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基金项目:国家重点基础研究发展规划()#&)项目(!""!*+,%"’"));国家科技支撑计划项目(!""- +./"(+"),!""’+./.#+"&)资助。
作者简介:徐明岗(%)-%—),男,研究员,长期从事土壤肥力与污染土壤环境的修复研究。012345:26789:33;< 3:< :=
改良剂对重金属污染红壤的修复效果及评价
徐明岗,张 青,王伯仁,李菊梅,孙 楠
(中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,农业部作物营养与施肥重点开放实验室,北京 %"""’%)
摘要:采用盆栽试验,研究了施用改良剂—石灰、有机肥、海泡石对红壤上小油菜生物产量、镉锌吸收量、>?、吸收
系数的影响。结果表明,施用改良剂,连续种植 &季小油菜(!"#$$%# ’()$*"%$ @<)的生物产量都显著提高,石灰、有
机肥和海泡石配施的产量是对照的 %(倍。改良剂能不同程度提高红壤的 >?,以石灰的效果最好,土壤 >?平均升
高了 !个单位;而且小油菜对镉锌的吸收也较低。小油菜对镉的吸收系数大于对锌的吸收系数,说明镉容易在土
壤 $植物体系中迁移,施用改良剂后吸收系数降低。施石灰的小油菜中锌含量达到食品卫生标准。改良剂对提高
土壤 >?的后效逐渐减弱,对抑制小油菜吸收锌的后效不如抑制镉的后效好。
关键词:改良剂;红壤;重金属污染;修复
中国分类号:A%(-B! 文献标识码:. 文章编号:%""’$("(C(!""))"%$"%!%$"-
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6+2 7(,.1:32L=R2L=P;KLR ;O45;SL3UV 2LP35 >O558P4O=;KL2LR43P4O=
红壤是我国南方典型的地带性土壤,分布广泛、
酸性强,有机质含量低。当重金属进入该土壤时,由
于其 >?比较低、吸附力弱、阳离子交换量小,因而
重金属离子的活性较高,容易被作物吸收,通过食物
链进入人体,危害人们的健康。因此,需要采用多种
方法来降低重金属的危害,减少作物的吸收。主要
的方法有物理工程措施、生物措施和农业措施。在
重金属中轻度污染的耕地上,农业措施应用比较广
泛,施用改良剂是农业措施中效果好、操作简单的方
法之一。丁园等[%]研究表明,污染红壤增施石灰石
能改善黑麦草的生长,降低黑麦草的重金属含量。
J35ZLK等[!$&]研究认为,施入有机肥可以降低重金属
的有效性,不但能提高植物的产量,还能降低植株中
*8、F=、E=的含量,提高土壤的 >?。
据报道,天然沸石是一种带阴离子的有空隙的
铝硅酸盐物质,能够降低土壤中 [T、*R、F=的生物有
植物营养与肥料学报 !""),%((%):%!%$%!-
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
[53=P G8PK4P4O= 3=R \LKP454XLK A:4L=:L
效性[!];污染土壤中加入石灰,能降低重金属的溶
解性["#$];还有研究指出,污染土壤中施入无机改良
剂如石灰,天然沸石和红泥能降低重金属的活性,还
能影响土壤中微生物的组成[%#&]。目前,对改良剂
改善土壤性质和提高作物产量的研究较多,而对改
良剂修复不同重金属污染土壤的效果及其后效研究
的较少。本研究在种植多季小油菜的基础上,分析
讨论改良剂原位钝化修复重金属污染土壤的效果,
对改良剂的修复效果进行评价。
! 材料与方法
盆栽试验在中国农业科学院土壤肥料研究所网
室进行。所用土壤为红壤,取自湖南祁阳中国农业
科学院红壤试验站(’ ($)!"*+$,,- ...)"(*.(,),是典
型的酸性土。土壤基本性质为:/0 "1!(,碱解氮
%.1% 23 4 53,全氮 61&% 3 4 53,速效磷(789:;<=)$16
23 4 53,全磷 61!! 3 4 53,速效钾(中性醋酸铵浸提)%6
23 4 53,有机质 .!1> 3 4 53,全镉 61..> 23 4 53,全锌
&$1" 23 4 53。供试作物为小油菜( !"#$$%# ’()$*"%$
?@)。试验采用 +种性质不同的改良剂:石灰、有机
肥和海泡石;有机肥由中国农科院畜牧研究所提
供。改良剂的性质和用量见表 .。
试验设 &个处理,分别为:.)不施改良剂作对
照(AB);()施用石灰(?);+)施用有机肥(7C);!)
