环境科学  2022, Vol. 43 Issue (4): 2133-2141   PDF    
引用本文
任超, 任彧仲, 李竞天, 王浩, 朱利文, 肖建辉, 赵瑞, 杜倩倩. 方解石基组配钝化剂与低积累玉米协同修复效果[J]. 环境科学, 2022, 43(4): 2133-2141.
REN Chao, REN Yu-zhong, LI Jing-tian, WANG Hao, ZHU Li-wen, XIAO Jian-hui, ZHAO Rui, DU Qian-qian. Synergistic Repair Effect of Calcite-Based Passivator and Low-Accumulation Maize[J]. Environmental Science, 2022, 43(4): 2133-2141.
方解石基组配钝化剂与低积累玉米协同修复效果
任超1,2, 任彧仲1,2, 李竞天1, 王浩1, 朱利文1, 肖建辉1,2, 赵瑞1, 杜倩倩1     
1. 河南省地质矿产勘查开发局第一地质矿产调查院, 洛阳 471000;
2. 河南省金银多金属成矿系列与深部预测重点实验室, 洛阳 471000
收稿日期: 2021-06-02; 修订日期: 2021-08-22
基金项目: 中央土壤污染防治专项(2110402-农村环境保护)
作者简介: 任超(1987~), 男, 工程师, 主要研究方向为土壤污染修复, E-mail: renchaodkyy@163.com
摘要: 针对典型北方碱性镉和铅复合污染农田土壤, 开展土壤钝化与低积累农作物协同修复田间试验, 以方解石作为主量钝化材料, 分别复配少量熟石灰、沸石粉和生物炭形成组配钝化剂.研究在CL(方解石+熟石灰)、CZ(方解石+沸石)、CB(方解石+生物炭)和CLZB(方解石+熟石灰+沸石+生物炭)不同组配条件下, 对土壤理化性质、重金属Cd和Pb生物有效性的影响, 以及对低积累玉米产量和植株(茎叶和籽粒)重金属Cd和Pb含量的影响.结果表明: 1施用钝化剂均能保障玉米正常生长, 小幅提升玉米千粒重与玉米产量.2不同方解石基组配钝化剂处理对土壤理化性质的影响具有一定的差异性, CL、CZ、CB和CLZB处理对土壤pH分别提升0.46、0.25、0.12和0.13个单位, 对土壤肥力指标无显著相关性(P＞0.05).3不同方解石基组配钝化剂处理均能显著降低土壤Cd和Pb的DTPA浸提态和离子交换态含量, 其中CLZB处理对DTPA浸提态Cd和Pb含量降低率分别为49.36%和72.55%, 对离子交换态Cd和Pb含量降低率分别为55.39%和78.52%.4在不同组配钝化剂处理后可使低积累玉米茎叶和籽粒Cd和Pb含量进一步降低, 其中CLZB处理后玉米茎叶Cd和Pb含量分别降低45.93%和67.00%, 玉米籽粒Cd和Pb含量分别降低25.17%和46.62%, 且DTPA浸提态和离子交换态Cd和Pb含量与玉米茎叶和籽粒中的Cd和Pb含量均呈极显著正相关关系(P＜0.01).结果表明, 在修复北方中碱性土壤镉铅复合污染农田时, 组配钝化剂与低积累作物品种联合使用能够获得较好的修复效果.
关键词: 碱性土壤      镉和铅复合污染      方解石基组配钝化剂      低积累玉米      协同修复     
Synergistic Repair Effect of Calcite-Based Passivator and Low-Accumulation Maize
REN Chao1,2 , REN Yu-zhong1,2 , LI Jing-tian1 , WANG Hao1 , ZHU Li-wen1 , XIAO Jian-hui1,2 , ZHAO Rui1 , DU Qian-qian1     
1. No.1 Institute of Geological and Mineral Resources Survey, Bureau of Geology and Mineral Exploration and Development of Henan Province, Luoyang 471000, China;
2. Key Laboratory of Au-Ag-Polymetallic Deposit Series and Deep-seated Metallogenic Prognosis of Henan Province, Luoyang 471000, China
Abstract: In this study, a field experiment of soil passivation and low accumulation-crops was carried out for typical northern alkaline cadmium and lead compound-polluted farmland soil. Calcite was used as the main passivation material, and a small amount of slaked lime, zeolite powder, and biochar were combined to form a group passivation agent. The effects of passivators on soil physicochemical properties, bioavailability of the heavy metals Cd and Pb, and the yield and plant (stalk and seed) content of heavy metals Cd and Pb in low-accumulation maize were investigated under different grouping conditions of calcite+slaked lime (CL), calcite+zeolite (CZ), calcite+biochar (CB), and calcite+slaked lime+zeolite+biochar (CLZB). The results showed that: ① all applications of passivating agent ensured the normal growth of maize and slightly increased the 1000 grain weight and maize yield. ② The effects of different calcite-based passivators on soil physical and chemical properties were different. The CL, CZ, CB, and CLZB treatments increased soil pH by 0.46, 0.25, 0.12, and 0.13 units, respectively, but had no significant correlation with soil fertility index (P > 0.05). ③ DTPA leaching and ion exchange state contents of Cd and Pb in soil could be significantly reduced by different calcite-based combinations with passivators, and the reduction rates of Cd and Pb in DTPA leaching were 49.36% and 72.55%, respectively. The reduction rates of ion exchange Cd and Pb contents were 55.39% and 78.52%, respectively. ④ The contents of Cd and Pb in stems, leaves, and grains of low-accumulation maize were further reduced by different passivating agents. The contents of Cd and Pb in the stems and leaves of maize were reduced by 45.93% and 67.00% after CLZB treatment, and the contents of Cd and Pb in grains were decreased by 25.17% and 46.62%, respectively. Moreover, the contents of Cd and Pb in DTPA extraction and ion exchange states were significantly positively correlated with the contents of Cd and Pb in corn stems, leaves, and grains (P < 0.01). The results showed that the combined use of combination passivators and low-accumulation crop varieties can obtain better restoration effects in the remediation of cadmium and lead combined-polluted farmland in the middle alkaline soil in northern China.
Key words: alkaline soil      cadmium and lead combined pollution      calcite-based passivating agent      low-accumulation maize      collaborative repair     

