膨润土对汞污染土壤及小白菜养分和汞含量的影响

狄晓颖，洪坚平，谢英荷，陈灿灿，侯锦升

（1.山西农业大学信息学院，山西太谷030801；2.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

膨润土对汞污染土壤及小白菜养分和汞含量的影响

狄晓颖1，洪坚平2，谢英荷2，陈灿灿1，侯锦升1

（1.山西农业大学信息学院，山西太谷030801；2.山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

以汞污染土壤和小白菜为供试材料，利用盆栽试验研究不同汞污染处理下膨润土的不同添加量对汞污染土壤及小白菜中养分和汞含量的影响。结果表明，汞污染程度和膨润土的添加量对汞污染土壤及小白菜养分和汞含量产生不同影响，其中，污染土壤中，低汞污染PG处理时，碱解氮含量可高达到38.63 mg/kg，较对照差异明显；低汞污染下PG处理中有效磷含量值达到13.03 mg/kg；各汞污染下，PG处理土壤中有效钾含量较对照差异显著，差幅介于25.31～39.38 mg/kg；汞污染程度与小白菜氮含量呈负相关，而膨润土的添加量与小白菜钾含量呈正相关；当膨润土的添加量达到40 g/kg时，土壤中汞含量达到最大，小白菜中汞含量达到最小值。

小白菜；土壤；汞污染；养分；汞含量

20世纪50年代，日本水俣病事件引发数千人中毒死亡，在世界范围内引起对汞污染重视[1]。由于工业“三废”的大量排放、化石燃料燃烧、生活垃圾不正确处理、含汞矿山开采等，使得环境中汞含量高出环境背景值若干倍，甚至一些地处内陆偏远无明显涉汞工业污染源的地区的汞含量都较当地环境背景值高出很多[2]。我国汞的大量消费，造成局部地区甚至是区域范围内汞严重污染。山西是我国重要的工业基地，因采矿和工业生产活动导致的土壤重金属污染问题突出[3]。栗献锋[4]研究表明，太原市污灌区土壤重金属污染指数和单因子潜在生态危害系数均较高，其中，Hg不仅会引起土壤环境污染，同时也会造成相应的生态危害。膨润土是具有良好膨胀性、吸附性和阳离子交换性的含水黏土矿物[5]。由于其良好的离子交换性能，它能通过钝化重金属[6]，降低其生物有效性，使植物对重金属的吸收量减少，固定受污染土壤中的重金属，因而在工农业及环境保护方面有着广泛的应用[7]。在重金属严重污染区，利用不同性质的物化改良剂混合配施成的复合改良剂，可以在一定程度上提高土壤改良和重金属钝化的效果[8]。

本试验旨在通过研究膨润土对汞污染土壤[9]及小白菜养分和汞含量的影响，为农业生产中利用膨润土改良土壤结构、改善土壤肥力、修复汞污染土壤提供一定的理论参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

表1 供试土壤基本理化性质

供试作物为小白菜，其种子购自北京万隆裕丰种子有限公司，属于四季小白菜。

供试土壤于2016年3月采自山西省太谷县水秀乡建筑工地生土层，其基本性质列于表1。

1.2 试验设计

本试验选用添加3个不同浓度梯度的氯化汞模拟汞污染土壤，以空白无汞添加土壤为对照，再添加钝化剂膨润土以研究其对土壤和植物的养分状况及总汞含量的影响。试验以盆栽形式在大棚中进行，周期为30 d，每组设3个平行，含条件对照和空白对照，设置1个对照和3个处理，每个处理有3个重复。盆栽共48盆，其中，试验组27盆，条件对照18盆，空白对照3盆。以小白菜为指示植物。试验盆需将4 kg风干土壤装入高为20 cm、内径为25 cm的塑料桶中，装盆时施入鸡粪0.8 kg作底肥，将质量分别为40，80，160 g的膨润土混匀装盆，完成编号，加入浓度分别为1.5，9.5，17.5 mg/kg的氯化汞溶液模拟汞污染土壤，放置陈化7 d后，移入长势均匀的小白菜幼苗3株，最后加入去离子水，确保土壤水分达到田间持水量的70%。另外，在小白菜生长期间，应不定期加入去离子水，使土壤保持湿润。试验期间应使得各项管理措施均相同，并及时调整盆栽位置，使小白菜植株能够获得均匀光照。小白菜于2016年8月15日移植，9月15日收获。收获时将小白菜地上可食用部分和根部分开采集，并取部分土壤进行分析测定。具体设计方案列于表2。