施用海泡石(D);")施用石灰和有机肥(?7C);$)
施用石灰和海泡石(?D);%)施用有机肥和海泡石
(7CD);&)施用石灰、有机肥和海泡石(?7CD)。!
次重复。
表 ! 试验用 "种改良剂的基本性质
#$%&’ ! ($)*+ ,-.,’-/*’) .0 1*00’-’2/ $3’213’2/) 4)’1
改良剂
E2:;F2:;G
用量
HI9J3:
全 ’
KIG@ ’
全 =
KIG @ = AF L; =M AN ’O
(3 4 53) (23 4 53)
石灰 ?O2: + 616( 6166! 61.$ .1(+ 61"& 616( 61>+
有机肥 CJ;NP: (6 .>1"! (%1$6 61(& $%1+ !1+( .!>1& $1$>
海泡石 D:/OI8OG: ! 616( 616$ 6 (1$> 6 (1%!" +1+"
人工培育成三级镉锌污染土壤(加入硝酸盐使
重金属量达到 AF . 23 4 53,L; "66 23 4 53),放置一个
月后装盆。每盆装土 ( 53,施入相应的改良剂,按每
千克土 ’、=(7"、B(7分别为 61."、61.&、61.( 3的
用量施入底肥,种植小油菜,每盆留苗 "株。连续种
+季,每季的管理一致。整个生长过程用去离子水
浇灌,生长 "6 F后收获,取土壤样品。
小油菜(!"#$$%# ’()$*"%$ ?@)中镉、锌含量的测
定采用王水和高氯酸消解;土壤样品采用盐酸、硝
酸和高氯酸消解[>];用美国产 QA= # 7-D(电感耦合
等离子体发射光谱仪)测定溶液中镉、锌浓度。
5 结果与分析
56! 不同改良剂对小油菜生物产量的影响
不施改良剂的土壤上,第 .季小油菜出苗后 .6
F,叶片发黄,生长缓慢,再过 .6 F 后,小油菜死亡,
可能是由于重金属的活性太高所致。施入改良剂不
同程度地提高了其生物产量。其中,+ 种改良剂配
施处理小油菜的生物产量最大,比单施石灰、有机肥
和海泡石分别增产 .+&1$R、$(1+R和 .%.1.R,但与
石灰和有机肥配施处理没有显著差异(表 ()。改良
剂单施以有机肥的效果最好,这可能是因为红壤的
基础肥力较低,有机肥在提高肥力的同时,能降低重
金属的毒性,提高生物产量。这与华珞等[.6]的有机
肥明显提高了镉 #锌污染土壤上小麦产量的研究结
果一致。
种植第 (季,由于重金属的老化,活性降低,对
照土壤上小油菜虽然成活,但生物产量仍很低。改
良剂的施用提高了小油菜的生物产量,其中以 +种
改良剂配施的生物产量最大,比石灰、有机肥和海泡
石单施分别增产 "&1%R、"1(R和 +">1"R。主要是
因为改良剂的施用抑制了小油菜对 AF、L;的吸收,
提高了小油菜的产量。
第 +季盆栽试验结果为石灰、有机肥和海泡石
单施比对照分别增产 ..1%、.(1$和 (1>倍,这与陈晓
婷等[..]的研究结果一致,其在重金属污染的红壤上
施入石灰,显著地增加了小白菜的株高和鲜重。
种植 +季的结果都表明,提高小油菜生物产量
的效果是:有机肥 S石灰 S海泡石。各处理中凡施
有机肥的处理生物产量均高于不施有机肥的处理,
因此,既考虑到经济因素,又考虑到修复效果,经济
有效的方法是石灰和有机肥配施;在养分含量较低
((. 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 ."卷
表 ! 不同处理对 "季小油菜的生物产量的影响(# $ %&’,())
*+,-. ! /00.1’ &0 2300.4.5’ ’4.+’6.5’7 &5 ,3&6+77 &0 4+%.
