全 文 ：武汉植物学研究 2008，26(2)：170—174
Journal of Wuhan Botanical Research
石灰配施猪粪对 Cd、Pb和 Zn污染土壤中重金属形态和
植物有效性的影响
杜彩艳 ，祖艳群h，李元
(1．云南农业大学资源与环境学院，昆明 650201；2．云南省农科院农业资源与环境研究所 ，昆明 650205)
摘 要：通过盆栽试验，研究在镉、铅和锌污染土壤上，石灰和猪粪配施对土壤中不同形态镉、铅和锌含量及在蔬菜中
累积的影响。结果表明：施人石灰(L)、石灰加低量猪粪(LP。)、石灰加高量猪粪(LP2)后，土壤中碳酸盐结合态 cd、Pb
和zn含量明显降低，土壤中铁、锰氧化物结合态和有机物结合态cd、Pb和zn含量明显增加；x,-j-大白菜吸收Pb、cd和
zn均起到较好的抑制作用。单施石灰处理，石灰用量为 5 g·kg 土时，对大白菜吸收 Pb、cd和 zn的抑制效果最好 ；
石灰配施猪粪处理，其中石灰 5 g·kg 土配施猪粪 7．5 g·kg 土以及石灰 5 g·kg 土配施猪粪 l5 g·kg。。土对大白菜
吸收 Pb、cd和 zn的抑制效果最好。研究同时发现，低量猪粪配施石灰的效果强于高量猪粪配施石灰的效果。
关键词：石灰；猪粪；形态；镉；铅；锌
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1000-470X(2008)02—0170—05
Efects of Lime with Pig Manure on Fractions of Cd，
Pb and Zn in Soil and Phytoavailability
DU Cai—Yan ，ZU Yan—Qun ，LI Yuan
(1．Colege ofResources and Environment，Yunnan Agricultural University，Kunming 650201，China；2．Institute ofAgricultural Resources
and Environment，Yunnan Academy ofAgricultural Sciences，Kunming 650205，China)
Abstract：A pot experiment was carried out to investigate the efects of lime with pig manure on the soil
Pb．Cd and Zn fractions and plant uptake of these metal elements in the Chinese cabbage．The heavy me-
tal fractions in soil were analyzed by using Tessier method．Th e results showed that with the treatments of
lime(L)，lime+lower pig manure(LP1)，lime+higher pig manure(LP2)，contents of exchangeable
bound to carbonate cadmium．1cad and zinc in the soil decreased：contents of Fe—Mn oxide combined and
organic matter combined cadmium．1ead and zinc in the soil increased．At the same time，contents of
cadmium．1cad and zinc in the shoot of Chinese cabbage signifcan tly decreased on the treatments of lime。
the obvious treatment which inhibited absorption of Pb．Cd and Zn by plant．iS the treatment with 5 g lime
f0r 1 kg soil．In the treatments of lime with pig manure．both of the treatment with 5 g lime and 7．5 g pig
manure．and 5 g lime and 15 g pig manure were better than other treatments for 1 kg soil．The results also
showed that the effect of lime with lower pig manure iS better than the lime with higher pig manure．
Key words：Lime；Pig manure；Fractions；Cadmium；Zinc；Lead
