不同修复剂对镉污染土壤修复及理化性质的影响

聂衍韬， 黄 聪

(中南安全环境技术研究院股份有限公司， 湖北 武汉 430061)

随着我国工业迅速发展和矿产资源大量开发，土壤重金属污染在一定程度上影响了我国土壤健康，尤其是农田土壤[1]。农田土壤中重金属积累会增加粮食作物对其吸收，进而威胁人的健康[2]。我国农田土壤主要受汞、镉、铅、铬、砷、锌、铜、镍等重金属污染，其中镉(Cd)污染较为突出，平均超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》[3]规定Cd风险管控值的7.0%[4]。因此，重金属土壤修复对农业和生态环境安全意义重大[5-6]。原位土壤修复方法的主要目的是长期固化稳定化重金属元素，减少农作物的吸收，同时改善土壤生态的功能。许多原位土壤修复方法不仅能减轻与重金属污染相关的风险，还能提高土壤生产力。本研究以我国湖北省黄石市某地Cd污染农田土壤为对象，分别选取市面上销售的常用无机、有机和微生物3类修复剂进行试验，比较处理后Cd的有效态含量和土壤理化性质，综合评价修复效果，为修复剂在土壤修复工程中应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

Cd污染土壤来自湖北省黄石市某地农田，土壤类型为岩泥田水稻土，土壤pH 6.5，总Cd含量7.67 mg/kg，有机质含量27.70 g/kg，中等肥力。

1.2 试验材料

有机、无机和微生物修复剂分别为生石灰-海泡石混合剂(CaO≥34%、pH 12.0)、生物炭(主要成分秸秆、鸡粪)和芽孢杆菌，皆为固态粉末修复剂。其中，生物炭来自河南椰碳环保材料有限公司，生石灰-海泡石混合剂来自环保桥(湖南)生态环境工程股份有限公司，芽孢杆菌来自武汉丰甜生物科技有限公司。

1.3 试验设计

试验共设计4个处理，即对照组(不进行修复处理，CK)；无机修复组(添加石灰-海泡石混合剂粉末，T1)；有机修复组(添加生物炭粉末，T2)；微生物修复组(添加芽孢杆菌粉末，T3)。每个处理分别称取土壤5 kg，加入等量的除盐水和土壤修复剂均匀混合，土壤修复剂添加量为1%，各处理3次重复。将各组土壤移入玻璃容器中，随后将玻璃容器置于室外，模拟自然环境对土壤的影响。试验期30 d。采用3点取样法收集试验后的土壤样品500 g，用2 mm筛子过滤，储存于4℃用于土壤理化性质测定。

1.4 指标测定

土壤有效态Cd含量采用M3溶液(HOAc-NH4NO3-NH4F-HNO3-EDTA)浸提，后采用石墨炉原子吸收分光光度法测定。采用Mettler Toledo FE20 pH计测定pH(土水比5∶1)，采用重铬酸钾容量法测定有机质，采用碱解扩散法测定碱解氮，采用碳酸氢钠法测定有效磷，采用乙酸铵法测定有效钾。

1.5 数据分析

数据分析均采用软件Excel 2016进行处理，使用软件SPSS进行组间方差分析，组间差异显著性水平P<0.05。

2 结果与分析

2.1 不同处理方式修复镉污染土壤的效果

降低土壤Cd的有效态是重金属土壤修复剂的最重要功能。由图1可知，T1有效态Cd含量最低，仅0.07 mg/kg；其次是T3，为0.11 mg/kg；再次是T2，为0.15 mg/kg。相比CK，T1、T2、T3土壤有效态Cd含量均显著降低(P<0.05)，分别减少85.71%、69.39%、77.55%。说明，石灰-海泡石、生物炭和芽孢杆菌都可以很好达到修复重金属污染土壤的效果[7]。

图1 不同修复剂处理后土壤的有效态Cd含量

2.2 不同处理方式土壤的理化性质

土壤理化性质是反映土壤生产力的主要指标之一，也是农田土壤原位修复需要关注的内容。由表1可知，T1、T2、T3土壤pH分别为8.53、7.03、6.93，均显著高于CK。T2有机质、碱解氮、有效磷和有效钾含量均最高，分别为40.18 g/kg、142.36 mg/kg、9.81 mg/kg、162.55 mg/kg，比CK分别增加50.66%、22.00%、45.33%、92.89%，与其余组间差异显著；T3第二，分别为31.24 g/kg、130.24 mg/kg、8.27 mg/kg、125.37 mg/kg，比CK分别增加17.14%、11.61%、22.52%、48.77%，除碱解氮外，与其余组间差异显著。T1有效磷含量高于CK但无显著差异，有机质、碱解氮、有效钾含量均降低。

表1 不同修复剂处理土壤的理化性质

3 小结

石灰-海泡石、生物炭、芽孢杆菌3种土壤修复剂处理对降低土壤有效Cd含量有显著效果，与不修复处理比，分别降低土壤有效Cd含量85.71%、69.39%、77.55%，且均会增加土壤pH，石灰-海泡石pH最高，为8.53，其主要原因可能是石灰-海泡石是一种碱性混和物，可用于中和土壤中的酸性物质，使pH上升。添加生物炭土壤有机质、碱解氮、有效磷、有效钾的含量最高，与不修复处理比，分别提高50.66%、22%、45.33%、92.89%，对土壤肥力有较大提升。总体而言，在完成Cd污染土壤修复的前提下，生物炭修复剂在工程中可优先使用。3种不同处理方式的修复原理各不相同，影响修复效果的因素也较为复杂[8-9]，其作用机制和影响因素有待进一步研究。