表2 盆栽试验设计方案

1.3 样品处理与分析

所采集土样于阴凉通风、无污染的室内自然风干，待完全风干后，剔除动植物残体、石子等，用玛瑙研钵研磨，磨碎过2 mm筛，备用。测总汞的样品需全部过筛，后装袋置于干燥器中备用。

植物收获后，先用自来水冲洗，再用去离子水洗净，滤纸擦干，于95℃杀青30 min，然后在55℃烘箱中烘干，粉碎过筛后装袋置于干燥器中备用。

1.4 测定项目及方法

参照鲍士旦《土壤农化分析》[10]（第3版）的测定方法，测定全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、总汞含量。

1.5 数据处理

数据采用Microsoft Excel 2003和SPSS 19.0进行分析，用Duncan法进行方差分析（α＝0.05）。

2 结果与分析

2.1 施用膨润土对汞污染土壤养分的影响

在不同汞污染处理下，添加不同水平的膨润土，土壤中全氮含量均低于无汞污染对照处理，汞污染处理水平对土壤中的全氮含量影响明显（图1）。条件对照组按汞污染浓度从高到低的顺序，土壤中全氮含量分别为0.24，0.35，0.48，0.58 g/kg；空白对照组中土壤全氮含量为0.58 g/kg，故汞污染程度会对土壤中全氮含量有一定程度的影响。其中，添加高水平的膨润土，与添加中、低2种水平膨润土的土壤中全氮含量差异显著，且在不同汞污染处理下，土壤全氮含量都会随着膨润土的的增加而增加。添加高水平的膨润土，其全氮含量与条件对照差异显著。按汞污染处理从高到低的顺序，增加量依次为0.18，0.24，0.21，0.19 g/kg，在中等汞污染处理下，土壤中全氮含量最高。

盆栽试验条件下，不同程度的汞污染使得土壤中全磷含量降低，与对照组间差异明显。由图1可知，高汞污染处理较其他汞污染处理全磷含量低，降幅最高达0.63 g/kg。添加高水平的膨润土处理较其他处理土壤中全磷含量高，其中，以无汞污染添加高剂量膨润土处理全磷含量大，其值为1.82 g/kg。各处理较仅添加膨润土的条件对照增幅依次为0.16，0.29，0.35，0.5 g/kg。在高汞污染下无膨润土添加的处理中，全磷含量最低，仅为1.03 g/kg。故添加膨润土对土壤中的全磷含量存在影响。陈文娟等[11]在研究安徽芜湖市土壤汞污染评价及影响因素分析中认为，土壤的理化性质影响土壤中汞含量，而土壤中汞含量与土壤全磷含量基本呈正相关关系。

⑥争取将水资源费作为汉江中下游生态补偿的稳定资金来源。目前，国务院正在积极筹备出台“南水北调中线工程管理条例”，水利部也正在制定“跨流域调水管理办法”，南水北调中线工程水资源费的收取与使用是其中的重要内容。建议积极向中央呼吁，将收取的水资源费的部分资金采取中央财政转移支付方式用于对汉江中下游的生态补偿，解决汉江中下游治理工程运行费问题以及相关生态环境治理问题，并以条款的形式纳入上述条例与办法当中，使之成为汉江中下游生态补偿的稳定资金来源。