重金属污染的酸性土壤上大多数作物的生长必
然受到抑制。施用石灰能降低重金属的活性，促进
作物的生长 ¨J。但大量施用石灰，会使土壤的物
理性质恶化，整体肥力水平也下降，而有机物料在改
善土壤理化性状、特别是物理性状方面，有着特殊的
作用。在使用石灰的基础上配施有机物料，有可能
达到既抑制重金属的活性、促进作物的生长、又维持
甚至提高土壤肥力的效果，有利于被治理后的重金
属污染土壤的持续利用。虽然在石灰和有机物料改
善土壤效应方面有过不少研究 ，但在云南还未
见相关报道。
不同形态的重金属，其生理活性和毒性有很大
差异，其中水溶态、交换态的活性、毒性最大，残留态
的活性、毒性最小，而其 它结合态活性、毒性 居
中 ¨。因此，研究石灰和猪粪配施与重金属形态、
毒性的关系，以及对植物的影响，具有重要的意义。
收稿13期：2007—08—20，修回13期：2007—10—16。
基金项目：国家自然科学基金资助项 目(30560034)。
作者简介：杜彩艳(1977一)，女，云南维西人 ，硕士，助理研究员，主要从事植物营养和环境生态方面研究(E—mail：caiyandu@126．tom)。
{通讯作者：(E—mail：liyuanzu@public．km．yn．ca)。
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第 2期 杜彩艳等：石灰配施猪粪对 cd、Pb和 zn污染土壤中重金属形态和植物有效性的影响 171
云南省由于金属矿藏的大规模开采，以及较长
的开采历史等因素的影响，省内形成了大量的采矿
废弃地，严重影响了云南的农 田环境及农业生产。
针对这一现状，我们研究了在 Cd、Pb、zn污染土壤
上，进行石灰和猪粪配施，对 Cd、Pb和 zn在土壤中
的存在形态及在蔬菜中累积的影响，旨在为云南重
金属污染的酸性土壤的持续利用提供理论依据。本
研究采用化学方法修复重金属污染土壤，具有一定
的局限性。但是，化学修复更适用于中国人口多，可
耕地少的国情；运用化学修复方法，既可有效地治理
重金属污染土壤，又可持续用于农业生产。显然，化
学修复技术将继续成为今后重金属污染土壤修复技
术的研究方向之一。
1 材料与方法
1．1 供试材料
供试土壤采 自云南省会泽县者海铅锌矿厂下风
向50 m范围内，所用土壤为旱地红壤，其基本理化
性状为：pH 5．6，有机质 5．19％，CEC(以 C计 )
6．68 mol·kg～，全氮 0．51 g·kg～，全钾 0．861 g·
kg一 ，全磷 0．0631 g·kg一 ，Cd 37．37 mg·kg一 ，Pb
1330 mg·kg～，Zn 2992．94 mg·kg～，供试石灰中 cd
130．40 mg·kg～ ，Pb 13．65 mg·kg～ ，Zn 34．99 mg·
kg～，猪粪中Cd 0．139 mg·kg～，Pb 16．55 mg·kg～，
zn 34．9 mg·kg～。由以上可知，供试土壤 Cd、Pb、
zn严重超出我国土壤环境质量二级标准(GB15168—
1995)限值(全 cd为 0．3 mg·kg～，全 Pb为 250 mg·
kg～，全 zn为 200 mg·kg )。该土壤为镉、铅、锌
复合污染土壤。
供试作物大白菜(Brassica pekinensis)为春喜牌
‘青岛83—1’，生育期为 90 d。以盆栽试验方式在
云南农业大学植物营养系温室内进行。
本试验采用 2因素 4水平 ，13个处理，3次重
复，随机区组排列，共 39盆。具体试验设计方案见
表 1。
采用 15 cm ×30 cm塑料盆，每盆装土5 kg；猪
粪风干，磨细，过 2 mm筛，供试改良材料为熟石灰，
购自当地(烧制的)，过 2 mm筛；底肥使用尿素 3 g，
普钙2 g，硫酸钾 1．5 g；将土壤及改良材料、底肥称
好，混合均匀，装入塑料盆中，加水至田间持水量不
变，培养 1周后于2004年 1 1月 16日移植 20 d苗龄
的大白菜。每盆移栽 4～5株，1个月后间苗，每盆
留3株，常规管理。3个月后(2月 16日)收获大白
菜地上食用部分，取样、洗净、烘至恒重后磨碎，备用。
表 1 盆栽试验设计方案及代码
Table 1 Designing plan and codes of pot experiments
注：石灰施用量根据 ：Ca(OH)2=[1／2(交换性酸 ×0．074×土
质量)／667 m ]／50，其中：0．074为 Ca(OH)2 mol·L一，本供
试土壤交换性酸为69．35 g。
Notes：The amount of lime employs according to the follow formulas：
Ca(0H)，=『l／2(exchanged acid×0．074×soil quality)／
667 m ]／50．meanwhile，0．074 is Ca(OH)，tool·L一 ，the ex—
