全 文 ：中国生态农业学报 2011年 11月 第 19卷 第 6期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Nov. 2011, 19(6): 1386−1392


* “十二五”国家高技术研究发展计划(863 计划)项目(2011AA100503)、国家自然科学基金项目(40971164)、黄土高原土壤侵蚀与旱地农
业国家重点实验室基金项目(10501-258)和中央高校基本科研业务费资助
** 通讯作者: 黄占斌(1961~), 男, 博士生导师, 教授, 主要研究方向为植物生理生态、环境生物学和化学节水技术等。E-mail: zbhuang2003@163.com
彭丽成(1985~), 女, 硕士研究生, 主要研究方向为水土环境工程及环境材料。E-mail: penglicheng920@163.com
收稿日期: 2011-04-15 接受日期: 2011-06-03
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2011.01386
环境材料对 Pb、Cd污染土壤玉米生长及
土壤改良效果的影响*
彭丽成1 黄占斌1,2** 石 宇1 孙华杰1 沈 忱1
陈 威1 张小明1
(1. 中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院 北京 100083; 2. 中国科学院水利部水土保持研究所
黄土高原土壤侵蚀与旱地农业国家重点实验室 杨凌 712100)
摘 要 为探索环境材料对种植于 Pb、Cd污染土壤中的玉米生长、品质的影响, 以及对 Pb、Cd重金属污染
土壤的改良效应, 本文采用温室盆栽方法, 研究了不同环境材料[腐殖质类材料(HA)、高分子材料(SAP)、煤基
复合材料(FM)及粉质矿物材料(FS)]及其复合处理对 Pb-Cd复合污染土壤中玉米(Zea mays L.)生长、品质及根
系土壤环境的影响。结果表明, 添加环境材料组合 F22(FM+SAP)、F23(FS+SAP)及 F32(HA+SAP+FS)能促进
苗期玉米生长, 长势好于对照; 所有环境材料处理中玉米地上部粗灰分含量都低于对照, 添加单一环境材料
对玉米地上部粗淀粉含量的提高效果高于对照、优于组合; 处理 FM、F33(SAP+FM+FS)及 F4(HA+SAP+FM+FS)
对土壤中 Pb固定效果显著, 抑制土壤中 Pb向玉米体内迁移; 单一处理 FM、FS及组合 F33(SAP+FM+FS)对土
壤重金属 Cd 固化效果明显, 抑制土壤中 Cd 向玉米体内迁移。环境材料的添加在一定程度上有助于土壤基本
理化性质的改善, 促进土壤改良, 同时环境材料对阻止土壤重金属向植物体迁移有一定作用。
关键词 环境材料 腐殖质类材料 高分子材料 铅(Pb) 镉(Cd) 重金属污染土壤 玉米
中图分类号: X; X5; X53 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2011)06-1386-07
Effects of environmental materials on maize growth and soil
remediation of Pb and Cd contaminated soils
PENG Li-Cheng1, HUANG Zhan-Bin1,2, SHI Yu1, SUN Hua-Jie1, SHEN Chen1,
CHEN Wei1, ZHANG Xiao-Ming1
(1. School of Chemical and Environmental Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China;
2. State Key Laboratory of Soil Erosion and Dry-land Farming on Loess Plateau; Institute of Soils and Water Conservation,
Chinese Academy of Sciences and Ministry of Water Resources, Yangling 712100, China)
Abstract Application of environmental materials is a vital remedial measure of heavy metal lead (Pb) and cadmium (Cd))
contaminated soils. To explore the effects of environmental materials on plant growth and quality and to enhance remediation of Pb
and Cd contaminated soils, a pot experiment was setup in greenhouse conditions. The experiment analyzed soil properties, growth
and quality as well as Pb and Cd contents of maize (Zea mays L.) in Pb-Cd contaminated soils. Different environmental treatments,
including single environmental materials treatments [e.g., humus (HA), polymers (SAP), coal-derived composites (FM) and powder
minerals (FS)], and composite treatments of environmental materials were selected in heavy metal Pb and Cd contaminated soils. The
results indicated that F22 (FM+SAP), F23 (FS+SAP) and F32 (HA+SAP+FS) composite treatments promoted stronger maize growth
at seedling stage than that of the control. Maize crude ash in all the treatments with environmental materials was less than that of the
control. Also maize crude starch in single environmental material treatments was higher than that in composite environmental mate-
rial and control treatments. By comparison, single FM and combined F33 (SAP+FM+FS) and F4 (HA+SAP+FM+FS) treatments had
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a significant inhibition effect on maize Pb uptake in Pb-Cd contaminated soils. Similarly, single FM and FS and composite F33
(SAP+FM+FS) environmental materials treatments had a significant prohibition effect on maize Cd uptake in Pb-Cd contaminated
soils. Thus the application of environmental materials could improve soil physical and chemical properties and inhibited crop heavy
metal uptake.