由图1可知，汞污染程度对土壤中全钾含量有一定程度的影响，均与无汞对照间差异显著。在低汞污染下，添加高水平的膨润土处理，其土壤中全钾含量为30.83 g/kg，较其他处理含量高，较对照低4.8 g/kg。在无汞污染处理下，添加高水平膨润土，其全钾含量达到35.63 g/kg，与其他处理间差异明显。在相同汞污染处理下，随着膨润土的增加，土壤中全钾含量呈增加趋势。其中，以高汞污染处理添加高水平的膨润土增加幅度最大。

从表3可以看出，土壤中碱解氮的含量与土壤汞污染程度和膨润土的施用量均相关。高汞污染下，添加低水平膨润土的处理中碱解氮含量最低，为27.01 mg/kg，比对照组高17%；低汞污染下，添加高水平膨润土的处理，其碱解氮含量最高，为38.63 mg/kg，较对照组高30%，且差异明显。这与李吉进等[12]在膨润土保氮增产效果上的研究结果类似，膨润土在一定范围内的用量与硝态氮、铵态氮的淋溶量成反比。

表3 施入不同水平的膨润土对土壤速效养分含量的影响mg/kg

在低汞条件下，汞污染土壤中添加膨润土处理时，添加中等剂量的膨润土有效磷含量最高，为13.74 mg/kg，与对照组有显著差异。以中汞污染土壤中添加低剂量的膨润土处理有效磷含量最低，为11.67mg/kg，与对照差异不明显。

土壤中速效钾的含量与土壤汞污染程度相关。汞污染对土壤有效钾含量的影响从大到小的顺序为低汞污染处理土壤＞中汞污染处理土壤＞高汞污染处理土壤。添加中等水平的膨润土在3种不同汞污染处理下，其土壤中速效钾含量均低于其他汞污染处理，与对照差异不明显。而添加高水平的膨润土对土壤中有效钾含量与对照间差异显著，幅度介于25.31～39.38 mg/kg。

2.2 施用膨润土对汞污染作物小白菜养分含量的影响

由表4可知，小白菜中氮含量在高、中汞污染程度土壤中，其含氮量随膨润土的增加而增加，较对照差异不明显。在相同水平的膨润土处理下，小白菜中氮含量与土壤汞污染程度呈负相关关系，在高汞污染处理下，其氮含量与对照差异明显。其中，在高汞污染下，添加低剂量的膨润土使得小白菜中氮含量降低，仅较对照高0.06百分点。

表4 施用不同水平膨润土对小白菜养分含量的影响%

小白菜中磷含量在同一汞污染程度下，添加膨润土的处理与空白对照间无明显差异。在相同汞污染且添加中等剂量膨润土的处理中，小白菜中的磷含量较其他2种处理低，与空白对照差异不明显；小白菜中的磷含量以低汞污染添加低剂量的膨润土处理最高，与空白对照差异显著，增加0.1百分点；而土壤汞污染程度对作物中磷含量有一定影响，在低汞污染下添加高水平的膨润土处理磷含量与对照间差异显著，比对照高0.07百分点。

作物小白菜中钾含量与膨润土的添加量呈正相关，与土壤汞污染程度呈负相关。在相同汞污染下，添加高剂量的膨润土其钾含量与对照间差异显著。按汞污染程度从高到低的顺序，与对照相比，其钾含量增幅依次为2.46，2.14，2.04，1.03百分点，以高汞污染处理增幅最大。