chan ged acid of the tested soil is 69．35 g．
1．2 测定方法
(1)土壤 pH值、土壤有机质含量及土样氮、磷、
钾含量的测定均按土壤农化常规分析方法 ¨。
(2)土壤中重金属全量分析采用浓硝酸．高氯酸
消解，原子吸收分光光度计测定。
(3)植株样品(地上食用部分)中重金属含量测
定用干灰化．碘化钾萃取，原子吸收分光光度计测定。
(4)土壤中 Cd、Pb、zn的形态分级采用 Tessi—
er[14]连续提取法，本试验测定土壤重金属碳酸盐结
合态、铁锰氧化物结合态和有机物结合态。
1．3 数据处理
数据处理采用 DPS软件，多重差异显著性分析
采用新复极差法(Duncan法)多重比较检验差异显
著性(n=3，P<0．05或P<0．01)。
2 结果
2．1 石灰配施猪粪对土壤中碳酸盐结合态 Pb、Cd
和 Zn含量的影响
添加石灰提高了土壤的 pH值，降低了土壤碳
酸盐结合态 Pb、cd和 zn的含量，各处理与对照相
比，差异均达到显著水平，其中，石灰用量 5 g·kg
土时，降低效果最为显著(表2)。
各水平的石灰配施猪粪7．5 g·kg 土处理都
显著降低了土壤中碳酸盐结合态 Pb、cd和 zn含
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172 武 汉 植 物 学 研 究 第 26卷
量，并且均随着石灰用量的增加而逐渐降低，其中降
低效果最大的处理为石灰 5 g-kg 土配施猪粪
7．5 g·kg 土，使土壤中 Pb降幅达 38．27％，Cd降
幅达24．34％，Zn降幅达29．06％(表 2)。
石灰不同用量配施猪粪 15 g-kg 土处理也显
著降低了土壤中碳酸盐结合态 Pb、cd和 zn含量，
其中尤其以石灰 5 g·kg 土配施猪粪 15 g·kg 土
(pH 7．6)的降低效果最突出(表 2)。
2．2 石灰配施猪粪对土壤中Fe、Mn氧化物结合态
Pb、Cd和 Zn含量的影响
从表 3可看出，不同石灰施用量都显著增加了
土壤中 Fe、Mn氧化物结合态 Pb、cd和 zn的含量。
当石灰 5 g·kg 土处理(pH7．6)时，增加效果最为
显著，土壤中 Fe、Mn氧化物结合态 Pb、cd和 zn含
量分别比对照增加了26．5％、102．31％和 1 1．42％。
各水平的石灰加猪粪 7．5g-kg 土处理，土壤
中Fe、Mn氧化物结合态 Pb、cd含量除个别(L P )
比对照有所降低外，其余处理都显著增加了土壤中
Fe、Mn氧化物结合态 Pb、Cd含量，Pb的增幅达
9．95％ 一13．97％，Cd的增幅达 10．25％ 一56．64％。
相反，土壤中 Fe、Mn氧化物结合态 zn含量却显著
降低(表3)。
表 2 石灰和猪粪对土壤碳酸盐结合态 Pb、Cd和 Zn含量的影响
Table 2 Efect of lime and pig manure on contents of exchangeable bound to carbonate Pb，Cd and Zn in soil (mg·kg )
注：同列中不同大小写字母分别表示差异达5％和 l％显著水平 ，下同。
Notes：Diferent capital and small letters in each column mean signifcant at 5％ and l％ level，respectively，and the$anle symbol is used for
other tables．
表 3 石灰和猪粪对土壤中 Fe、Mn氧化物结合态 Pb、Ot和 Zn含量的影响
Table 3 Efects of lime and pig manure on contents of Fe，Mn oxide combined—Pb，Cd and Zn in soil (mg·kg )
所需注释同表2。
}What need notes refer to Table 2
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第 2期 杜彩艳等 ：石灰配施猪粪对 cd、Pb和zn污染土壤中重金属形态和植物有效性的影响 173
在不同梯度石灰配施猪粪 15 g·kg 土处理下，
土壤中Fe、Mn氧化物结合态 Pb、cd含量随土壤 pH
的升高而升高。然而，土壤中Fe、Mn氧化物结合态
zn含量却没有增加，反而呈现下降趋势(表3)。
2．3 石灰配施猪粪对土壤中有机物结合态 Pb和
Zn含量的影响
不同水平石灰用量均能显著增加土壤中有机物
结合态 Pb和 zn的含量(表 4)。随着石灰用量增
加，pH升高，土壤中有机物结合态 Pb和 zn的含量
也随之增加，且呈明显的上升趋势，高量石灰(5 g·
kg 土)时尤为明显，比对照分别增加了 22．46％、
21．56％(表4)。
石灰不同用量配施猪粪7．5 g·kg 土，以及不同