当前, 我国耕地土壤污染形势总体不容乐观, 局部问题突出, 特别是重金属等污染已对部分地区农产品质量构成严重威胁.近年来, 关于重金属污染农田采用石灰调节[1]、品种调整[2]、叶面调控[3]、优化施肥[4]、水分调控[5]、原位钝化[6]、微生物修复[7]和植物提取[8]等单一技术研究较多, 而综合类治理技术的研究报道较少[9].由于田间环境因素复杂多变, 加之土壤污染的复杂性, 单一措施往往难以保障农作物可食部位污染物含量达标, 集成优化物理-化学-生物联合技术措施, 建立适合当地实际情况的农田安全利用模式已成为轻中度污染耕地安全利用与治理修复的重要课题之一.有研究表明, 在农田土壤污染修复实践中组配钝化剂钝化效果明显优于单一钝化剂施用[10, 11], 原位钝化+低积累作物协同修复技术明显优于单一技术措施应用[12, 13].

目前, “VIP+n”综合治理技术相对成熟[14], 在低镉水稻品种(V)、淹水灌溉(I)和施用石灰等调节土壤酸度(P)的基础上增施(采用)土壤调理剂、钝化剂、叶面调控剂和有机肥等降镉产品或技术(n).该技术克服了单一治理技术在污染耕地治理中存在治理效率低, 且可能影响正常农作物种植和粮食生产的缺点, 具有较好地应用前景, 但该技术主要适用于南方酸性Cd污染稻田, 针对碱性土壤重金属污染农田修复的“北方模式”尚未建立, 关于方解石基组配钝化剂的田间试验研究在国内外未见报道.本文以河南栾川石宝沟金属矿区Cd和Pb复合污染土壤作为研究对象, 以本课题组前期开展的钝化剂实验室筛选和低积累玉米田间筛选试验成果为基础, 选取了方解石作为基础钝化材料, 配施少量熟石灰、沸石和生物炭, 探讨不同材料配施对田间土壤Cd和Pb生物活性的影响, 通过方解石基复配改良剂与低积累农作物协同修复技术, 以期为北方中碱性土壤重金属复合污染农田修复研究提供科学依据, 以达到污染农田安全利用的目的.

