复合钝化材料对蔬菜栽植土壤的钝化效果研究

罗沐欣键，瞿 飞，柴冠群，赵 欢，刘桂华，范成五

（1 贵州省农业科学院土壤肥料研究所，贵州贵阳 550092；2 贵州省农业科学院园艺研究所 550092）

随着社会的迅速发展，我国正面临较为严重的环境污染问题。工业废料废水乱排、不合规农药使用、采矿及冶炼业生产活动都是造成土壤重金属污染的直接原因。据农业部调查结果显示，我国24 个经济发达地区的320 个重点污染区域中，有60.6 万hm2农田生产的农产品污染物含量超标，约占调查总面积的20%[1]。宋春然等[2]通过对贵州省农业土壤进行检测，发现其主要存在Cd 和Hg 污染。Cd 具有毒性强、易累积、难分解等特点，能在作物中累积，然后通过食物链的富集作用进入人体。过量的Cd 会对人体肝肾造成巨大损伤，并破坏人体神经系统、免疫系统和骨骼系统[3-4]。2019年我国蔬菜种植面积已超过0.2 亿hm2，对应的食品安全问题不容小觑。

大量研究指出，重金属的污染风险取决于其在土壤中的赋存形态[5]。酸溶态是重金属活性最强的形态，常被称为有效态。因此，在探究钝化材料的钝化效果时，应考虑其对重金属酸溶态（下称有效态）的影响。对重金属污染耕地，常见的安全利用措施有原位钝化、品种替代和种植结构调整等。本研究通过探究复合钝化材料对蔬菜栽植土壤中重金属Cd 的钝化效果，以求为全国Cd 污染耕地修复及安全工作提供参考方案。

1 材料和方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤。采集深度为0～20cm 的贵州省普定县农用地黄壤，研磨后过10、100 目筛保存备用。

1.1.2 供试材料。海泡石、生石灰、茶树废枝生物炭，磨细后过100 目筛保存备用。

1.1.3 供试作物。白菜、青菜、生菜。

1.2 试验设计

试验为盆栽试验，在贵州省农业科学院大棚内进行。称取过筛供试土壤装入盆钵（口径30cm、高21cm），每盆装土2kg 并施入N、P、K 肥作底肥（N 为180mg/kg，以NH4H2PO4和尿素的形式加入，P 和K 分别为100mg/kg 和150mg/kg，以NH4H2PO4和KCl 的形式加入）。试验盆添加比例为1.5∶1.5∶7 的海泡石、生石灰、茶树废枝生物炭复合钝化材料（1kg 土施加钝化材料6.7g），共12 盆。同时设置空白对照组6 盆。充分混匀，在自然状态下老化1 个月，通过加水和翻土保持土壤含水率为60%。同时进行3 种蔬菜（白菜、生菜、青菜）的育苗，1 个月后移栽。采收时间和方法如表1所示。

表1 不同时间采收作物盆数 单位：盆

1.3 样品采集与制样

1.3.1 植株样品。植物样按地上、地下部分分开，先用自来水冲洗，再用去离子水洗净。称完鲜重后放入烘箱中在105℃条件下杀青30min，再调至80℃烘干至恒重，取出后称取地上部分和地下部分干重。待研磨后过100 目尼龙筛，装入自封袋中保存备用。

1.3.2 土壤样品。植株样收取完成后，采集各植株所在盆栽的土壤，于室内自然风干，过10 目与100 目筛后保存备用。

1.4 分析方法

试验使用原子吸收石墨炉检测植株、土壤Cd 全量及土壤有效态Cd 含量，用pH 测量仪测取土壤pH数据。植株消解方法参考GB/T 5009.15-2003，土壤消解方法参考GB/T 17141-1997，有效态提取方法参考BCR 四步逐级提取法。

