粘土矿物改良剂对镉污染土壤修复治理效果的研究进展

蔡 锐

（辽宁省朝阳县农业技术推广中心，辽宁 朝阳 122000）

1 前言

土壤是人类生存和发展的必要条件，土壤破环严重就会对人类及其他生物造成致命打击。近些年，由于经济的发展，农药、化肥、工业污水超标排放等问题对土壤伤害极大，造成很多土壤荒废。镉是自然界化学元素之一，并不是人体必需的元素。在自然界中一般含量很低，正常环境状态下，不会影响人体健康。但是当环境被镉污染后，镉就会在生物体内富集，人体通过食用被镉污染的农作物、饮用水等引起慢性中毒。近几年，尤其是食用镉大米，对人的身体健康造成极大危害。镉对土壤的污染是由工业废水及废气的不合理排放，化肥的盲目使用造成的。一般在一个炼铝厂的附近及其下风向地区土壤中含镉浓度就很高，土壤基本不能正常使用，造成土壤的荒废。自20世纪60年代，化肥被广泛应用到农业生产中，其增收增产效果非常明显。但随着化肥的大量、盲目使用，其对土壤造成的污染也日益严重。土壤、作物和食品中来自磷肥和某些农药的镉，可能会超过来自其他污染源的镉。为此，国内外学者对土壤镉污染的修复治理做了大量的研究。其中，对改良剂原位修复技术研究较多。原位修复技术就是人为向土壤中加入改良剂，通过一些理化反应，改变污染土壤的物理、化学性质，从而降低土壤中有效态重金属比例，减少其向环境中迁移的风险。粘土矿物因其较强的吸附能力、离子交换性能等优点被作为无极改良剂广泛应用于土壤重金属修复工作中。

2 粘土矿物改良剂对镉污染土壤修复效果及作用机理

2.1 沸石

沸石是沸石族矿物的总称，是一种多孔的碱土金属铝硅酸盐矿物，具有独特的格架状结构；同时，沸石还具有颗粒小、比表面积大、表面负电荷丰富等特点，由于其对重金属离子具有较强的吸附力和阳离子交换能力，故被广泛应用于重金属污染的修复[1]。沸石作为良好的土壤改良材料，近年来被逐渐应用于土壤重金属污染修复方面，已有许多研究表明施用沸石可以显著修复土壤中的重金属镉污染。刘秀珍等[2]研究表明，当土壤受到轻中度重金属镉污染时，交换态镉、结合态镉的含量降低，有机态镉和残渣态镉增加。但沸石在土壤重金属镉污染修复的过程中也存在一定局限性。在土壤受到镉的重度污染时，施加沸石却对镉起到了激活的作用。由于在实验过程中发现沸石作为改良剂存在一定局限，同时也为了能进一步提高沸石对土壤重金属镉的修复和治理能力，一些研究者开始对沸石进行改进，形成人工沸石。郭炜辰等[3]研究发现，改性沸石显也可以显著改变镉在土壤中的赋存形态，降低土壤可交换态镉含量，增加土壤残渣态镉含量，钝化效果更为明显。

2.2 海泡石

海泡石是一类纤维状含水镁硅酸盐粘土矿物，其具有极大的内、外表面积和独特的孔结构，同时存在多微孔隙。对重金属离子有良好的吸附性和阳离子交换能力，亦有极高的热稳定性，尤其对土壤铅和镉有较强的吸附能力[4-5]，可应用于环境中重金属污染的修复和治理。现阶段已有大量研究证明，海泡石对土壤重金属镉污染有良好的修复效果。孙约兵等[4]研究表明，pH值对植物生长及重金属修复都有重大影响，在不同浓度的镉污染土壤中加入海泡石可以使土壤pH值显著提高，同时对土壤中有效态镉含量有明显抑制作用。范美蓉等研究结果表明，海泡石的施用能有效促进交换态镉稳定化，有利于重金属镉的固定。朱奇宏等研究发现，施用海泡石后对稻作、旱作土壤都有显著影响，土壤中有效态镉的含量比例降低，还原态镉、残渣态镉比例增加。

2.3 黏土矿物对镉污染土壤的作用机理

黏土矿物被广泛应用于土壤重金属修复领域，其作用机理主要是利用土壤溶液中的重金属离子与吸附在粘土矿物层间域或表面的离子发生交换作用，从而降低土壤重金属的有效性，从而达到修复土壤的目的。此外黏土矿物还具有比表面积大，多孔隙等特点，对重金属具有良好的吸附性，且吸附的镉不易释放。施用黏土矿物可以提高土壤pH，进而降低重金属活性。

3 研究展望

在实际生产中，土壤改良剂还存在一些问题，不能得到广泛应用，推广也受到一定限制。如果想进一步提高改良剂对土壤重金属污染修复和治理效果，需要在一些方面进行更加深入的研究。如，我国土壤种类丰富，一种粘土改良剂是否能够对多种类型的土壤镉污染产生一样的修复效果。如果不能，是否能够研究出一种改良剂能够应用于各类型重金属污染土壤中。不同种类的改良剂对重金属的作用效果不一，在不同类型的土壤中施加不同的改良剂也会有不同的效果，有时甚至会起到相反的作用，因此需要对改良剂的作用机理进行更深一步的研究和分析等。