1 材料与方法 1.1 供试材料 1.1.1 供试土壤

本试验田位于河南省洛阳市栾川县石宝沟SBG-17号污染农田, 共划分为4个试验区, 各试验区按照梅花五点法采集0~20 cm混合土壤样, 土壤类型为褐土, 质地为砂质黏壤土.由于本研究为田间试验条件, T1~T4区之间存在土壤理化性质和Cd、Pb污染程度的不同, 各试验区供试土壤理化性质及重金属含量见表 1.

表 1 各试验区供试土壤理化性质及重金属含量1) Table 1 Physical and chemical properties and heavy metal contents of soil in each test area

1.1.2 供试钝化剂

供试钝化剂材料为方解石、熟石灰、沸石和生物炭.其中方解石购自河南省南阳市宇星世纪矿业开发有限责任公司, 粒度300目, 价格220元·t-1; 熟石灰购自河南省新乡市大新环保科技有限公司, 粒度300目, 价格800元·t-1; 沸石购自河南省信阳市平桥区军创珍珠岩厂, 粒度200目, 价格385元·t-1; 生物炭购自湖北金日生态能源股份有限公司, 粒度200目, 价格2 200元·t-1.供试钝化剂重金属含量见表 2, 方解石和沸石的X射线衍射结果见图 1.

表 2 供试钝化剂重金属含量/mg·kg-1 Table 2 Heavy metal content of passivator/mg·kg-1

图 1 方解石和沸石XRD衍射结果 Fig. 1 XRD diffraction results of calcite and zeolite

1.1.3 供试玉米品种

2019年研究区进行了低积累玉米品种田间筛选试验, 筛选出先玉335为Cd和Pb复合低积累玉米品种, 为进一步验证土壤原位钝化与低积累农作物的协同修复效果, 本试验供试玉米品种确定为先玉335.

1.2 试验设计

本试验田共划分为4个试验区, 分别为T1、T2、T3和T4区, 每个试验区设置1个未施用钝化剂处理(CK)、1组钝化剂处理(3次重复), 共计16个试验单元, 相邻之间采用1.2 m田埂相隔. 4种钝化剂处理分别为：方解石+熟石灰(CL)、方解石+沸石(CZ)、方解石+生物炭(CB)和方解石+熟石灰+沸石+生物炭(CLZB), 组配钝化剂按0.8%(占土壤0~20 cm耕作层质量分数)施用量添加, 各组配钝化剂施用量见表 3.组配钝化剂采用搅拌机混匀后装袋, 运至田间后均匀撒施在各试验单元土壤表面, 同时施用商品有机肥(羊粪制作)375 t·km-2(约250 kg·亩-1), 利用旋耕设备翻耕3次以上, 将钝化材料与0~20 cm耕层土壤充分混匀.种植玉米品种为先玉335, 播种前施用75 t·km-2(约50 kg·亩-1)磷酸二铵作为基肥, 播种行距40 cm, 株距30 cm, 于大喇叭口期追施45 t·km-2(约30 kg·亩-1)磷酸二铵和30 t·km-2(约20 kg·亩-1)尿素.各试验小区田间管理与当地农户的种植习惯保持一致.

