以中國河南省某市農(nóng)田污染土壤為研究對象，采用化學(xué)鈍化技術(shù)，加入不同鈍化藥劑對其進(jìn)行重金屬穩(wěn)定化效果研究，同時采用室內(nèi)小麥盆栽實驗，對比分析其對土壤鈍化后植物吸收情況。研究表明：原始土壤受As、Cd、Pb、Zn污染，其中Cd含量超過《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618–1995)二級標(biāo)準(zhǔn)，威脅糧食安全生產(chǎn)和人體健康;采用赤泥、磷礦粉和鈣鎂氧化物混合藥劑均可在一定程度上對土壤中的Cd、As、Pb、Zn有鈍化效果，其中向土壤中加入2%鈣鎂氧化物混合藥劑對重金屬Cd的鈍化效果最佳且小麥幼苗地上部中Cd含量大幅度降低，有助于植物生長。研究為重金屬污染農(nóng)田土壤的修復(fù)技術(shù)提供了參考。

關(guān)鍵詞：重金屬污染;農(nóng)田土壤;原位鈍化

中國農(nóng)田土壤重金屬污染總體形勢不容樂觀，農(nóng)田土壤重金屬超標(biāo)狀況堪憂，糧食安全生產(chǎn)受到威脅。2014年發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國耕地土壤點位超標(biāo)率達(dá)19.4%，主要污染物為鎘(Cd)、砷(As)和鉛(Pb)等;農(nóng)業(yè)部對我國140萬hm2污水灌溉區(qū)域調(diào)查發(fā)現(xiàn)，土壤重金屬超標(biāo)面積占64.8%[1]。土壤污染具有隱蔽性、累積性、滯后性和不可逆轉(zhuǎn)性等特點，往往難以被人們迅速察覺，但是土壤中重金屬的累積會通過作物生長借由食物鏈轉(zhuǎn)移到人體中，從而危害人體健康[2-4]。因此，對重金屬污染農(nóng)田土壤進(jìn)行修復(fù)處理已成為亟待解決的環(huán)境問題?；瘜W(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)由于具有經(jīng)濟(jì)、快速、操作簡單等特點，從而被廣泛應(yīng)用在重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)中[5-7]?；瘜W(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)是指向土壤中加入鈍化劑來改變土壤理化性質(zhì)，通過界面?zhèn)鬏?、吸附解吸、沉淀溶解、氧化還原等多種作用過程來改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，從而降低金屬的生物可利用性[8-10]。該技術(shù)的關(guān)鍵在于選擇合適的鈍化劑，目前常用的鈍化劑主要有磷酸鹽類、黏土礦物類(鐵氧化物、錳氧化物及鐵鋁氫氧化物等)、石灰物質(zhì)類、有機(jī)螯合劑等[11-14]。本研究以中國河南省某市重金屬污染農(nóng)田土壤為修復(fù)對象，研究不同類型鈍化藥劑對As、Cd、Pb和Zn等重金屬污染土壤的鈍化效果，并通過分析鈍化劑施加前后土壤重金屬形態(tài)的轉(zhuǎn)化探討修復(fù)效果，并采用短期室內(nèi)小麥盆栽實驗為實際修復(fù)效果提供依據(jù)，為今后開展農(nóng)田重金屬土壤污染提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1材料與方法

1.1供試土壤和材料供試土壤來源于中國河南省某鉛鋅礦冶煉廠周邊，距廠區(qū)3km處的污染耕地內(nèi)，耕地類型為旱田。按照梅花布點法，采集表層(0~20cm)土壤樣品。剔除石塊等大顆粒雜物，風(fēng)干混勻，采用四分法選取土樣，研磨過2mm篩，均勻混合后保存?zhèn)溆?。另取約1kg土壤研磨過1mm篩，并取約100g土壤研磨過0.149mm篩，用于測定土壤理化性質(zhì)和重金屬含量，分析結(jié)果見表1。土壤基本理化性質(zhì)測定方法參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》[15]。根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB15618–1995)中二級標(biāo)準(zhǔn)評價，污染土壤中重金屬污染物(As、Cd、Pb、Zn)中Cd超標(biāo)，且超標(biāo)倍數(shù)為3.85倍，為中輕度污染。

