钝化剂在镉砷复合污染耕地治理过程中对不同作物生长及修复效果的影响

黄 妮

（长沙经济技术开发区管理委员会，湖南 长沙 410100）

随着我国现代工业的快速发展，耕地污染问题也日趋严重，其中尤以重金属污染最为严重。重金属污染不仅会影响土壤的性质和功能，降低农作物的产量和质量，而且农作物通过食物链进入人体后，对于人类的健康安全也会造成较大的安全隐患［1，2］。

土壤钝化是基于向污染土壤中添加钝化剂，通过吸附、沉淀、络合、离子交换等一系列反应，使重金属向稳定态转化，以降低其生物有效性、可迁移性和毒性，从而达到修复重金属污染土壤的目的。不同钝化剂对农田土壤中的重金属形态影响的稳定性存在一定差异，采用单一钝化材料进行镉、砷复合污染土壤修复时往往难以同步钝化镉、砷两种重金属，需要对不同钝化材料进行合理组配，以达到镉、砷同步钝化修复的效果［3，4］。在实际应用过程中，钝化修复能否保证农产品的产量以及质量，还需同时考虑钝化剂对于作物生长以及吸收重金属的影响［5］。

近年来，随着对相关钝化材料的进一步研究，针对单一重金属，以及复合重金属的钝化材料也取得了一定的成果［6］。但钝化修复在实际应用过程中还存在诸多问题。如钝化剂的成本问题，以及耕地的增产增收等问题。另外，当前对于同种钝化剂对不同种作物的影响研究也相对较少。本文通过探讨钝化剂在镉砷复合污染耕地治理过程中对不同类型作物，以及同类型不同品种作物生长以及修复效果的影响，筛选出一种更经济、更有效的修复模式，为实现钝化修复在实际应用过程中的增产增收提供一定的参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤

供试土壤源自我国南方某农田修复示范基地。其污染状况以及土壤基本理化性质见表1。

表1 供试土壤基本信息表

1.1.2 供试钝化剂

钝化剂A由镁系、铁系、矿物质、生物质、pH调节剂和吸附剂组成的复合产品。

1.1.3 供试作物品种

分别选取具代表性的经济作物（大豆：郑196大豆、中黄13、早熟1号）、蔬菜（茄子、萝卜）、水果（草莓、圣女果）进行钝化剂效果验证试验。

1.2 试验方法

示范基地共设置3个试验区，分别为经济作物种植区600 m2，蔬菜种植区200 m2，以及水果种植区200 m2。其中水果种植区设置在温室大棚内。每种作物的种植信息见表2。

表2 作物种植信息表

各试验区均设置2个处理：（1）不添加钝化剂处理，CK；（2）每种作物按照500 kg/亩添加钝化剂，DH。各试验区种植前施加0.75 kg/m2有机肥以及0.075 kg/m2的复合肥（N-P2O5-K2O：15-15-15），有机肥及复合肥施加后，采用翻耕机翻耕两遍，使肥料与土壤混合均匀。

1.3 分析方法

土壤镉检测方法，原子荧光法GB/T 22105.1；土壤砷检测方法，原子荧光法GB/T 22105.2；土壤pH检测方法，电位法HJ 962；有效态镉检测方法，原子吸收法GB/T 23739-2009；有效态砷检测方法，原子荧光法GB/T 22105.2。

2 结果与分析

2.1 钝化剂对土壤pH及有机质的影响

不同作物土壤pH的变化情况如图1所示，由图1可知，相对于CK处理，添加土壤钝化剂后土壤pH均有不同程度升高。经济作物试验区，大豆的土壤pH平均增幅1.37%，其中郑196大豆的土壤pH增长不显著，中黄13的土壤pH显著增长了3.09%，早熟1号的土壤pH增长不显著。蔬菜试验区，茄子的土壤pH增长了6.94%，萝卜的土壤pH增幅不显著。水果试验区，草莓的土壤pH增长了3.82%，圣女果的土壤pH增长幅度不显著。

图1 不同作物土壤pH的变化情况

不同作物土壤有机质的变化情况如图2所示，由图2可知，相对于CK处理，经济作物（郑196大豆、中黄13、早熟1号）和水果（草莓、圣女果）在添加土壤钝化剂后，其土壤有机质含量变化均不显著。但两种蔬菜作物（茄子和萝卜）的土壤有机质含量均有显著升高。土壤有机质含量变化的差异可能与各作物生育周期的长短不同有关。

图2 不同作物土壤有机质的变化情况

综上所述，相对于CK处理，添加土壤钝化剂A能一定程度上提升土壤pH，但针对不同作物，其土壤pH的增长幅度存在较大差异。钝化剂的添加对于经济作物种植区以及水果种植区的土壤有机质含量影响不显著，而蔬菜种植区的土壤有机质含量有显著升高。

2.2 钝化剂对土壤有效态重金属的影响

不同作物土壤有效态镉的变化如图3所示，由图3可知，相对于CK处理，添加土壤钝化剂后土壤有效态镉均显著降低。经济作物试验区，大豆的土壤有效镉含量平均降低47.24%，其中郑196大豆的土壤有效态镉相较于CK处理降低了45.45%，中黄13的土壤有效态镉相较于CK处理降低了45.10%，早熟1号的土壤有效态镉相较于CK处理降低了51.16%。蔬菜试验区，茄子的土壤有效态镉降低了31.82%，萝卜的土壤有效态镉相较于CK处理降低了30.49%。水果试验区，草莓有效态镉含量降低了30.36%，圣女果降低了60.71%。整体而言，钝化剂A对有效态镉的平均降低幅度为42.79%。