表 3 方解石基组配钝化剂施用量 Table 3 Dosage of calcite-based passivating agent

1.3 样品采集与处理

2020年10月协同采集土壤样品和成熟期玉米植株样品.各试验单元分别按照梅花5点法各采集1组表层(0~20 cm)混合土壤样品, 共计土壤样品16组.土壤样品经自然风干、粗磨(过2 mm尼龙筛)、细磨(过1 mm和0.15 mm尼龙筛)后备用.各试验单元协同采集玉米茎叶、籽粒各1组, 共计玉米茎叶样品16组, 玉米籽粒样品16组.玉米植株样品经去离子水清洗、自然晾干, 磨碎至过0.25~0.4 mm尼龙筛, 混匀后备用.

1.4 测定项目与方法

土壤基本理化性质：pH采用玻璃电极法, 机械组成采用密度计法, 有机质采用重铬酸钾容量法, 阳离子交换量采用氯化铵-乙酸铵交换法, 全氮采用凯氏定氮法, 全磷、全钾采用四酸消解-电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES), 碱解氮采用碱解-扩散法, 有效磷采用碳酸氢钠浸提-电感耦合等离子体发射光谱法, 速效钾采用乙酸铵浸提-电感耦合等离子体发射光谱法.土壤全镉、全铅含量采用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS), 土壤Cd、Pb有效态含量采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸提-电感耦合等离子体发射光谱法[15], Cd、Pb离子交换态含量采用Tessier修正顺序七步提取-电感耦合等离子体质谱法[16, 17], 钝化剂中矿物成分采用XRD衍射仪(X, Pert Pro)测定.

1.5 数据统计分析

试验检测数据采用Excel 2019、Origin 2018和SPSS 26分析软件对不同钝化剂的处理效果进行数据整理、统计分析和绘图分析.

采用降低率(K)判定钝化材料对重金属的稳定效果[18], 采用富集系数(BCF)判定农作物对重金属的积累程度[19].

式中, Ce为污染土壤钝化平衡后某种金属元素提取态含量; Ci为污染土壤钝化前某种金属元素提取态含量.

式中, Cplant为某种金属元素在植株某部分的含量; Csoil为某种金属元素在植物土壤中的含量.

2 结果与分析 2.1 不同处理对玉米产量的影响

由图 2可知, T1区对照组和试验组玉米千粒重分别为372 g和372 g, 产量分别为730 kg·亩-1和784 kg·亩-1; T2区对照组和试验组玉米千粒重分别为366 g和377 g, 产量分别为693 kg·亩-1和750 kg·亩-1; T3区对照组和试验组玉米千粒重分别为377 g和382 g, 产量分别为776 kg·亩-1和815 kg·亩-1; T4区对照组和试验组玉米千粒重分别为348 g和362 g, 产量分别为714 kg·亩-1和728 kg·亩-1; 不同方解石基组配钝化剂处理与对照组相比, 均能小幅提升玉米千粒重和亩产.

不同小写字母表示不同处理间差异显著(P＜0.05), 下同 图 2 不同处理条件下玉米千粒重和产量对比 Fig. 2 Comparison of 1 000-grain weight and yield of maize under different treatment conditions

2.2 不同处理对土壤理化性质的影响

由表 4可知, 不同组配钝化剂处理对土壤pH具有一定的提升作用, T1~T4区pH分别提升0.46、0.25、0.12和0.13个单位, 不同组配处理对土壤pH值提升排序为：CL＞CZ＞CLZB≈CB.根据前期小试阶段单一钝化剂对土壤pH的提升幅度排序为：熟石灰＞沸石＞生物炭＞方解石, 本研究以90%方解石添加量为基础的组配钝化剂整体对土壤pH值的影响较小, 提升幅度均低于0.5个单位. 4种方解石基组配钝化剂对土壤pH提升幅度略微差异主要取决于复配材料熟石灰、沸石和生物炭对土壤pH值的影响.不同方解石基组配钝化剂处理与田间土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷和速效钾含量的影响无明显规律, 且与对照组相比无统计学意义, 相关性不显著(P＞0.05).表明以方解石为基础的组配钝化剂不会对土壤肥力指标造成影响, 这与不同处理试验区玉米产量无显著变化的结果相对应.

