探讨膨润土和沸石在镉污染土壤治理中的应用

＊孙呈鹏

（甘肃省地质矿产勘查开发局水文地质工程地质勘察院 甘肃 734000）

引言

研究结果显示，在进行适量膨润土的施入后，受到镉污染程度不同土壤交换态镉与碳酸盐结合态镉对应在质量分数上都有所降低，但残渣态镉、有机结合态镉与之相对应的质量分数有所升高。针对轻中度的污染，膨润土可以发挥一定的钝化作用[1]。在重度污染方面，膨润土依然具有较为明显的钝化作用，然而沸石却表现出与之相反的特点，起到一定的激活作用[2]。对于不同程度的污染，在塌菜生物量上，膨润土会使其有所增加，同时会对镉的吸收起到一定抑制作用，这样便促使植物体内镉相应含量得到一定降低，对于塌菜的生长具有着相对显著的推动作用[3]。

1.土壤污染现状基本概述

伴随人口的不断增长与全球产业化的日益加剧，废水及烟气中一些重金属的排放量也在逐渐加大，水资源、土地资源等均受到了一定程度的危害，长年累月给生物圈正常的生态环境造成了较为严重的影响[4]。因为人们所排放的重金属元素存在着比较大的危害，植物在对其加以吸收以后，便会进入到生物圈中，这样便会长时间地存在于动植物与人体中，给人们的身体健康及其生物圈的动态性平衡造成了较为严重的影响。自20世纪60年代起，人们便可以应用经相应处理，而后符合一定要求的废水予以农业灌溉，伴随时代的不断变迁，该项技术也逐渐获取了比较普遍的应用，至20世纪90年代，污水相应的灌溉面积从起初的30万hm2快速上升至330万hm2。然而在这其中约占据80%的灌溉水质都不符合相关灌溉的要求，导致进行污水灌溉的土地，占据约一半的比例都受到了程度各不相同的污染。迄今为止，国内因此种问题受到污染的土壤已然存在千万公顷之多，约占据10%比例的耕地受到不同程度的重金属污染，特别是经济发达的区域，其土壤受到污染相应的严重程度也更甚。国内耕地面积比较稀缺，同时大部分耕地面积又受到了比较严重的重金属污染，这些受到污染的耕种土地大多数都仍然在进行农作物的种植。一些受到重金属污染比较严重的耕地，甚至出现了常年颗粒无收的情况，造成一年粮食千万余吨的减产量。即使土壤并未受到严重污染的地区，因为水源空气等诸多方面因素的影响作用，被种植出来的水果、蔬菜以及粮食等相关重金属的含量也会达到临界点，在这其中镉污染的问题是比较严重的[5]。

2.试验研究

植物对于镉的吸收，通常情况下和镉在土壤实际存在的相应形态和有效态量之间存在着较为密切的关联。所以，在受到镉污染土壤相关修复的研究中，土壤镉形态的研究通常都是重点予以研究的内容。原位修复技术需要投入的成本相对较低，主要指的是针对黏土矿物钝化土壤中，含有的一些重金属实施修复处理的技术。部分黏土矿物存在比较大的外表面、内表面及其比较强大的吸附能力，这样便会同土壤中含有的相关重金属产生离子之间的交换作用，实现对重金属的有效固定，这样可以有效规避土壤中重金属出现迁移的情况，进入植物体内。本次研究中，沸石与膨润土是应用的两种主要矿物材料，对于受到镉污染不同程度土壤中一些形态上的变化、在重金属镉的吸收上以及有效性方面进行实际研究，主要是为了阐释沸石与膨润土对于减小土壤和植物组成系统中镉相应的毒性机制，从而给镉污染土壤的修复与治疗提供更加合理的根据。

(1)材料和方法

应用于实验中的土壤源自于某农场的石灰性褐土，基本理化性状如下：碱解N52.18mg/kg，土壤有机质17.36g/kg，有效镉0.009mg/kg，质地为中壤。应用于实验中的沸石与膨润土基本理化性状如下：膨润土选用的是钙基膨润土，其中含有77%的蒙脱石，镉的含量是0.009mg/kg，阳离子相应的代换量是47.0coml（+）/kg。沸石选用的是斜发沸石，其中沸石的含量超过70%，镉的含量是0.009mg/kg，阳离子相应的代换量是82.0coml（+）/kg，选取的试物是塌菜。

对于受到镉污染的土壤分成高水平、中水平和低水平几个不同的级别，也就是10mg/kg、20mg/kg和50mg/kg的土壤，沸石与膨润土的使用量分别为20g/kg与30g/kg，一共进行九个处理，分别是Cd10、Cd20、Cd50、Cd10P、Cd20P、Cd50P、Cd10F、Cd20F、Cd50F，各次处理分别进行六次的重复。应用的盆钵为15×20cm2的塑料盆，一盆装有±4kg，在将沸石与膨润土称好以后，和土壤混合以后均匀性地在盆钵中装入。底肥施加磷酸二氢钾与尿素，使用量分别是2.5g/盆与1.2g/盆，镉使用CdC12·2.5H2O配置成溶液，根据试验相关要求施入土壤中，进行一周的平衡以后予以播种处理，在出苗以后各盆留下三株，在塌菜实际生长的过程中每两日实施一次浇水处理，控制土壤中水分的实际含量，保证田间持水量为65%。关于塌菜，其实际生长期为60日，在完成收获以后塌菜植种鲜重，对塌菜体内镉元素的实际含量进行测量，应用相关分级方法，对土壤中各种不同形态的镉进行实际测量，镉的含量应用3510型原子吸收分光光度计加以测量。