供試作物為小麥。供試鈍化劑為赤泥、磷礦粉和鈣鎂氧化物，其中赤泥選自某鋁業(yè)股份有限公司，為Bayer法工藝煉鋁尾渣(pH=10.85)，經(jīng)105℃烘干24h，研磨后過100目篩備用;磷礦粉選自南明誠化肥有限公司;鈣鎂氧化物選自北京宜為凱姆環(huán)境技術(shù)有限公司。鈍化劑的基本性狀見表2。

1.2實驗方法

(1)鈍化實驗。鈍化劑的添加水平為土壤重量的2%，再加入170mL水，保持土壤最大持水量為60%，攪拌均勻，室內(nèi)養(yǎng)護(hù)14d，鈍化后進(jìn)行土壤中重金屬元素(As、Cd、Pb、Zn)形態(tài)分析和土壤pH測定，每次設(shè)置3組平行實驗。(2)小麥盆栽實驗。稱量500g污染土壤，分裝在內(nèi)套自封袋的塑料盆中，按照質(zhì)量比，加入質(zhì)量為土壤質(zhì)量的2%的鈍化藥劑，再加入170mL水，攪拌均勻，并保持土壤最大持水量60%，室內(nèi)穩(wěn)定7d后，播種出芽較好的小麥種子，每盆播種15顆，隨即移入培養(yǎng)箱中培養(yǎng)，保持整個實驗過程中土壤含水量不變，間苗生長30d后，取地上部分青苗用去離子水洗凈晾干稱鮮重，隨后置于烘箱中，70℃烘干至恒重，測定其重金屬Cd含量。

1.3分析方法與測試儀器

土壤pH用去離子水(水土比1∶2.5，g∶mL)浸提，振蕩5min后靜置30min，用pH計測定水和沉淀界面的pH值(USEPA9045D(2004))。土壤有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定(NY/T1121.6–2006)，土壤陽離子交換量采用乙酸鈣法測定(NY/T1121.5–2006)。農(nóng)田土壤鉛鋅鎘含量測定采用中國國家標(biāo)準(zhǔn)(GB/T17141-1997，GB/T17138)，使用HCl-HNO3-HF-HClO4法消解，而土壤砷含量測定則使用王水進(jìn)行消解(GB/T22105)。重金屬形態(tài)分析采用Tessier五步連續(xù)提取法[16]，共分為5個形態(tài)：交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)以及殘渣態(tài)。上述消解液或提取液中的鉛鋅含量的測定采用火焰原子吸收分光光度法，鎘含量的測定采用石墨爐原子吸收分光光度法，砷含量的測定采用原子熒光光譜法。消解樣品中包括試劑空白和標(biāo)準(zhǔn)土壤樣品，用以驗證消解及分析過程中方法的準(zhǔn)確性和精密度。

實驗儀器設(shè)備：原子吸收分光光度計(NOVAA400P，德國AnalytikJenaAG公司);pH計(pHS-3C，上海雷磁儀器廠);原子熒光譜儀(SA-7800，北京博暉創(chuàng)新光電技術(shù)股份有限公司);不銹鋼電熱板(DB-2A，江蘇晨陽電子儀器廠)。

2結(jié)果與討論

2.1不同鈍化劑對污染土壤的鈍化效果和pH比較

加入不同鈍化劑后，重金屬As、Cd、Pb、Zn的可交換態(tài)百分含量變化如圖1所示。由圖1可知，少量的赤泥有效地降低了4種重金屬的可交換態(tài)含量，當(dāng)加入量增加時，As的可交換態(tài)反而增加;磷礦粉的加入對Zn具有顯著的效果;鈣鎂氧化物混合藥劑對4種重金屬皆具有顯著的鈍化效果，可選擇此試劑作為實際處理修復(fù)藥劑。由于鈍化劑具有堿性，所以其對土壤pH具有顯著影響，如圖2所示，隨著鈍化劑的加入，土壤pH升高，但是過高的pH并不利于植物的生長。