表 4 不同处理条件下土壤pH和肥力指标的变化1) Table 4 Changes in soil pH and fertility under different treatment conditions

2.3 不同处理对土壤中Cd和Pb生物有效性的影响 2.3.1 不同处理对土壤中DTPA浸提态Cd和Pb含量的影响

由图 3可知, T1~T4区对照组和试验组土壤有效态ω(Cd) 分别为0.318~0.835 mg·kg-1和0.284~0.423 mg·kg-1, 不同组配处理土壤重金属Cd降低率排序均为：CLZB(49.36%)＞CL(38.25%)＞CB(14.44%)＞CZ(10.69%). T1~T4区对照组和试验组土壤有效态ω(Pb)分别为30.05~144.50 mg·kg-1和20.26~39.66 mg·kg-1, 不同组配处理土壤重金属Pb降低率排序均为：CLZB(72.55%)＞CL(38.65%)＞CB(25.84%)＞CZ(22.87%).

图 3 不同处理条件下土壤Cd和Pb有效态含量降低效果对比 Fig. 3 Comparison of effective content reduction effects of soil Cd and Pb under different treatment conditions

2.3.2 不同处理对土壤中离子交换态Cd和Pb含量的影响

由图 4可知, T1~T4区对照组和试验组土壤离子交换态ω(Cd)分别为0.164~0.536 mg·kg-1和0.161~0.253 mg·kg-1, 不同组配处理土壤重金属Cd降低率排序均为：CLZB(55.39%)＞CL(36.61%)＞CB(12.33%)＞CZ(2.16%).T1~T4区对照组和试验组土壤离子交换态ω(Pb)分别为0.090~0.506 mg·kg-1和0.056~0.109 mg·kg-1, 不同组配处理土壤重金属Pb降低率排序均为：CLZB(78.52%)＞CL(37.28%)＞CZ(26.52%)≈CB(26.01%).

图 4 不同处理条件下土壤Cd和Pb离子交换态含量降低效果对比 Fig. 4 Comparison of the effect of reducing the contents of Cd and Pb ion exchange states in soil under different treatment conditions

2.4 不同处理对玉米植株吸收Cd和Pb的影响 2.4.1 不同处理对玉米茎叶吸收Cd和Pb的影响

由图 5可知, T1~T4区对照组和试验组低积累玉米茎叶ω(Cd)分别为0.450~0.955 mg·kg-1和0.385~0.640 mg·kg-1, 茎叶Cd富集系数分别为0.315~0.531和0.375~0.501, 不同组配处理对低积累玉米茎叶Cd含量降低率排序为：CLZB(45.93%)＞CB(25.99%)＞CL(22.94%)＞CZ(14.38%).T1~T4区对照组和试验组低积累玉米茎叶ω(Pb)为3.194~11.010 mg·kg-1和3.062~3.852 mg·kg-1, 茎叶Pb富集系数分别为0.012~0.022和0.013~0.021, 不同组配处理对低积累玉米Pb含量降低率排序为：CLZB(67.00%)＞CL(22.17%)＞CB(4.12%)＞CZ(0.56%).

图 5 不同处理条件下玉米茎叶Cd和Pb含量对比 Fig. 5 Comparison of Cd and Pb contents in corn stems and leaves under different treatment conditions

2.4.2 不同处理对玉米籽粒吸收Cd和Pb的影响

由图 6可知, T1~T4区对照组和试验组低积累玉米籽粒ω(Cd)分别为0.009 9~0.014 9 mg·kg-1和0.008 7~0.012 2 mg·kg-1, 籽粒Cd富集系数分别为0.005~0.011和0.008~0.010, 不同组配处理对低积累玉米籽粒Cd含量降低率排序为：CLZB(25.17%)＞CL(22.69%)＞CB(18.12%)＞CZ(12.12%).T1~T4区对照组和试验组低积累玉米籽粒ω(Pb)分别为0.008 1~0.041 4 mg·kg-1和0.006 6~0.022 1 mg·kg-1、籽粒Pb富集系数分别为0.000 04~0.000 07和0.000 04~0.000 07, 不同组配处理对低积累玉米籽粒Pb含量降低率排序为：CLZB(46.62%)＞CB(32.53%)＞CL(18.52%)＞CZ(0%).不同组配钝化剂处理条件下使玉米籽粒吸收Cd和Pb含量进一步降低, 表明方解石基组配钝化剂处理有效地降低了土壤中重金属Cd和Pb的迁移和转运.

