知，添加改良劑的所有處理土壤pH值均明顯高于供試土樣，且均達(dá)到適合植物生長(zhǎng)的范圍，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，添加石灰對(duì)土壤pH值具有顯著提高作用（P<0.01）。其中，與處理1相比，復(fù)合添加修復(fù)劑處理的盆栽土壤pH值均有所提高，其中pH值增加最為明顯的是處理16（pH值=7.40）與處理15（pH值=7.27），且處理2～處理16的pH值均高于處理1?？傮w來(lái)說(shuō)，復(fù)合添加劑施加水平的增加對(duì)提高土壤pH值有一定的作用。

處理3、處理7～處理16的速效磷含量均高于NY/T 391—2000《綠色食品 產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》中Ⅰ級(jí)肥力標(biāo)準(zhǔn)（>10 mg/kg）;其中，處理4、5達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)中Ⅱ級(jí)肥力標(biāo)準(zhǔn)（5～10 mg/kg）。可知，施加的修復(fù)劑能提高土壤速效磷含量， 且大部分處理可達(dá)到Ⅰ級(jí)肥力標(biāo)準(zhǔn)。添加復(fù)合修復(fù)劑的處理中，除了處理6外，其余各處理的有機(jī)質(zhì)含量均高于未施加修復(fù)劑的處理1，達(dá)到《全國(guó)第2次土壤普查養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)》的四級(jí)水平。

通過(guò)組間差異分析得出同一因子影響結(jié)果的離散程度，離散程度越大，說(shuō)明結(jié)果受該因子影響越大。通過(guò)對(duì)添加的修復(fù)材料中不同含量的組間及組內(nèi)的差異分析得出，對(duì)pH值、速效磷含量和有機(jī)質(zhì)含量影響最大的因素為泥炭，其中pH值、速效磷含量、有機(jī)質(zhì)含量在泥炭施加量為6%時(shí)最大，均值分別為7.23 mg/kg、28.23 mg/kg和19.74 g/kg。針對(duì)4種因素對(duì)其進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果如表4所示，鈣鎂磷肥對(duì)土壤pH值和速效磷含量有顯著性影響，泥炭對(duì)土壤中pH值、速效磷含量和有機(jī)質(zhì)含量都有顯著性影響，活性炭只對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有顯著性影響，其余因素對(duì)土壤的pH值、速效磷含量和有機(jī)質(zhì)含量均無(wú)顯著性的影響。

2.2 不同改良劑對(duì)土壤有效態(tài)Pb-Cd的影響

總體來(lái)看，有效態(tài)Pb、Cd的含量均處于較低水平（表5）。其中，處理2、3、11的有效態(tài)Pb含量高于未施加復(fù)合修復(fù)劑的處理1，其他處理有效態(tài)Pb含量均低于處理1;除處理9有效態(tài)Cd含量高于處理1外，其余處理均低于處理1。針對(duì)土壤有效態(tài)Pb、Cd，大部分的處理達(dá)到了鈍化效果。

由統(tǒng)計(jì)分析（表4）結(jié)果可知，對(duì)土壤有效態(tài)Pb、Cd含量影響最大的因素為鈣鎂磷肥，其中土壤有效態(tài)Pb、Cd含量最小，均值分別為69.17、0.047 mg/kg。由表4可知，鈣鎂磷肥對(duì)土壤中Pb、Cd含量影響顯著;活性炭、聚丙烯酸鈉均對(duì)土壤中Pb含量影響顯著。根據(jù)施加不同含量改良劑對(duì)有效態(tài)Pb、Cd的處理效果，本試驗(yàn)分析土壤有效態(tài)Pb、Cd在各因素不同水平的含量大小（表5）。針對(duì)有效態(tài)Pb含量，施加改良劑組合為 0.4% 鈣鎂磷肥、0.4%活性炭和0.3%聚丙烯酸鈉時(shí)，其含量最小;當(dāng)施加0.6%鈣鎂磷肥、2%泥炭、0.4%活性炭時(shí)，土壤有效態(tài)Cd的含量最小。

