賈 憲

（晉能控股煤業(yè)集團物流有限公司，山西 忻州 037000）

引言

山西省是我國最大的煤炭生產(chǎn)地之一。截止至2021 年1 月份，山西省生產(chǎn)煤礦達到了670 座，僅忻州市煤礦就達到44 座，年生產(chǎn)能力最高可達800 萬t。飛速發(fā)展的煤礦生產(chǎn)事業(yè)不僅為忻州市帶來了巨大的經(jīng)濟收益，而且引發(fā)了日益嚴重的存量土地萎縮問題。而煤矸石充填復(fù)墾是煤礦行業(yè)存量土地整合利用的有效手段之一，重金屬污染則是阻礙這一存量土地利用手段實施的主要因素。因此，從二氧化錳改性蛭石-蒙脫土著手，探究煤矸石充填復(fù)墾區(qū)重金屬——鎘污染土壤的修復(fù)方法非常必要。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

樣本材料源于山西省忻州市煤矸石充填復(fù)墾區(qū)，樣品采集深度為0 cm～20 cm。在選定的土壤采樣點同步收集青菜，依據(jù)每5 株～10 株為一個單元的標準，包裝青菜樣本。

試驗材料為二氧化錳改性后蛭石-蒙脫土（VER-Mt），二氧化錳由硫酸錳與高錳酸鉀反應(yīng)獲得[1]。

1.2 試驗方法

試驗方法為盆栽試驗法，準備50.0 cm×30.0 cm×30.0 cm（長×寬×深）花盆，先加入過20 目（0.85 mm）篩后農(nóng)田土，作為對照組。加入二氧化錳改性蛭石-蒙脫土作為實驗組。實驗組包括3 個處理。處理1 中改性蒙脫石的添加量為2.5 g/kg，處理2 中改性蒙脫石的添加量為5.0 g/kg，處理3 中改性蒙脫石的添加量為15 g/kg。

處理后，每一個花盆中均加入等量的氮磷鉀復(fù)合肥、改良劑、水。平衡30 d，每盆播種25 粒青菜種，依據(jù)常規(guī)方法播種、管理。90 d 后，隨機選取青菜進行實驗。

實驗中土壤pH 測定方法為pH 計測量；土壤中鎘含量測定方法為消解法、石墨爐原子吸收光譜法；青菜體內(nèi)各部位鎘含量測定方法為微波消解法+懸汞電極微分脈沖譜溶出法；青菜生長狀況測定方法為軟尺測量法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)處理方法為Excel2020、SPSS26.0 軟件。

2 結(jié)果與討論

2.1 VER-Mt 對土壤中各形態(tài)鎘含量變化的影響

土壤中鎘存在形式包括鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)、可交換態(tài)等。不同形態(tài)的鎘反映了其在土壤中的遷移特征、潛在危害[2]。對照組與實驗組不同形態(tài)的鎘含量變化如表1。

表1 VER-Mt 處理前、后土壤中不同形態(tài)鎘的平均含量變化（mg·kg-1）

如表1 所示，利用VER-Mt，可以促使復(fù)墾區(qū)可交換態(tài)鎘含量下降、殘渣態(tài)鎘含量上升，鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)的鎘含量變化不明顯，但總體呈現(xiàn)下降狀態(tài)。

2.2 VER-Mt 對土壤pH 值的影響

土壤pH 是復(fù)墾區(qū)土壤關(guān)鍵屬性之一，也是土壤形成、熟化過程判定依據(jù)[3]。土壤pH 值對土壤內(nèi)鎘的有效形態(tài)也具有一定影響，進而干擾植物吸收營養(yǎng)元素效率。一般在土壤pH 值向高水平發(fā)展的情況下，土壤內(nèi)水合氧化物含量也較高，會促使有機物負電荷、黏土礦物負電荷向高水平發(fā)展，降低鎘有效濃度。