图 6 不同处理条件下玉米籽粒Cd和Pb含量对比 Fig. 6 Comparison of Cd and Pb contents in corn grains under different treatment conditions

2.4.3 玉米植株Cd和Pb含量与土壤2种提取态含量的关系

为进一步研究施用方解石基组配钝化剂后土壤中Cd和Pb各提取态含量对玉米植株Cd和Pb含量的影响, 分别将玉米茎叶和籽粒Cd和Pb含量与土壤中Cd和Pb的浸提态(DTPA)和离子交换态(Ex)进行相关性分析.由图 7可知, 土壤中Cd的2种提取态含量与玉米茎叶中的Cd含量均呈现出极显著的正相关关系(rDTPA-Cd=0.768**、rEx-Cd=0.792**), 土壤中Pb的2种提取态含量与玉米茎叶中的Pb含量均呈现出极显著的正相关关系(rDTPA-Pb=0.922**、rEx-Pb=0.889**).由图 8可知, 土壤中Cd的2种提取态含量与玉米籽粒中的Cd含量均呈现出极显著的正相关关系(rDTPA-Cd=0.730**、rEx-Cd=0.751**), 土壤中Pb的2种提取态含量与玉米籽粒中的Pb含量均呈现出极显著的正相关关系(rDTPA-Pb=0.838**、rEx-Pb=0.767**), 这与已有的研究结果一致[20].

**表示在0.01水平上极显著相关(P＜0.01), 下同 图 7 玉米茎叶Cd和Pb含量与土壤中2种提取态含量的相关系数 Fig. 7 Correlation coefficient of Cd and Pb contents in maize stems and leaves with the contents of two extracted states in soil

图 8 玉米籽粒Cd和Pb含量与土壤中2种提取态含量的相关系数 Fig. 8 Correlation coefficient of Cd and Pb contents in maize grains and contents of two extractive states in soil

3 讨论

有研究表明石灰、碳酸钙、黏土矿物和生物炭等相互组配钝化效果均优于单一钝化剂[21~25].本课题组前期开展了方解石、熟石灰、沸石和生物炭等钝化剂实验室筛选, 发现各钝化剂对碱性土壤Cd和Pb均有一定的钝化效果, 但其作用机制不尽相同[26], 故选择了钝化效果稳定且对弱碱性土壤pH值影响较小的方解石作为主量钝化材料, 复配少量熟石灰、沸石和生物炭, 形成不同的方解石基组配钝化剂, 充分发挥各钝化材料之间的交互作用.田间试验表明, 4种方解石基组配钝化剂对土壤pH影响不大, 但钝化效率效果明显.其中CBZL组配钝化剂对pH基本无影响(略微提升0.13个单位), 土壤Cd的DTPA浸提态和离子交换态降低率可达49.36%和55.39%, Pb的DTPA浸提态和离子交换态降低率可达72.55%和78.52%, 这与以往通过提升土壤pH值以获得更高钝化效率的研究截然不同[27].

