钝化剂对酸性镉轻度污染土壤的修复效果

谢炜，徐立军，石一珺，王洁，倪中应

(桐庐县农业技术推广中心，浙江 桐庐 311500)

治理重金属污染土壤的常用方法有工程措施、物理修复、生物修复和化学稳定修复等[1-3]。化学稳定修复因具对环境破坏较小、治理成本较低、效果持续时间较长、便于操作等特点，被认为是一类实用的污染土壤治理技术。钝化剂包括石灰、黏土矿物、煤灰、淤泥、含石膏和铁铝的工业副产品等[3-6]。不同钝化剂对重金属污染土壤的修复效果有较大的差异[7-10]，同时，钝化剂对污染土壤的修复效果也会因土壤性状的差异而有所变化。我国南方地区的镉污染农田土壤兼具酸化特点，如何选择合适的钝化剂修复这些土壤是南方地区污染农田安全利用需要考虑的重要内容。为了解常用钝化剂对酸性镉轻度污染农田土壤的修复效果，在水稻-小麦种植模式下于2016—2018年进行了不同用量生石灰、钙镁磷肥、生物质炭、羟基磷灰石等4种钝化剂对降低土壤酸度、土壤有效镉及籽粒中镉积累的效果试验。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在桐庐县某污染农田中进行。供试农田土壤为水稻土，含镉量为0.350 mg·kg-1，土壤pH平均为5.00，土壤质地为壤土，有机质含量为28.50 g·kg-1。

1.2 处理设计

试验选择生石灰、钙镁磷肥、生物质炭、羟基磷灰石等4种钝化剂，各设计3个用量梯度，同时设置不施用钝化剂的处理为对照。钝化剂在试验开始时施用，并与耕层土壤充分混合。小区面积30 m2，重复4次，随机区组排列。小区间用土埂隔离，但预留排/进水口。除钝化剂处理外，其他水肥农艺调控管理措施保持一致，肥水管理按当地习惯进行。试验期间种植作物依次为小麦-水稻-小麦-水稻，品种依次为华麦5号、甬优538、苏麦188和甬优1540。

钝化剂3个用量梯度：生石灰1.50、3.00和4.50 t·hm-2，代号分别为LM1、LM2、LM3；钙镁磷肥2.25、3.75和7.50 t·hm-2，代号分别为CM1、CM2、CM3；生物质炭3.75、7.50和15.00 t·hm-2，代号分别为BC1、BC2、BC3；羟基磷灰石2.25、3.75和7.50 t·hm-2，代号分别为SI1、SI2、SI3。

1.3 分析方法

在每季作物收获时，分别测定小区产量，同时采集各小区表层土壤和籽粒样品用于分析土壤pH、土壤有效镉和籽粒镉含量。

采集的土壤样品经室内风干后分别过2和0.15 mm塑料土筛，用于土壤性状和镉测定。水稻和小麦籽粒样品风干后磨细过0.15 mm塑料土筛。土壤pH和有机碳等采用常规方法测定；土壤镉用硝酸-高氯酸消化，土壤有效镉采用EDTA提取[11]，籽粒中镉采用HNO3-HClO4联合消煮(GB/T 5009.15—2003)。消化物、提取物中镉采用石墨炉原子吸收法测定。

分析数据用Excel 2010处理，采用SAS8.1软件对数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 对土壤pH值和土壤质量的影响

2018年水稻收获时表层土壤分析结果(表1)表明，施用生石灰、钙镁磷肥、生物质炭、羟基磷灰石等4种钝化剂均可显著提高土壤pH值。与对照土壤比较，pH值提高0.13～0.44单位，并随钝化剂用量的增加而增加，尤以生石灰和羟基磷灰石的使用效果最为明显。除施用中量、高量生物质炭处理(BC2、BC3)能显著提高土壤有机质和阳离子交换量(CEC)外，其他钝化剂的施用对土壤有机质和CEC均无显著影响。除施用生石灰外，施用钙镁磷肥、生物质炭、羟基磷灰石后土壤有效磷和速效钾均有显著的提高。这一结果表明，施用生石灰、钙镁磷肥、生物质炭、羟基磷灰石等4种钝化剂不会对土壤肥力质量产生负面影响，且能改善土壤肥力性状。