忻州市煤矸石充填復(fù)墾區(qū)原土（對照組）pH 平均值為6.80，最大值為6.93，最小值為6.59，為弱酸性。而利用VER-Mt 對復(fù)墾區(qū)土壤進行處理后，土壤pH平均值達到7.18（處理1）、7.32（處理2）、7.38（處理3），表明VER-Mt 可以提高土壤pH 值，降低鎘有效濃度。

2.3 VER-Mt 對青菜體內(nèi)各部位鎘含量的影響

對照組青菜莖葉中鎘含量為0.055 mg/kg，根系中鎘含量為0.135 mg/kg。相較于對照組來說，處理1 青菜莖葉中鎘含量下降了0.007 mg/kg，根系中鎘含量下降了0.005 mg/kg；處理2 青菜莖葉鎘含量下降了0.013 mg/kg，根系中鎘含量下降了0.017 mg/kg；處理3青菜莖葉鎘含量下降了0.018 mg/kg，根系中鎘含量下降了0.032 mg/kg。表明施用VER-Mt 可以改善青菜富集重金屬鎘的情況，降低青菜健康生態(tài)風(fēng)險。

2.4 VER-Mt 對青菜生長狀況的影響

以青菜株高、總重為對象，對10 d 后的青菜苗、90 d 后的收獲青菜生長狀況對比。得出,對照組因鎘活性過高，青菜苗出現(xiàn)葉片發(fā)黃、枯萎、根部腐爛情況，90 d 后的青菜株高、總重也處于最低水平。相較于對照組而言，處理1 的青菜鮮重增加了7.45%，株高增加了0.62%；處理2 的青菜鮮重增加了23.55%，株高增加了9.52%；處理3 的青菜鮮重增加了42.36%，株高增加了13.65%。表明施加VER-Mt 對青菜生長具有顯著的促進作用。

3 結(jié)果分析

3.1 VER-Mt 對土壤理化性質(zhì)及鎘含量影響

添加VER-Mt 后，其表面附著的可溶性鹽基離子可以與土壤氫離子發(fā)生交換反應(yīng)，如鉀離子、鈉離子、鎂離子等，促使土壤氫離子含量向低水平發(fā)展，促使土壤堿性上升。

可交換態(tài)鎘活性在復(fù)墾區(qū)植物鎘吸收中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，其含量與復(fù)墾區(qū)恢復(fù)效果呈負相關(guān)；而殘渣態(tài)是一種程度較強的結(jié)合態(tài)，無法被植物吸收，其含量與復(fù)墾區(qū)修復(fù)效果呈正相關(guān)。通過添加VER-Mt可以提高殘渣態(tài)鎘含量，降低可交換態(tài)鎘含量，提高復(fù)墾區(qū)修復(fù)效果。

3.2 VER-Mt 對青菜生長狀況影響

VER-Mt 可以疏松土壤、吸收水分、保持土壤營養(yǎng)濃度，降低鎘等重金屬對青菜的毒害作用，有效促進青菜生長。同時，隨著VER-Mt 添加量的增加，其對青菜生長狀況的促進作用也逐步提升，但在達到一定值后，其對青菜生長的促進作用也進入穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語

綜上所述，影響山西省忻州市煤矸石充填復(fù)墾區(qū)修復(fù)的鎘存在形態(tài)為可交換態(tài)、殘渣態(tài)，兩者含量呈負相關(guān)。施加經(jīng)二氧化錳變更性質(zhì)的蛭石-蒙脫土后，兩種形態(tài)的鎘含量分別向低水平、高水平發(fā)展，總鎘活化率表現(xiàn)出顯著下降趨勢。

原區(qū)土壤樣酸堿度為6.80，利用二氧化錳改性蛭石-蒙脫土后，酸堿度達到7.10。表明經(jīng)二氧化錳變更性質(zhì)的蛭石-蒙脫土可以將偏酸性土壤調(diào)整為中性。

在復(fù)墾區(qū)，青菜根部、莖葉會富集鎘。而施加經(jīng)二氧化錳改性后的蛭石-蒙脫土，可以促使青菜根部、莖葉鎘含量下降，提高青菜生長質(zhì)量。