28435# ’94.. 9+4:.7’7
处理
!"#$%’%
第 (季
()% *$"+#)%
第 ,季
,’- *$"+#)%
第 .季
."- *$"+#)%
/0 — 12134 $ 12(1, $
5 12343 $ 12331 6 (2.1, 6
78 12491 $6 124.1 -# (2.49 6
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注(?@%#):5—石灰 5A;78—有机肥 8$’B"#;:—海泡石 :#CA@D
EA%#;578—石灰 F有机肥 5A F 8$’B"#;5:—石灰 F海泡石 5A F
:#CA@EA%#;78:—有机肥 F海泡石 8$’B"# F :#CA@EA%#;578:—石灰 F有
机肥 F海泡石 5A F 8$’B"# F :#CA@EA%# G同列数据后不同字母表示处
理间差异达 3H显著水平,下同。IAJJ#"#’% E#%%#") A’ #$<* "@K $’ )ALD
’AJA<$’% $% 3H E#+#E G !*# )$ 6#E@KG
的土壤上,单施有机肥也是抑制作物对重金属吸收
比较好的方法。
!;! 不同改良剂对小油菜吸收镉、锌的影响
重金属污染的红壤中,施入不同的改良剂后小
油菜吸收重金属数量也不同。随时间的延长,改良
剂对降低小油菜吸收重金属的作用也在改变(图
()。
第一季对照土壤上由于重金属有效性高,小油
菜不能成活。加入改良剂都能降低小油菜对镉、锌
的吸收,. 种改良剂单施时,以施用石灰的效果最
好,其次是有机肥,海泡石的效果最差。李明德
等[(,]的研究表明,污染土壤中施入高量海泡石能明
显降低空心菜对镉的吸收;王凯荣等[(.]的研究认
为,污染土壤中施入石灰性改良剂能够有效抑制水
稻对 M6、/-的吸收,而且有机物料(稻草和猪厩肥)
的改良效果不如石灰性物质好,与本试验结果一致。
第 .季盆栽,. 种改良剂单施小油菜对镉的吸
收比对照分别降低 34H、=1H、,=H,对锌的吸收分
别降低 >,H、..H、4H。改良剂配施的效果比单施
效果好,有石灰的比没有石灰的好。. 种改良剂配
施的效果最好,但和石灰与有机肥配施效果没有显
著差异。
改良剂抑制小油菜对镉、锌的吸收随时间的延
长效果也在变化。小油菜对镉的吸收第 ,季低于第
(季,第 .季大部分低于第 ,季,说明改良剂对镉的
抑制后效能持续 .季以上。小油菜体内锌含量第 ,
季低于第 (季,第 .季高于第 ,季,与第 (季相差不
大,说明改良剂抑制小油菜对锌的吸收能持续 ,季。
在锌污染的土壤上要持续抑制作物对锌的吸收,则
可以隔 (季施加 (次改良剂,而镉污染的土壤上抑
制作物对镉的吸收可以隔 ,季施加 (次改良剂。
图 < 施入改良剂后三季小油菜的镉、锌吸收量
=3#>< *9. +,7&4%’3&5 +6&85’ &0 ?2 +52 @5 ,A 4+%. #4&B35# 35 4.2 7&3- B3’9 +%%-31+’3&5 &0 2300.4.5’ +6.526.5’7
!;" 施入改良剂对土壤 %C的影响
有研究表明,土壤中重金属离子的生物有效性
随 CN的升高而下降[(=]。降低土壤 CN会减弱土壤
有机 O无机胶体及土壤粘粒对金属离子的吸附能力,
使土壤溶液中有效态和交换态重金属离子数量增加
从而增加植物对重金属的吸收;反之,土壤 CN 增
加,植物对金属的吸收量将降低[(3]。
施入改良剂能显著提高土壤的 CN(图 ,),其提
高土壤 CN的效果是石灰 P 有机肥 P 海泡石,比对
照分别提高 ,21、(2.和 (2(,这与陈晓婷等[((]、孙健
.,((期 徐明岗,等:改良剂对重金属污染红壤的修复效果及评价
等[!"]、丁凌云等[!#]、王凯荣等[!$]的研究结果一致。