1.5 质量控制

为确保实验方法的可靠性和数据结果的准确性，每个样品设置1 个平行样，同时设置空白样及加标样，并保证测定回收率为80%～120%。

1.6 数据统计与分析

采用Excel 2010、SPSS 20 进行数据统计分析，用Origin9.0 进行绘图。

2 结果与讨论

2.1 复合钝化材料对植株农艺性状和土壤pH 的影响

2.1.1 复合钝化材料对植株农艺性状的影响。由表2 可知，在15d 时，空白条件下青菜株高为12cm，生物量为1.4g；钝化材料作用下青菜株高7.5cm，生物量增至2.2g。而钝化材料作用下白菜、生菜的株高及生物量与空白相比无明显差异，说明加入的钝化材料在15d 时仅对青菜的株高和生物量影响显著。在30d 时，施用钝化材料的试验盆中青菜、白菜及生菜的生物量较空白对照组均有提高，增幅分别为29.3%、27.2%和24.1%，推测该复合钝化材料为3 类蔬菜生长发育提供了所需营养。

表2 复合钝化材料对三类蔬菜株高及生物量的影响

2.1.2 复合钝化材料对土壤pH 值的影响。pH 值影响着重金属在土壤中的赋存形态，同时影响了土壤颗粒表面性质和土壤对重金属的吸附能力[6]。由表3 可知，加入复合钝化材料之后，土壤pH 值均高于未加复合钝化材料的空白情况（CK）。可见，此复合钝化材料能有效提高土壤pH 值。

表3 复合钝化材料对土壤pH 值的影响

2.2 复合钝化材料对土壤有效态Cd 含量和植株Cd含量的影响

2.2.1 复合钝化材料对土壤有效态Cd 含量影响。如图1 所示，施用钝化材料对青菜及生菜栽植土壤有效态Cd 含量的影响较为显著。对青菜栽植土壤而言，施用钝化材料后的第15d，土壤有效态Cd含 量 由 575μg/kg降至537μg/kg，降幅为6.6%；施用钝化材料后的第30d，土壤有效态Cd 含量 由511μg/kg 降至490μg/kg，降幅为4.1%。对生菜栽植土壤而言，施用钝化材料后的第15d，土壤有效态Cd 含量由557μg/kg 降至533μg/kg，降幅为4.3%；施用钝化材料后的第30d，土壤有效态Cd 含量由588μg/kg 降至544μg/kg，降幅为7.5%。

图1 复合钝化材料对土壤有效态Cd的影响

表4 不同时期蔬菜栽植土壤中有效态Cd 含量 单位：μg/kg

CK 处理下第15d 白菜栽植土壤的有效态Cd 含量（460μg/kg）远低于施加钝化材料的处理（554μg/kg），而在30d 时施用钝化材料土壤的有效态Cd 含量为523μg/kg，较CK 情况（528μg/kg）更低。说明该钝化材料对白菜栽植土壤Cd 的钝化效果具有延时性，也暗示钝化材料对不同类别土壤的钝化效果不一致，针对性强。

2.2.2 复合钝化材料对植株Cd 含量的影响。如图2 所示，此钝化材料在青菜生长过程中一直起着抑制植株吸收累积Cd 的作用。在第15d 时，施加钝化材料促使青菜Cd 含量从83μg/kg 降至78μg/kg；第30d时，施加钝化材料促使青菜Cd 含量从52μg/kg 降至30μg/kg。可以看出，随着钝化材料施用时间的增加，青菜体内Cd 含量的降幅从6.0%增至42.3%，说明该复合钝化材料抑制青菜吸收累积Cd 的效果可随时长的增加而提升。

图2 复合钝化材料对植株Cd 含量的影响

表5 不同时期各植株Cd 含量（鲜重） 单位：μg/kg

3 结论

本次研究通过试验探究了海泡石、生石灰以及茶树废枝生物炭组成的复合钝化剂在3 类蔬菜生长过程中对其农艺性状、栽植土壤Cd 有效态以及植株Cd 吸收量的影响，得出结论如下：①海泡石、生石灰及茶树废枝生物炭组成的复合钝化材料在一定程度上能促进植株的生长，提高植株的生物量。②与空白水平相比，施用此复合钝化材料可显著提高土壤pH 值。③3 类蔬菜对Cd 的吸收量及其栽植土壤有效态Cd 含量在此钝化材料作用下表现出不一样的响应特性。青菜受该钝化材料影响最大，随钝化时长的增加，其体内Cd 含量进一步降低。