钝化剂在土壤镉污染修复中的应用

任雪菲

（航天凯天环保科技股份有限公司，长沙 410100）

前言

我国土壤污染状况整体不容乐观，耕地土壤环境质量堪忧，全国土壤镉超标率7.0%，耕地点位超标率19.4%，已对农产品质量安全构成严重威胁。土壤重金属污染由于其隐蔽性、滞后性、累积性和不可逆性，难以修复。我国耕地土壤重金属污染防治研究是一项长期、复杂、艰巨且极其迫切的任务。

目前国内常用的土壤修复技术有原位钝化修复技术、植物富集技术、农艺调控技术。原位钝化修复技术由于成本低廉、便于操作、效率高，适用于大面积中轻度重金属污染耕地修复治理。原位钝化修复技术是指向土壤中添加天然或人工合成的矿物材料，通过吸附作用、离子交换、化学沉淀、络合（螯合）、氧化-还原等机制降低重金属的生物有效性，减少植株对重金属的吸收[1、2]。按钝化剂的性质差异可将其分为无机类、有机类和有机-无机复合类。其中无机类主要包括石灰、粉煤灰等碱性物质，羟基磷灰石、磷矿粉等磷酸盐类以及天然或人工合成的沸石、膨润土等矿物。有机类包括农家肥、草炭等有机肥料[3]。生物质炭是作物秸秆在缺氧或厌氧条件下高温裂解而制成的一种新型的修复材料[4]，已有研究表明其对Cd、Pb等重金属元素具有较强的吸附和固定能力，可作为土壤重金属的钝化剂[5、6]。Guo等指出，施用钝化剂可降低农业土壤中重金属的有效性，减少作物对重金属的吸收，是一种经济有效、环境友好、切实可行的治理措施[7]。本文通过田间小区试验，研究优化钝化剂的配方及使用条件，为大规模田间示范推广提供理论依据。

1 试验示范

试验区域在湖南某县，土壤类型为红壤、呈酸性，pH为5.3，主要污染是Cd，土壤Cd含量为0.82mg/kg，有效态Cd含量为0.602mg/kg。

试验材料：选用自主研发的3种钝化剂（钝化剂L、钝化剂NA、钝化剂NB），以黏土矿物和碱性材料复配为主。

试验设计：试验选用常规水稻品种进行晚稻小区试验；设空白对照（CK），3种钝化剂处理（L、NA、NB），2个添加量（1500kg/hm2，3000kg/hm2），均设3次重复，共21个小区，每个小区30m2，采用随机区组排列。小区间用覆薄膜的田埂隔开，小区间单排单灌。

试验操作流程：在水稻种植前按照试验设计布置小区，分别添加钝化剂，反复翻耕使其混合均匀，平衡一周后进行水稻移栽，每个小区移栽水稻株数相同。施肥按当地常规方式及用量，田间管理按照当地常规方式进行。小区水分管理保持长期淹水状态。

样品采集及处理：水稻成熟后采收植株样和土样。每个小区单独采收，水稻样品自然风干后于实验室制备糙米样品，装袋备用待测。土样自然风干，研磨分别过10目、100目筛，装袋后备用待测。

2 结果

2.1 土壤钝化剂对土壤pH的影响

由图1可知，与对照相比，施用钝化剂后土壤pH均有所上升，幅度为0.8～1.6个单位。其中钝化剂NB对土壤pH的调节效果最好，钝化剂L次之，钝化剂NA最小。三种钝化剂添加量的增加对土壤pH的增幅效果不明显。

图1 钝化剂对土壤pH的影响

2.2 土壤钝化剂对土壤有效态Cd含量的影响

由图2可知，与对照相比，施用钝化剂后土壤有效态Cd含量均降低，降幅为38%～63%。其中钝化剂L对土壤有效态Cd含量的降低效果最好，钝化剂NB次之，钝化剂NA最小。三种钝化剂添加量的增加对土壤有效态Cd的降低效果不明显。

2.3 对水稻糙米Cd含量的影响

由图3可知，与对照相比，三种钝化剂对糙米Cd含量均有一定的降低作用，降幅为45%～85%，其中钝化剂L处理效果最显著，降低效果是：L＞NB＞NA。三种钝化剂添加量的增加对糙米Cd含量的降低效果不明显。

2.4 土壤理化性质对糙米Cd含量的影响

土壤pH是影响糙米Cd含量的重要因素。此次试验结果显示：糙米Cd含量与土壤pH呈负相关（见图4），糙米Cd含量与土壤有效态Cd含量呈正相关（见图5）。

图2 钝化剂对土壤有效态Cd含量的影响

图3 钝化剂对糙米Cd含量的影响

图4 土壤pH与糙米Cd含量的关系

图5 土壤有效态Cd含量与糙米Cd含量的关系

土壤pH变化影响着土壤Cd的存在形态，因而影响其生物有效性。当土壤pH升高时，土壤中Cd转化为更稳定的形态，有效态Cd含量降低，显著降低Cd的生物有效性[8]，从而水稻对Cd的吸收降低。

3 结论

试验结果显示：针对酸性Cd污染红壤，施用钝化剂L、NA、NB均显著提升了土壤pH，通过吸附、沉淀、离子交换和固定作用，降低土壤有效态Cd含量，从而降低土壤Cd的生物有效性，抑制水稻对Cd的吸收，降低糙米Cd含量。使生产的稻米Cd含量均低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中Cd的限量指标0.2mg/kg。糙米Cd含量与土壤pH呈负相关性，与有效态Cd含量呈正相关性。综合成本、操作、应用效果等因素，三种钝化剂可推荐使用量都为1500kg/hm2。所选用的钝化剂以天然矿物和碱性材料加工而成，无二次污染，效果显著，可推荐为酸性镉污染土壤工程化修复实施应用产品，并进行效果持久性研究及评估。