膨润土不仅有出色的保肥保水能力，而且能吸附土壤中的部分汞元素，减轻土壤汞污染。由表5可知，在各汞污染水平下，增大膨润土的添加剂量，土壤中总汞含量增大，而小白菜植株中的汞含量会逐步降低，均与对照间差异显著。在同一汞污染处理下，添加高水平膨润土的处理，其土壤汞含量较空白对照增幅最大，说明提高膨润土的添加剂量，土壤中汞含量增加幅度降低。高汞污染下，施入高剂量膨润土处理时，土壤中总汞含量为15.92 mg/kg，植株体内汞含量为0.29 mg/kg，土壤中汞含量比对照组提高20.9%，作物体内汞含量比对照组降低43.1%，与对照间差异明显；中汞污染下，添加高水平膨润土处理中，土壤汞含量比对照提高40.7%，而小白菜中汞含量则较空白降低56.4%；在低汞污染处理中，土壤汞含量较空白提高61.3%，而作物中汞含量则较空白对照降低51.5%。该结论与侯明[13]在影响生物汞有效性的因素中研究结论相似，膨润土在高用量下有利于土壤汞的解析，中、低、高用量均能抑制土壤汞的解析。

表5 施用不同水平膨润土对小白菜养分含量的影响mg/kg

本试验在各相同汞污染处理下，土壤中添加膨润土到达高水平时，土壤中总汞含量最高，而作物小白菜中汞含量最低。不同汞处理按土壤总汞含量高低依次为：高汞污染处理＞中汞污染处理＞低汞污染处理＞无汞污染处理（对照）；不同汞污染处理按作物小白菜中汞含量排序依次为：高汞污染处理＞中汞污染处理＞低汞污染处理＞无汞污染处理（对照），土壤中的总汞含量和小白菜中的汞含量均随着膨润土添加水平的增加而增加。由此可知，膨润土添加量达到40 g/kg时，可有效减少汞污染土壤中汞元素从土壤中向作物中迁移，保证农业生产安全。

3 结论

本试验结果表明，土壤中碱解氮的含量与汞污染程度和膨润土的施入剂量相关，而速效钾含量仅与汞污染程度相关，有效磷含量与二者间无明显关系。

土壤汞污染程度与盆栽作物小白菜中氮含量呈负相关，对磷含量、钾含量有一定程度影响；膨润土的添加量与钾含量呈正相关，对氮、磷含量影响不明显。

土壤中汞污染程度对盆栽作物小白菜中汞含量有影响，土壤中污染程度愈大，小白菜中汞含量愈高，而随着膨润土添加水平从0 g提高至160 g时，盆栽作物小白菜中汞含量逐渐降低，其降低幅度介于0.17～0.22 g/kg。故汞污染土壤中添加膨润土的量达到40 g/kg时，可以有效降低汞污染小白菜中的汞含量。

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Effects of Bentonite on Nutrients and Mercury Content in Mercury Contaminated Soil and Pakchoi

DI Xiaoying1，HONGJianping2，XIE Yinghe2，CHENCancan1，HOUJinsheng1
（1.College ofInformation，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China；2.College ofResources and Environment，Shanxi Agricultural University，Taigu 030801，China）

The effects of different amounts of bentonite on the contents of nutrients and mercury in mercury contaminated soil and pakchoi were studied by pot experiment.The results showed that the amount of mercury pollution and bentonite had a different effect on nutrient and content ofmercury in mercury contaminated soil and pakchoi,in lowmercury pollution PG treatment,nitrogen content could be up to 38.63 mg/kg,the different achieved significantly level compared with blank experiment,in lowmercury pollution PG treatment, phosphorus content reached 13.03 mg/kg,in the same mercury pollution by PG treatment,soil available potassium content had significant difference compared with the blank experiment,the difference between the range of 25.31-39.38 mg/kg.The nitrogen content in pakchoi was negative correlation with mercury pollution,and the amount of bentonite was correlation with potassium content in the pakchoi.When the amount of bentonite applied in the soil reached 40 g/kg,the soil mercury content reached the maximum,and the mercurycontent in pakchoi reached the minimum.

pakchoi;soil;mercurypollution;nutrients;mercurycontent

X53

：A

：1002-2481（2017）06-0966-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.06.25

2017-04-24

狄晓颖（1981-），女，山西襄汾人，在读硕士，研究方向：农业资源利用和污染土壤修复。洪坚平为通信作者。