改良剂对土壤锌铬及养分有效性的影响

仲崇府,张青松,林立金,辉建春,朱雪梅

(1.四川农业大学资源与环境学院,四川雅安625014;2.雅安水土保持生态环境监测分站,四川雅安625000)

随着采矿、冶炼、制造等工业的快速发展,农药、化肥的不合理施用及生活污水的大量排放,使得土壤的重金属污染日趋严重,严重限制了土地生产力的发展[1-2]。因此,对土壤重金属污染状况及修复技术的研究显得尤为重要[3-5]。目前,关于土壤重金属污染治理的研究报道很多,主要包括物理修复、生物修复、改良剂修复等[6-10]。其中,改良剂在一定程度上能够起到松土、保湿、改良土壤理化性状等方面的作用使得其成为修复重金属污染土壤的重要措施之一[11-12]。尤其最近几年,高效低用量改良剂的出现,使用方法的不断改进和成本的逐渐降低,使改良剂在大田的普遍使用成为可能,而且该项技术易于推广、见效快,越来越具有广阔的应用前景[13-14]。鉴于此,本研究选用5种不同类型改良剂对锌铬复合污染的土壤进行改良试验,探讨改良剂对土壤锌、铬及养分有效性的影响,以期为土壤重金属修复及作物种植研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤为紫色土,质地为中壤。其基本理化性质如下：土壤p H值6.57,有机质含量23.45 g/kg,全氮含量1.859 g/kg,全磷含量0.813 g/kg,全钾含量16.571 g/kg,碱解氮含量73.96 mg/kg,速效磷含量22.50 mg/kg,速效钾含量99.67 mg/kg,全锌含量51.87 mg/kg,全铬含量25.49 mg/kg,有效态锌含量4.77 mg/kg,有效态铬含量0.82 mg/kg。

1.2 供试重金属

供试重金属为锌和铬,以ZnCl2和CrCl3◦6H 2 O分析纯溶液的形式,按国家土壤环境质量(GB15618-1995)二级标准加入(水田,pH 值为6.5～7.5),即锌为250 mg/kg,铬为300 mg/kg。

1.3 试验设计

供试改良剂为：过磷酸钙(锌含量为7.76 mg/kg,铬未检测出,全磷及有效磷含量分别为158 g/kg和95.6 g/kg)、石灰(锌含量为5.22 mg/kg,铬未检测出)、麦秆(锌含量为29.66 mg/kg,铬未检测出,氮含量4.2 g/kg、磷含量 0.9 g/kg、钾含量12.5 g/kg)、兔粪(锌含量为31.71 mg/kg,铬未检测出,氮含量23 g/kg、磷含量23 g/kg、钾含量8 g/kg)、油菜杆(锌含量为26.57 mg/kg,铬未检测出,氮含量4.6 g/kg、磷含量0.6 g/kg、钾含量17.6 g/kg),其中麦秆和油菜秆先进行粉碎,过18目筛后施用,每种改良剂设高浓度和低浓度2个施用水平。浓度设定为：过磷酸钙(低浓度4 g/kg、高浓度 8 g/kg)、石灰(低浓度 0.5 g/kg、高浓度 1 g/kg)、麦秆、兔粪、油菜杆(低浓度5 g/kg、高浓度10 g/kg)。用25 cm×20 cm塑料桶装入过5 mm筛的风干土6.5 kg,按风干土重加入各处理浓度的锌、铬溶液,混匀。淹水4周后施入改良剂,再淹水平衡4周后(土壤淹水期间的环境平均温度为15.5℃)进行土壤样品取样(0-5 cm),测定土壤p H、土壤碱解氮、速效磷、速效钾及土壤锌、铬有效态含量,每个处理重复12次。土壤理化性质均采用常规方法测定[15]。土壤锌、铬有效态含量采用原子吸收分光光度法测定[15]。

1.4 数据处理

用Excel作图,用DPS进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 改良剂对土壤p H的影响

各改良剂处理均不同程度引起了土壤p H的变化(表1),其中石灰(高、低)和兔粪(高、低)4个处理提高了土壤pH 值;而麦秆(高、低)处理、油菜秆(高、低)处理和过磷酸钙(高、低)处理的土壤p H值较对照均有所降低。从处理间差异来看,仅过磷酸钙处理和石灰处理土壤p H值与对照间差异达显著水平(0.01＜P＜0.05)。