表1 各处理对土壤pH值和土壤质量的影响

2.2 对土壤有效镉含量的影响

表2表明，与对照比较，不同类别的钝化剂对土壤中镉均有明显的钝化效果，但钝化效果因钝化剂种类与施用量不同有较大的差异。钝化效果一般随钝化剂用量的增加而增加。由于试验点土壤酸化严重，在施用适量石灰的情况下，土壤有效镉含量可比对照下降45%以上，最高可达66%。施用生物质炭和羟基磷灰石对降低土壤镉的效果也较为明显，有效镉含量的下降幅度分别在37%～66%和35%～58%；施用钙镁磷肥对降低土壤有效镉含量的效果相对较弱，为31%～48%。施用生石灰降低土壤中的有效镉含量与施用生石灰后土壤pH值提高有关；施用羟基磷灰石、钙镁磷肥降低土壤中的有效镉含量与施用羟基磷灰石、钙镁磷肥后土壤pH值提高及磷与镉形成难溶性化合物有关；而施用生物质炭降低土壤中的有效镉含量与施用生物质炭后增加了有机质对镉的络合作用及pH值提高降低了镉的有效性有关。

表2 各处理对土壤有效镉含量的影响

2.3 对籽粒中镉含量的影响

表3结果表明，4种钝化剂的施用均可对水稻和小麦籽粒中镉有明显的降低作用，下降量随钝化剂用量的增加而增加。

表3 各处理对水稻和小麦籽粒镉含量的影响

2017年小麦试验结果表明，与对照比较，生石灰降低小麦籽粒镉含量3.6%～18.1%，钙镁磷肥降低小麦籽粒镉含量0.4%～8.0%，生物质炭降低小麦籽粒镉含量6.5%～15.6%，羟基磷灰石降低小麦籽粒镉含量8.0%～12.3%。2017年水稻试验结果表明，与对照比较，生石灰降低水稻籽粒镉含量50.6%～61.2%，钙镁磷肥降低水稻籽粒镉含量43.0%～61.6%，生物质炭降低水稻籽粒镉含量52.3%～69.2%，羟基磷灰石降低水稻籽粒镉含量39.2%～60.8%。

2018年小麦试验结果表明，与对照比较，生石灰降低小麦籽粒镉含量26.5%～34.2%，钙镁磷肥降低小麦籽粒镉含量19.4%～34.8%，生物质炭降低小麦籽粒镉含量22.6%～40.7%，羟基磷灰石降低小麦籽粒镉含量21.3%～43.2%。2018年水稻试验结果表明，与对照比较，生石灰降低水稻籽粒镉含量29.0%～43.2%，钙镁磷肥降低水稻籽粒镉含量27.0%～40.2%，生物质炭降低水稻籽粒镉含量26.6%～40.2%，羟基磷灰石降低水稻籽粒镉含量22.4%～34.0%。

施用钝化剂除第1季小麦效果较小外，其他3季作物中均有显著的效果，平均效果以施用石灰和生物质炭为较高。施用钝化剂对水稻籽粒中镉含量降低效果大于对小麦籽粒中镉的效果，钝化剂用量较大时水稻籽粒中镉的水平可下降50%以上。生石灰用量以3.00～4.50 t·hm-2为宜，生物质炭用量以7.50 t·hm-2为宜。第1季小麦试验中，钝化剂对降低小麦籽粒中镉效果较小可能与钝化剂施入土壤时间较短、与土壤中镉作用不够充分有关。

2.4 对作物产量的影响

表4为以对照为参照的各处理相对产量。结果表明，施用不同种类、不同用量的钝化剂对小麦和水稻产量均没有显著的影响，但多数情况下作物产量有轻微的增加。

表4 各处理对水稻和小麦相对产量的影响

3 小结

试验结果表明：生石灰、钙镁磷肥、生物质炭、羟基磷灰石等4种钝化剂对提高土壤pH值、降低土壤有效镉和水稻、小麦籽粒中镉的含量均有效，其效果随钝化剂用量的增加而增加；施用钝化剂对降低水稻籽粒中镉积累的效果大于对降低小麦籽粒中镉积累的效果，钝化效果以生石灰和生物质炭为最佳，生石灰、生物质炭的用量分别以3.00～4.50和7.50 t·hm-2为宜；4种钝化剂的施用均不会对土壤肥力质量产生负面影响，并可轻微增加作物的产量。