改良剂对土壤 %&的影响随时间的延长而减弱。种
植第二季,各处理的土壤 %&都低于第一季,第三季
低于第二季,但都高于未施改良剂的土壤。这可能
是由于土壤的缓冲作用所致,也说明改良剂对提高
土壤 %&存在一定的后效。
图 ! 施用不同改良剂的三季盆栽土壤的 "#
$%&’! "# () *+, -(%. /%01 2"".%320%(4 () ,%))+*+40 25+4,5+40-
!67 不同改良剂处理小油菜对镉、锌的吸收系数
吸收系数是指作物某一部位中某一元素的浓度
与土壤中元素浓度之比,可代表土壤 ’作物体系中
元素迁移的难易程度。吸收系数越高,这种元素在
土壤 ’作物体系中越易迁移;反之,吸收系数越低,
这种元素就越难以迁移。
不同改良剂对红壤中小油菜镉、锌吸收系数影
响(表 $)表明,单施海泡石的小油菜对镉的吸收系
数最大,其次是单施有机肥的,施用石灰的作物对镉
的吸收系数较低;$种改良剂配合施用,镉的吸收系
数最低。说明海泡石对抑制镉向地上部分迁移的效
果较差,即海泡石对有效态镉的固定作用不如其它
改良剂;而石灰能有效地抑制镉的移动和吸收。
第二季小油菜对镉的吸收系数普遍低于第一
季,对照吸收系数最高,加入改良剂后吸收系数都有
不同程度的下降。$ 种改良剂比较,作物吸收系数
仍以施石灰的最低,施有机肥次之,单施海泡石的较
高。第三季小油菜镉的吸收系数有不同程度的改
变,施用石灰的处理作物吸收系数比第二季有所升
高,而单施有机肥或海泡石的作物镉的吸收系数降
低,说明石灰在第二季时后效仍较好,第三季时后效
逐渐变差。有机肥和海泡石的后效作用较长,但是
其改良效果比石灰的差。
红壤中锌的作物吸收系数比镉低,说明锌在土
壤 ’作物体系中的迁移性比镉差。这是因为镉在土
壤中主要是非专性吸附,移动性比较大[!(]。丁凌云
等[!#]用重金属的有效态与总量的比值来判断重金
属在土壤中的迁移能力,比值越大,说明越容易在土
壤中迁移,得出的结论是 )* + ,- + ./,与本试验的
研究结论一致。表 $还可看出,不同改良剂影响小
油菜对锌的吸收系数的规律与对镉的吸收系数的规
律是一致的,而且石灰的后效不如有机肥和海泡石
的长;但是,石灰在当季抑制小油菜吸收重金属的
效果最好。
表 8 红壤上施用不同改良剂后小油菜对镉、锌的吸收系数
92:.+ 8 91+ ;"02<+ 3(+))%3%+40 () =, 24, >4 )*(5 *2"+ &*(/%4& %4 *+, -(%. /%01 2"".%320%(4 () ?2*%(;- 25+4,5+40-
处理
0123452-4
镉 )* 锌 ,-
第一季
!64 7318264
第二季
9-* 7318264
第三季
$1* 7318264
第一季
!64 7318264
第二季
9-* 7318264
第三季
$1* 7318264
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@E 9;!= /B !;#= /B !;=> B A;(< B A;<9 3 A;"> /
CDE 9;$! B !;(9 B $;<> * A;#> /B A;"! / A;>< /
@CDE 9;A! 3 !;"$ 3 !;>> 3/ A;>" 3 A;$! 3 A;$ 3
!6@ 施用不同改良剂植株中重金属含量达到食品
卫生标准的情况
表 <看出,$ 季小油菜中镉的含量都大于食品
卫生标准(A;A> 5F G HF),但是施入改良剂能不同程
度降低小油菜中的镉含量。$ 种改良剂单施时,以
施石灰处理的小油菜体内镉含量最低,其次是有机
<9! 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 !>卷
肥处理,海泡石对抑制小油菜镉的吸收效果最差;!