表1 改良剂对土壤pH值的影响

2.2 改良剂对土壤锌、铬有效态含量的影响

2.2.1 改良剂对土壤锌有效态含量的影响 从图1可以看出,与对照相比,5种改良剂均显著降低了土壤有效态锌的含量(0.01＜P＜0.05),在同一改良剂处理下,土壤中有效态锌含量均为低浓度处理＞高浓度处理。各改良剂处理对土壤中有效态锌含量降低幅度的大小顺序为：麦秆＞油菜秆＞过磷酸钙＞石灰＞兔粪。其中,麦秆(高浓度)处理的土壤有效态锌含量最低,为20.00 mg/kg,较对照降低了53.25%;而兔粪(低浓度)处理的土壤有效态锌含量最高,为28.35 mg/kg,较对照降低了33.74%。

图1 改良剂对土壤有效态锌含量的影响

2.2.2 改良剂对土壤铬有效态含量的影响 从图2可以看出,与对照相比,5种改良剂均显著降低了土壤中有效态铬的含量(0.01＜P＜0.05),在同一改良剂处理下,土壤有效态铬含量均为低浓度处理＞高浓度处理。各改良剂处理对土壤中有效态铬含量降低幅度的大小顺序为：石灰＞麦秆＞油菜秆＞过磷酸钙＞兔粪。其中,石灰(高浓度)处理的土壤有效态铬含量最低,为 3.18 mg/kg,较对照降低了 60.15%;而兔粪(低浓度)处理的土壤有效态铬含量最高,为5.84 mg/kg,较对照降低了26.79%。

图2 改良剂对土壤有效态铬含量的影响

2.3 改良剂对土壤养分速效态含量的影响

2.3.1 改良剂对土壤碱解氮含量的影响 从图3可以看出,施加改良剂后提高了土壤碱解氮的含量。在同一改良剂处理下,除石灰处理的土壤碱解氮含量为低浓度处理＞高浓度处理外,其它的4种改良剂均为高浓度处理＞低浓度处理。5种改良剂处理对土壤碱解氮含量的提高效果的排序为：兔粪＞油菜秆＞麦秆＞过磷酸钙＞石灰。其中,兔粪(高浓度)处理的土壤碱解氮含量值最大,达到124.56 mg/kg,较对照提高了41.51%;石灰(高浓度)处理的土壤碱解氮含量最小,仅为89.48 mg/kg,较对照只提高了1.66%。从处理间差异看,除麦秆和油菜秆之外,各高浓度处理间的土壤碱解氮含量差异均达到显著水平(0.01＜P＜0.05)。

2.3.2 改良剂对土壤速效磷含量的影响 从图4可以看出,施加改良剂后提高了土壤速效磷的含量。在同一改良剂处理下,土壤速效磷含量均为高浓度处理＞低浓度处理。5种改良剂土壤速效磷含量的提高效果排序为：过磷酸钙＞兔粪＞油菜秆＞麦秆＞石灰,其中,过磷酸钙(高浓度)处理对土壤速效磷含量提高效果最好,达到 42 mg/kg,较对照提高了133.33%;石灰(低浓度)处理对土壤速效磷含量的提高效果较最差,仅为 24 mg/kg,较对照提高了33.33%。从处理间差异看,除麦秆和油菜秆之外,各高浓度处理间的土壤速效磷含量差异均达到显著水平(0.01＜P＜0.05)。

2.3.3 改良剂对土壤速效钾含量的影响 从图5可以看出,与对照相比,过磷酸钙和石灰的高、低浓度处理均不同程度降低了土壤速效钾含量,降低范围为：7.26%～35.69%,其土壤速效钾含量大小排序为：过磷酸钙(高浓度)＞过磷酸钙(低浓度)＞石灰(高浓度)＞石灰(低浓度);而其它改良剂高、低浓度处理均不同程度的提高了土壤速效钾含量,提高范围为：11.14%～136.88%,其土壤速效钾含量大小排序为：麦秆(高浓度)＞油菜(高浓度)＞油菜(低浓度)＞麦秆(低浓度)＞兔粪(高浓度)＞兔粪(低浓度)。从总体上看,土壤速效钾含量大小排序为：油菜秆＞麦秆＞兔粪＞过磷酸钙＞石灰。麦秆(高浓度)处理土壤速效钾含量为211.56 mg/kg(最大值),较对照提高了136.88%;而石灰(低浓度)处理土壤速效钾含量为57.43 mg/kg(最小值),较对照降低了35.69%。从处理间差异看,各处理间的土壤速效钾含量差异均达到显著水平(0.01＜P＜0.05)。