2.3 不同改良劑處理土壤種植蕹菜生長(zhǎng)情況及鉛、鎘含量

不同處理間蕹菜植株長(zhǎng)勢(shì)不均衡，植株最高達(dá)為22 cm，其中大部分高度為12～16 cm，而最低的株高僅4～5 cm。從實(shí)際種植情況來(lái)看，植物的長(zhǎng)勢(shì)越茂盛越好，鮮質(zhì)量值越大越好。由表6可知，添加復(fù)合改良劑的蕹菜鮮質(zhì)量均高于處理1，說(shuō)明供試土壤須施加一定量的改良劑才能確保蕹菜正常生長(zhǎng)。各因素對(duì)蕹菜鮮質(zhì)量的影響分析結(jié)果顯示，對(duì)蕹菜生物量影響從大到小順序?yàn)槟嗵?鈣鎂磷肥>活性炭>聚丙烯酸鈉，且施加6%泥炭對(duì)生物量的影響最大。

由表6可知，添加復(fù)合改良劑的蕹菜Pb含量均低于處理1。其中，處理1、2、5、6、13、14、15種植的蕹菜Pb含量均超過(guò)GB 2762—2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》的限量值0.3 mg/kg;處理8、12的蕹菜Pb含量較低，約為 0.05 mg/kg。所有處理的蕹菜Cd含量均低于GB 2762—2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》的限量值 0.2 mg/kg;其中，處理2、9的蕹菜Cd含量高于處理1，說(shuō)明該處理施加的修復(fù)劑可能在一定程度上促進(jìn)了蕹菜對(duì)Cd的吸收。由于蕹菜中Pb含量超標(biāo)，筆者對(duì)其影響因素進(jìn)行單因子差異性分析，結(jié)果（表4）顯示，施加鈣鎂磷肥、泥炭、活性炭對(duì)蕹菜中Pb含量影響顯著，而施加聚丙烯酸鈉影響不顯著。

3 討論與結(jié)論

土壤有效態(tài)重金屬的穩(wěn)定性會(huì)隨土壤pH值的增加而增加。通過(guò)調(diào)節(jié)土壤pH值來(lái)調(diào)控金屬絡(luò)合物的形成，調(diào)節(jié)重金屬在土壤中的行為， 重金屬的有效性會(huì)隨著堿度的增加而降低[16-17]。本試驗(yàn)中施加的改良劑（生石灰、鈣鎂磷肥、泥炭、活性炭、聚丙烯酸鈉）明顯提高環(huán)江地區(qū)污染土壤的pH值，將其控制在適宜作物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)。施加復(fù)合改良劑對(duì)土壤pH值和速效磷含量、有機(jī)質(zhì)含量均有明顯影響，其中施加1%石灰對(duì)該區(qū)域土壤pH值有顯著的提高作用。有關(guān)研究表明，土壤施加石灰后，水溶態(tài)、交換態(tài)Pb、Cd含量隨石灰用量的增加而急劇減少[18-19]，同時(shí)土壤Pb、Cd的植物可利用性降低。此外，在未施加改良劑前，土壤氮鉀含量較高，但處于嚴(yán)重缺磷、極度酸化狀態(tài)，但在修復(fù)后前述情況均有所改善。

其中處理8蕹菜可食部分中Pb含量最低，改良劑的組合及施加量為1%生石灰、0.2%鈣鎂磷肥、6%泥炭、0.4%活性炭和0.1%聚丙烯酸鈉?？紤]所種植蕹菜的生物量與株高影響，筆者認(rèn)為施加6%泥炭、0.4%活性炭的改良劑，植物的長(zhǎng)勢(shì)最佳。綜上所述，當(dāng)改良劑組合為1%生石灰、0.2%鈣鎂磷肥、6%泥炭、0.4%活性炭、0.1%聚丙烯酸鈉時(shí)，蕹菜Pb、Cd含量和生物量能達(dá)到最佳水平。

對(duì)于該區(qū)域污染土壤，相對(duì)于對(duì)照組處理1，施加復(fù)合改良劑的處理能明顯減小土壤有效態(tài)Pb、Cd遷移性和生物有效性，并達(dá)到一定的穩(wěn)定化效果。施加復(fù)合改良劑的處理中，除處理2、9外，其他蕹菜Cd含量均低于處理1，且低于GB 2762—2012《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中的相關(guān)限值，符合食品安全性的要求。但部分處理蕹菜Pb含量仍高于對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值，而均低于未施加改良劑的處理1。結(jié)合蕹菜生物量及體內(nèi)Pb、Cd含量，施加改良劑的最佳水平為1%生石灰、0.2%鈣鎂磷肥、6%泥炭、0.4%活性炭和0.1%聚丙烯酸鈉。

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