石灰用量配施猪粪 15 g·kg 土2种处理，都显著提
高了土壤中有机物结合态Pb和zn含量，且都明显高
于对照。另外，石灰加低量猪粪(7．5 g·kg 土)的效
果强于石灰配施高量猪粪(15 g·kg 土)的效果。
2．4 石灰和猪粪对大白菜吸收 Pb、Cd和 Zn能力
的影响
施用石灰对抑制土壤重金属向大白菜地上部迁
移具有明显的效果，随石灰用量的增加，pH升高，大
白菜地上部 Pb、cd和 zn含量持续降低，降低幅度
依各处理而有所不同(表5)。
石灰配施低量(7．5 g·kg 土)猪粪和高量猪粪
(15 g·kg 土)处理，也显著了降低了大白菜地上部
Pb、cd和 zn含量，降低幅度依各处理不同而异，而
且高量猪粪的效果不比低量猪粪强(表5)。
表 4 石灰和猪粪对土壤中有机物结合态 Pb和
Zn含量的影响
Table 4 Efects of lime and pig man ure on contents of
organic matter combined Pb and Zn in soil (mg·kg )
所需注释同表2。
What need notes refer to Table 2
3 讨论
3．1 施用石灰对土壤中不同形态 Cd、Pb和 Zn含
量及植物有效性的影响
施加石灰被认为是抑制重金属污染土壤植株吸
收重金属的有效措施。在土壤中施入石灰能提高土
壤的pH，促进重金属生成碳酸盐、氢氧化物沉淀，降
低土壤中 cd、zn等重金属的有效性，从而抑制作物
对它们的吸收。
表 5 石灰和猪粪对大白菜地上部 Pb、Cd和 Zn含量的影响
Table 5 Efects of lime and pig manure on contents of the Pb，Cd and Zn in Chinese cabbages (mg．kg )
所需注释同表2。
What need notes refer to Table 2
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l74 武 汉 植 物 学 研 究 第 26卷
高彬等 ¨研究表明，莴苣、芹菜各部位 cd、zn
的含量基本遵循随土壤 pH升高而呈下降趋势的规
律。随着石灰用量的增加，明显地抑制 Hg、cd、Pb
向植物体内迁移，石灰用量越大，莴笋中 Hg、Cd、Pb
的含量越少 ¨。石灰用量越大，大 白菜中 Cd、Pb、
zn含量越少 ¨。
本研究结果与以上结果类似：施加石灰显著降
低了土壤中碳酸盐结合态 Cd、Pb和 zn含量，明显
增加了土壤中铁、锰氧化物结合态和有机物结合态
Cd、Pb和 zn含量；大白菜地上部 Cd、Pb和 zn含量
均随着石灰用量的增加而逐渐降低，因而能有效降
低植物对镉、铅、锌的富集。
3．2 石灰配施猪粪对土壤中不同形态 Pb、Cd和
Zn含量及植物有效性的影响
尽管施用石灰能降低土壤中有效态 Cd、Pb和
zn含量，有效抑制植物体内Cd、Pb和zn含量，但大
量施用石灰，会对土壤的物理性质产生一定的影响，
整体肥力水平也会下降；而有机物料在改善土壤理
化性状、特别是物理性状方面，有着特殊的作用。因
此在使用石灰的基础上配施猪粪，有可能达到既抑
制重金属的活性，促进作物的生长，又维持甚至提高
土壤肥力的效果，有利于被治理后的重金属污染土
壤的持续利用。
在镉、锌污染土壤上施人有机肥可使土壤中有效
态的镉、锌含量明显降低，各组成形态中，水溶态及交
换态的含量明显减少，而有机络合态的含量明显增
加；且随着有机肥施用量的增加，镉、锌有机络合(螯
合)态的含量也逐渐增加 J。本试验结果与此一致，
这是因为施人石灰 +猪粪后：① 有机质．金属络合物
的稳定性随 pH的升高而增大，使溶液中cd¨ 、Pb¨ 、
zn 浓度降低。②Cd¨ 、Pb2 、Zn 在氧化物表面的
专性吸附随 pH的升高而增强，pH上升大部分被动
吸附重金属转变为专性吸附。从而相应地抑制了
Cd、Pb和zn向植物迁移的数量。
本试验条件下，未测出有机物态 cd的含量，原
因可能是该试验所用土壤采自一块多年废弃地的缘
故。另外，石灰加低量猪粪的效果明显强于石灰加
高量猪粪，该结果与陈晓婷等的研究结果类似 ]。
说明猪粪对重金属 Pb、cd和 zn的改 良效应，存在
一 个最适用量的问题，并不是越多越好。
本试验中，即使在土壤 pH 7．6处理时，大白菜
地上部 Pb、Cd、Zn的含量也超过国家蔬菜食品卫生
标准，由于所用土壤 cd、Pb、zn背景值高，污染严
重，仍不适合种植蔬菜。可通过种植对 Cd、Pb、Zn
超累积植物以带走土壤 中Cd、Pb、zn_】 J，降低土
壤中cd、Pb、zn的含量，达到治理土壤 cd、Pb、zn污
染，再用于农业生产。而通过施用石灰及猪粪控制
蔬菜中重金属含量的方法，可使用于中度、轻度污染
的农田土壤。
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