图3 不同作物土壤有效态镉的变化

不同作物土壤有效态砷的变化如图4所示，由图4可知，相对于CK处理，添加土壤钝化剂后土壤有效态砷有一定程度降低。经济作物试验区，大豆的土壤有效砷含量平均降低14.64%，其中郑196大豆种植区土壤有效态砷相较于CK处理降低了13.01%，中黄13的土壤有效态砷含量降低了15.11%，早熟1号的土壤有效态砷含量降低了15.79%。蔬菜试验区，茄子的土壤有效态砷降低了21.79%，萝卜的土壤有效态砷含量降低了22.54%。水果试验区，草莓有效态砷含量降低幅度不显著，圣女果的土壤有效态砷含量降低了16.50%。整体而言，钝化剂A对土壤有效态砷的平均降低幅度为16.65%。

图4 不同作物土壤有效态砷的变化

综上所述，钝化剂A能一定程度上降低土壤有效态镉以及有效态砷的含量，其中对于有效态镉的降低效果相对更好。同类型不同作物品种和不同类型作物品种重金属有效态降低幅度见表3和表4，由表3和表4可以看出，针对3个不同品种的大豆，其土壤有效态镉和有效态砷的降低幅度标准偏差相对较小（Stdev为0.03）。而针对不同类型的作物，如经济作物与水果和蔬菜种植区，其土壤有效态重金属含量的降低幅度标准偏差相对较大（Stdev在0.06～0.12）。

表3 同类型不同作物品种重金属有效态降低幅度

表4 不同类型作物品种重金属有效态降低幅度

2.3 钝化剂对不同作物修复效果的影响

作物可食部位镉含量的变化如图5所示，作物可食部位砷含量的变化如图6所示，由图5和图6可知，不同作物以及同类作物不同品种之间对于重金属镉以及砷的吸收存在一定差异。根据3个不同品种大豆的结果可以看出，在不添加钝化剂的条件下，有2个大豆品种（郑196大豆、中黄13大豆）可食部位的镉含量超标，其中郑196大豆超过标准限值15.00%，中黄13超过标准限值20.00%，而早熟1号的镉含量不超标。相对于CK处理，添加钝化剂A后，大豆可食部位的镉含量降低到标准限值以下，而砷的含量也有一定程度降低。其中郑196大豆的镉含量降低了47.83%，砷含量降低了38.46%；中黄13大豆的镉含量降低了75.00%，砷含量降低了53.33%；早熟1号大豆的镉含量降低了87.50%，砷含量降低了77.78%。整体而言，相较于其它两个品种，早熟1号大豆对于重金属镉、砷的吸收相对较少，且添加钝化剂后，其可食部位镉、砷含量降低幅度相对较大。

图5 作物可食部位镉含量的变化

图6 作物可食部位砷含量的变化

而茄子（超标120.00%）、草莓（超标60.00%）以及圣女果（超标40.00%）的镉含量也均存在不同程度的超标，萝卜镉、砷含量不超标。相对于CK处理，添加钝化剂A后，茄子的镉含量降低了72.73%，砷含量降低了57.14%。萝卜的镉含量降低了50%，砷含量降低了27.27%。对于水果而言，草莓的镉含量降低了62.50%，圣女果的镉含量降低了57.14%，砷含量均为检出。

综上所述，不同品种的大豆，其各自对重金属镉和砷的吸收，以及钝化剂对其降镉、降砷效果均存在较大的差异，其中早熟1号大豆对重金属镉的吸收相对较少。而对于不同类型的作物而言，水果（草莓和圣女果）对于重金属镉和砷的吸收相对其它几种作物较小，而茄子相对较易吸收镉。

2.4 钝化剂对不同作物产量的影响

作物产量的变化如图7所示，由图7可知，相较于CK处理，添加土壤钝化剂A后，经济作物，蔬菜以及水果的产量均有一定程度升高。其中，郑196大豆增长了11.00%，中黄13大豆增长了17.77%，早熟1号增长了20.31%，大豆平均增幅16.36%。茄子的产量相对于CK处理增长了3.27%，萝卜增长了5.39%，草莓增长了13.56%，圣女果增长了6.71%。

图7 作物产量的变化

由上述结果可以看出，钝化剂对于不同品种的大豆生长的影响存在一定的差异，其中可食部位重金属镉和砷含量较低的早熟1号大豆，其产量增长幅度相对较大。另外，钝化剂也一定程度上提升了茄子、萝卜、草莓和圣女果的产量。可能是由于添加钝化剂后，降低了土壤重金属镉和砷的有效性，一定程度上减小了重金属对作物的胁迫性，因此各作物的产量均有一定程度的提升。

3 结论与讨论

1.钝化剂对于同类型不同品种作物的土壤有效镉和有效砷的影响差异不大；而对于不同类型作物的土壤有效镉和有效砷的影响差异相对较大。

2.不同品种的作物之间对于重金属镉和砷的富集、转运能力不同。其中早熟1号大豆可食部位对镉的吸收能力相对其它两个品种较低。

3.不同类型的作物之间对于重金属镉和砷的富集、转运能力不同。其中水果（草莓和圣女果）可食部位对镉、砷的吸收能力相对经济作物（大豆）和蔬菜（茄子和萝卜）较低。各作物之间，茄子相对更易富集镉。

4.钝化剂主要成分为镁系、铁系、矿物质、生物质、pH调节剂和吸附剂组成的复合产品，可以调理土壤的理化性质，残余物质对农作物没有影响，安全可靠。