方解石为碳酸盐矿物, 结构稳定且成分单一, 纯度可达99%, 施入土壤中不会引入杂质离子, 主要通过表面吸附和溶解沉淀[28]与同晶类质替代作用[29]实现稳定钝化, 对土壤pH值的影响较小, 作为组配主基物料优势明显.熟石灰为碱性物质, 主要通过提升土壤pH值增加胶体表面负电荷形成难溶性沉淀而降低重金属活性[30], 具有快速明显地钝化效果, 但石灰具有持效性较短的缺点[31], 大量或长期施用石灰会引起土壤pH值提升过高, 给土壤结构和养分状况带来不利影响, 在北方中性和碱性土壤条件下以少量添加为宜.沸石为碱性多孔硅酸盐矿物, 比表面积和孔隙大、阳离子交换量大, 对土壤具有一定的保水保肥作用, 通过离子交换、络合吸附和碱化沉淀等作用抑制重金属在土壤中的迁移和降低有效性[32], 但专性吸附位点易被吸附也易被交换, 存在钝化不稳定现象.生物炭通过静电吸附、离子交换、官能团络合和沉淀等作用机制来直接吸附固定土壤重金属, 同时还可以通过间接影响土壤理化性质(pH、OM和Eh等), 从而影响土壤中重金属形态[33], 但生物炭经济成本高, 是方解石价格的数倍以上, 考虑到大田修复投入品的经济性, 生物炭与硅酸盐、磷酸盐和碳酸盐等天然非金属矿物材料配施可取得更高的综合效益.

本研究供试玉米为本课题组于2019年田间小区试验筛选出的Cd和Pb复合低积累玉米品种先玉335, 其基因型对重金属Cd和Pb具有良好的抗性和避性.本次田间试验先玉335在未施用钝化剂处理的污染土壤条件下, 玉米籽粒Cd和Pb的含量与富集系数均维持在较低水平, 表现出该品种Cd和Pb低积累在田间的稳定性, 这与该品种以往田间试验的研究结果一致[34].由于大田土壤重金属污染程度因土壤环境的差异, 存在一定的不均一性和复杂性.本研究T4试验区土壤污染物Cd和Pb含量要高于T1~T3试验区, 而T4区在CLZB方解石基组配钝化剂处理下对Cd和Pb的钝化效率最大, 以及对玉米茎叶和籽粒吸收Cd和Pb含量的降低率也最大, 说明方解石基钝化材料在土壤重金属Cd和Pb含量相对较高的条件下表现出了较好的钝化效果.故针对轻度重金属污染农田可通过不同类型的低积累作物品种即可实现安全生产, 而对于中重度重金属污染农田, 宜采用“土壤钝化+低积累作物”协同修复的方式, 通过“降活性+低吸收”双重机制实现安全生产.

4 结论

(1) 不同组配钝化剂处理对土壤理化性质的影响具有一定的差异性, CL、CZ、CB和CLZB处理对土壤pH分别提升0.46、0.25、0.12和0.13个单位, 总体来看, 以方解石为主量钝化材料的组配钝化剂对pH的提升较小.不同处理对田间土壤养分指标的影响不显著(P＞0.05).

(2) 不同方解石基组配钝化剂处理均能显著降低土壤中DTPA浸提态和离子交换态Cd和Pb含量, 且降低率排序为：CLZB＞CL＞CB＞CZ, 其中CLZB处理对DTPA浸提态Cd和Pb降低率为49.36%和72.55%, 对离子交换态Cd和Pb降低率为55.39%和78.52%, 方解石基组配钝化剂在田间试验条件下表现出高效的钝化效率.

(3) 玉米茎叶和籽粒Cd和Pb含量与土壤中Cd和Pb的浸提态(DTPA)和离子交换态(Ex)均呈现极显著正相关关系(P＜0.01), 方解石基组配钝化剂可有效抑制土壤中Cd和Pb的生物活性和迁移性, 其中CLZB处理后降低效果最好, 玉米茎叶Cd和Pb含量降低率为45.93%和67.00%, 玉米籽粒Cd和Pb含量降低率为25.17%和46.62%, 且Cd和Pb复合低积累玉米品种先玉335在重金属污染农田中表现出稳定的低积累特性.

(4) 本研究为田间试验, 在小区之间存在土壤理化性质及Cd和Pb污染程度的差异, 但不同方解石基组配钝化剂均表现出良好的钝化效果, 初步验证了“方解石基组配钝化剂+低积累玉米品种”协同修复技术模式具有高效、稳定和经济的优点, 对中碱性土壤重金属污染农田修复“北方模式”的建立具有一定的参考价值.

参考文献
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