图3 改良剂对土壤碱解氮含量的影响

图4 改良剂对土壤速效磷含量的影响

图5 改良剂对土壤速效钾含量的影响

3 讨 论

研究表明[16-19]：石灰对重金属污染土壤改良效果的好坏主要取决于其对土壤p H值的影响程度。石灰是碱性无机物,过磷酸钙是酸性无机物,两者施入土壤后可直接提高或降低土壤p H值。麦秆和油菜秆为未腐熟有机质,在分解初期会释放大量的有机酸和CO2,从而引起土壤p H值降低,而兔粪为腐熟有机质,分解过程中释放的酸性物质较少,且可产生较多的NH+4,从而引起土壤p H值升高。研究表明：过磷酸钙、麦秆及油菜秆降低了土壤p H值,石灰及兔粪提高了土壤p H值。这与前人的研究结果相一致。同时,5种改良剂处理均显著降低了土壤中锌、铬的有效态含量,其中对土壤锌有效态含量降低效果顺序为：麦秆＞油菜秆＞过磷酸钙＞石灰＞兔粪;对土壤铬有效态含量降低效果顺序为：石灰＞麦秆＞油菜秆＞过磷酸钙＞兔粪。这与改良剂的理化性质、组成成份密切相关。5种改良剂均明显提高了土壤碱解氮和速效磷的含量,其中麦秆、油菜秆和兔粪对土壤碱解氮提高幅度优于石灰和过磷酸钙。而过磷酸钙处理和石灰处理降低了土壤速效钾含量,麦秆处理、油菜秆处理和兔粪处理提高了土壤速效钾含量。这表明,与对锌、铬有效性的降低作用不同,5种改良剂对土壤养分(氮、磷、钾)有效性的影响并不是单纯的提高或降低,而是针对不同养分元素的作用不同,这就可能直接影响到水田作物根系及植株能否平衡吸收和利用各种养分元素,进而影响产量。

[1] 陈义群,董元华.土壤改良剂的研究与应用进展[J].生态环境,2008,17(3)：1282-1289.

[2] 陈同斌.重金属对土壤的污染[J].金属世界,1999(3)：10-11.

[3] 高永恒,孙吉雄,王有国,等.土壤改良剂对草坪床土理化性质的影响[J].草原与草坪,2004(2)：34-36.

[4] 张黎明,邓万刚.土壤改良剂的研究与应用现状[J].华南热带农业大学学报,2005,11(2)：32-34.

[5] 许晓平,汪有科,冯浩,等.土壤改良剂改土培肥增产效应研究综述[J].中国农学通报,2007,23(9)：331-334.

[6] 崔德杰,张玉龙.土壤重金属污染现状与修复技术研究进展[J].土壤通报,2004,35(3)：432-437.

[7] 胡克伟,关连珠.改良剂原位修复重金属污染土壤研究进展[J].中国土壤与肥料,2007,21(4)：443-446.

[8] Gworek B.Use of synthetic zeolites of 3A and 5A type for lead immobilization in anthropogenic soils[J].Polish Journal of Soil Science,1992,25(1)：35-39.

[9] Gworek B.Lead inactivation in soils by zeolites[J].Plant and Soil,1992,143(1)：71-74.

[10] Garcia-Sanchez A,Alastuey A,Uerol X.Heavy metal adsorption by different minerals：application to the remediation of polluted soils[J].The Science of the Total Environment,1999,24(2)：179-188.

[11] 胡钟胜,章钢娅,王广志,等.改良剂对烟草吸收土壤中镉铅影响的研究[J].土壤学报,2006,43(2)：233-239.

[12] 邢世和,熊德中,周碧青,等.不同土壤改良剂对土壤生化性质与烤烟产量的影响[J].土壤通报,2005,36(1)：72-75.

[13] Rogoz A.The content and uptake of some micronutrient and heavy metals in sunflowers and maize depending on the doseof lime[J].Zeszyty Problemowe Nank Rolniczych,1996,434(1)：213-218.

[14] 丁凌云,蓝崇钰.不同改良剂对重金属污染农田水稻产量和重金属吸收的影响[J].生态环境,2006,15(6)：1204-1208.

[15] 鲍士旦.土壤农化分析[M].3版.北京：中国农业出版社,2000.

[16] 陈英旭,朱祖祥,何增耀.土壤中铬的有效性与污染生态效应[J].生态学报,1995,15(1)：55-57.

[17] 王凯荣,张玉烛,胡荣桂.不同土壤改良剂对降低重金属污染土壤上水稻糙米铅镉含量的作用[J].农业环境科学学报,2007,26(2)：476-481.

[18] 孙健,铁柏清,周浩,等.不同改良剂对铅锌尾矿污染土壤中灯心草生长及重金属积累特性的影响[J].农业环境科学学报,2006,25(3)：637-643.

[19] 邹晓霞,陕红,陈磊,等.秸秆和猪粪施用对樱桃萝卜的效果比较及对土壤性状的影响[J].中国农学通报,2009,25(5)：165-172.