(2)结果和分析

①膨润土与沸石对于土壤镉相应形态所产生的影响

土壤中存在的镉可以分成碳酸盐结合态、有机结合态和交换态等多种不同的形态。通常情况下，植物吸收的镉形态都是交换态。膨润土与沸石存在着比较大的表面积与比较大的阳离子相应交换量，在镉污染土壤中进行沸石与膨润土的施加以后，土壤中不同形态镉实际含量如表1所示。

表1 施入膨润土和沸石对于土壤中镉形态所产生的影响

通过图1可以看出，镉轻中度污染的情况下，施入沸石与膨润土会明显减低可交换态镉与碳酸盐结合态镉相应的含量，在这其中，可交换态镉相较于CK分别下降了19.89%与7.19%，碳酸盐结合态镉相较于CK分别下降了10.81%与8.43%。与此同时，明显加大了铁锰氧化物结合态镉、残渣态镉以及有机结合态镉相应含量，比较于CK，铁锰氧化物结合态镉相应的含量加大了17.01%与22.83%，残渣态镉相应的含量加大了9.03%与9.38%，有机结合态镉相应的含量加大了17.37%与17.89%，存在着比较明显的差异性。

图1 轻中度镉污染情况下沸石与膨润土对于土壤中镉形态所产生的影响

通过图2可以看出，在镉严重污染的情况下，施入膨润土可以促使碳酸盐结合态镉与可交换态镉相应含量的下降，分别对应的下降比例是9.86%与13.60%，有机态镉与碳酸盐结合态镉分别对应的加大量分别是0.06%与2.09%，残渣态镉相应的加大量是7.11%，除却有机态镉的差异不是十分明显以外，针对其它形态镉的影响差异是比较明显的。施入沸石以后，碳酸盐结合态镉与交换态镉明显加大，分别加大了3.43%与4.67%，有机结合态镉、残渣态镉及其铁锰结合态镉都出现了比较明显的降低。可见，针对重度污染土壤中存在的沸石，镉发挥了一定的激活效果，究其原因也许是由于沸石的施入量相对较少所引起的，对应的作用机理有待进行更为深入地研究。

图2 重度镉污染情况下沸石与膨润土对于土壤中镉形态所产生的影响

综上，膨润土对于程度各不同相同镉污染土壤均有助于土壤中镉从交换态与碳酸盐结合态向非生物有效态的转换，促使镉相应的生物有效性有所下降，这样便会对土壤中存在的镉起到一植物定的钝化作用，从而降低镉给植物正常生长造成的影响，这样便实现了植物对于镉吸收的有效抑制作用。沸石对于轻中度污染土壤能够促进土壤中镉向非生物有效态的转换，对于重度镉污染土壤却加强了镉相应的生物有效性，加大了镉所具有的污染程度。

②沸石与膨润土对于镉污染土壤塌菜生物量所产生的影响

通过图3能够看出，塌菜相应的鲜重伴随镉污染程度的变重而有所降低。在进行沸石与膨润土的施入以后，相较于CK而言，塌菜相应的鲜重会出现程度各不相同的加大。在发生轻度污染的情况下，施入一定的沸石与膨润土，相较于CK而言分别加大了9.90g/盆与12.52g/盆。在发生中度污染的情况下，相较于CK而言分别加大了10.60g/盆与15.05g/盆，差异比较明显。在发生重度污染的情况下，施入膨润土的塌菜相较于CK而言，加大了21.45g/盆，差异比较明显。但进行沸石的施入对于塌菜在鲜重方面的影响不是很大，只是加重了4.98g/盆。

图3 沸石与膨润土对于塌菜鲜重所产生的影响

③沸石与膨润土对于塌菜体内镉含量所产生的影响

通过图4能够看出，在发生镉的轻中度污染和重度污染的情况下，施入膨润土以后塌菜植株体内镉相应的含量都出现了比较明显的降低。在发生镉轻中度污染的情况下，施入沸石与膨润土相应镉的含量，对比于CK分别下降了6.23mg/kg与3.97mg/kg，存在着比较明显的差异。在发生重度污染的情况下，施入膨润土塌菜相应镉的含量下降了2.40mg/kg，存在着比较明显的差异。但在施入沸石以后，明显加大了塌菜中镉相应的含量，相较于CK而言，加大了4.79mg/kg，对应的结果和土壤中交换态镉的加大比较符合。

图4 沸石与膨润土对于塌菜体内镉相应积累所产生的影响

3.结论

针对土壤中存在的碳酸盐结合态镉与交换态镉，沸石与膨润土均存在一定的钝化作用，然而针对程度不同的镉污染土壤所产生的钝化效果也存在一定的差异。在土壤镉污染轻中度的情况下，沸石和膨润土所起到的效果比较接近，都可以针对土壤中存在的镉起到一定的钝化作用，有助于土壤中的镉从生物有效态逐渐转变为非生物有效态，减小其所受到的毒害作用。但在受到镉比较严重污染的情况下，膨润土依然对于镉存在着比较明显的钝化作用，但沸石则呈现为活化作用。充分表明沸石对于轻中度镉污染的土壤具有一定的改善效果，对于重度镉污染的土壤存在着促进污染的效果。在镉污染的土壤中进行沸石与膨润土的施入，土壤中有效态镉的实际含量有所减少，这样便导致塌菜体内镉相应含量的下降，这样更加利于塌菜实际的生长与发育，减小了给塌菜生长造成的各种危害。总之，进行沸石与膨润土的施入存在提升作物产量与减小污染两个方面的作用。