种改良剂同时施用时,小油菜体内镉的含量最低,其
次是有机肥与海泡石配施,改良剂配施效果好于单
施。
改良剂对抑制小油菜吸收镉有较好的后效。第
二季盆栽小油菜中镉的含量普遍低于第一季植株中
镉的含量;第三季单施石灰和海泡石的小油菜中镉
的含量继续降低,但单施有机肥的小油菜中镉的含
量比第二季升高,有机肥与海泡石配施的镉含量也
升高,其他处理镉的含量比第二季低。
改良剂对小油菜中锌的含量比对镉的影响大。
第一季小油菜中锌含量都大于食品卫生标准("#
$% & ’%),第二季施用了石灰的小油菜中锌的含量低
于食品卫生标准;而没有施石灰的高于食品卫生标
准,对照土壤小油菜锌含量最高。第三季盆栽只有
石灰与有机肥配施和 !种改良剂配施的锌含量低于
食品卫生标准,其它处理都比第二季升高,且都高于
食品卫生标准,这可能是由于改良剂对抑制小油菜
吸收锌的后效减弱的结果。
表 ! 红壤施用不同改良剂后小油菜鲜样体内镉、锌含量("# $ %#)
&’()* ! +, ’-, .- /0-1*-1 2- 34*56 4’7* 8216 ’77)2/’120- 03 ,233*4*-1 ’"*-,"*-15 10 4*, 502)
处理
()*+,$*-,
镉 ./ 锌 0-
第一季
12, 3+)4*2,
第二季
"-/ 3+)4*2,
第三季
!)/ 3+)4*2,
第一季
12, 3+)4*2,
第二季
"-/ 3+)4*2,
第三季
!)/ 3+)4*2,
.5 #67#8 9 #67#: 9 11861 9 11;6< /
= #6"1; / #61>< ? #617" ? ";67 +@ 1>6> @ ":6" +
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ABC #61<> +@ #611# + #6"!; / 716! / !76> ? :<6# @
=ABC #617< + #6#;< + #6#;" + ""6! + ;61 + 1<67 +
食品卫生标准 (3* 9DD/ 2+-E,+)F 2,+-/+)/ :./ #6#7 $% & ’%,0- "# $% & ’%G
9 结论
1)施入改良剂后能显著提高小油菜的生物产
量,其作用大小顺序为有机肥 H石灰 H海泡石。改
良剂能明显降低小油菜对重金属的吸收量,! 种改
良剂降低小油菜吸收重金属的顺序为:石灰 H有机
肥 H海泡石;!种改良剂配施的效果最好,与石灰和
有机肥配施的效果相近。改良剂抑制作物对镉的吸
收后效好于对锌的吸收。
")施入不同改良剂后,能不同程度提高土壤
IJ,从而降低植物对重金属的吸收。改良剂对提高
土壤 IJ的效果随时间的延长逐渐减弱。
!)植物对镉的吸收系数大于对锌的吸收系数,
说明镉比锌容易迁移到植物。施有石灰的吸收系数
小于未施石灰的,施用海泡石的吸收系数最大。石
灰对抑制作物对镉、锌的吸收后效不如有机肥和海
泡石长,但是石灰在当季的抑制效果最好。
:)施用改良剂虽能不同程度降低小油菜中镉
的含量,但镉的含量仍然超过国家食品卫生标准;
施用石灰的处理镉的含量低于未施。第一季小油菜
中锌的含量都超过国家食品卫生标准;第二季和第
三季施用石灰的小油菜中锌含量低于食品卫生标
准。
参 考 文 献:
[1] 丁园,刘继东 G 重金属复合污染红壤增施石灰石对黑麦草生长
的影响[K]G 南昌航空工业学院学报(自然科学版),"##!,18
(1):""L"76
ME-% N,=EO K MG P$I+?,2 D9 3*+4F $*,+Q2 ?D-,+$E-+,ED- E- )*/ 2DEQ D-
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