Key words Environmental material, Humus, Polymer, Lead, Cadmium, Heavy metal contaminated soil, Maize
(Received Apr. 15, 2011; accepted Jun. 3, 2011)
随着工业、城市污染加剧及农业施肥、污水灌溉、
污泥应用等增加, 土壤重金属污染日益严重[1]。其中,
Pb、Cd 污染是土壤重金属污染最常见的一种[2]。玉
米在中国播种面积大、分布广, 是中国北方和西南
山区以及其他旱谷地区人民的主要作物之一, 主要
用于人类口粮、牲畜饲料和工业生产原料。土壤中
重金属与作物生长及理化性质有密切联系, 国内外
对重金属影响玉米生长研究越来越多[3−8]。日本东京
大学山本良一教授在材料研究中首次提出“环境材
料”的概念[9]。环境材料是指具有使用性能和最佳环
境协调性的材料, 将其施用于受重金属污染的土壤
中, 可降低重金属的水溶性、扩散性和生物有效性,
从而减轻对生态环境的危害。环境材料作为治理环
境污染和改良土壤的重要途径之一, 能稳定土壤中
的重金属, 减少重金属在作物中的积累, 是一种可
行的土壤污染治理方法[10−11], 近年来国内外对其研
究越来越多。余贵芬等[12]研究了腐殖质类材料对红
壤中 Pb、Cd赋存形态及活性的影响, 高跃等[13]研究
了腐殖酸对土壤 Pb 赋存形态的影响, 胡振琪等[14]
对黏土矿物与菌根稳定化修复重金属污染土壤进行
了研究, 欧根能等[15]研究了污泥、煤基复合材料和石
灰改良土壤对小白菜的影响, Shi等[16]研究了天然粉质
矿物材料对重金属污染土壤改良效应, Chlopecka等[17]
针对粉质矿物材料、磷灰石及铁氧化物对作物吸收
Pb、Cd的影响做了相关研究, 朱林等[18]针对缓释型高
分子材料对土壤物理性状作用及油菜增产效果进行
了研究。这些研究极大地促进了环境材料治理重金
属污染土壤的进展, 但对环境材料治理土壤重金属
污染的系统性研究目标不够明确, 对不同材料的选
择及其组合对土壤性能及对植物生长, 特别是植物
品质影响的研究不足。本研究在前人研究的基础上,
选用北京市通州区农田土壤, 通过添加重金属制成
Pb、Cd污染土壤, 选用腐殖质类材料、高分子材料、
煤基复合材料及粉质矿物材料 4 种环境材料, 结合
盆栽种植玉米对 Pb、Cd污染土壤改良效应进行模拟
研究, 旨在了解不同环境材料及其组合对玉米在重
金属污染土壤中的生长、安全状况及对土壤重金属
污染改良效应, 分析环境材料结合植物修复对治理
Pb、Cd污染土壤的效果, 为重金属污染土壤的环境
污染治理提供技术参考。
1 材料与方法
1.1 试验处理设计
盆栽试验在中国矿业大学(北京)进行。试验设置
Pb、Cd复合污染土壤, 采用 4种性质不同环境材料:
腐殖质类材料(HA)、高分子材料(SAP)、煤基复合材
料(FM)及粉质矿物材料(FS)。HA由内蒙古霍林河煤
业集团有限责任公司提供; SAP为粒度 100目的聚丙
烯酸盐, 由唐山博亚科技集团有限公司提供; FM由
91%的粉沙粒和 9%的黏粒组成, 表面颜色为灰色,
pH 8.36, 由山西大同煤矿集团有限公司提供; FS主
要以斜发粉质矿物材料为主, 粒度 100 目, 由河南
信阳淮业矿物有限公司提供。
供试土壤取自北京市通州区农田表土(0~20 cm), 黏
粒 16.23%, 粉粒 59.27%, 沙粒 24.5%, 总碳 10.1 g·kg−1,
土壤容重 1.39 g·cm−3, 田间持水量 19.3%, pH为 7.50,
EC为 0.28 ms·cm−1, 有机质含量为 5.7 g·kg−1, Pb本底
含量为 19.115 mg·kg−1, Cd本底含量为 0.063 mg·kg−1。
经自然风干、捣碎、剔除杂物后过 2 mm尼龙筛, 于
25 cm×25 cm塑料盆中装土 8 kg。试验中 Pb、Cd浓
度分别为 500 mg·kg−1、10 mg·kg−1, 以 Pb(NO3)2、
CdCl2·2.5H2O 金属盐形式于拌土时均匀加入, 并陈
化 4 周后开始种植玉米。试验共设 11 个处理(见表
1), 对照 CK1 不加任何重金属及环境材料, CK2 加

表 1 试验不同处理的环境材料组合
Table 1 Combination of environmental materials in different treatments
处理 Treatment 材料
Material HA SAP FM FS F21 F22 F23 F31 F32 F33 F4
HA √ √ √ √ √
SAP √ √ √ √ √ √ √
FM √ √ √ √ √ √
FS √ √ √ √ √
打钩表示试验处理含有对应的环境材料 Ticks show that the corresponding environmental materials were used in the treatments.
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重金属但不加任何环境材料, 3次重复, 共计 39个盆
栽。拌土时环境材料的用量按土壤重量的比例加入
混合, 比例参照前人研究结果 [4]和环境材料的经济
性确定, 组合处理中的用量为相应单一材料的用量
之和。供试玉米品种为“农大 86”, 每盆播种 3穴, 每
穴 2 株。自来水浇灌, 当土壤含水量为田间持水量
50%左右时, 浇水至 100%田间持水量, 准确记录每
次浇水量。试验在玉米苗期(5 月 18 日)、拔节期(6
月 18 日)及后期(7 月 19 日)取植物样品测定生长指
标, 后期取玉米地上部样品测定品质及重金属 Pb、
Cd含量。
1.2 测定项目与方法
作物生长指标包括株高及叶面积。株高采用直
尺法测定 ; 叶面积采用长宽系数法测定 , 叶面积=
长×宽×系数, 系数在拔节期后采用 0.75[4]。作物品质
指标包括粗灰分、粗淀粉及 Pb、Cd含量。粗灰分采
用马弗炉烘干法; 粗淀粉采用酸水解−伯川−碘量法;
Pb、Cd含量采用 HNO3-H2O2消解(MARS5微波消解
仪), 美国产(安捷伦公司)ICP-MS(电感耦合等离子
体−质谱)测定, 样品消解及 Pb、Cd含量测定中所用
器皿均用 1︰5 HNO3浸泡 24 h以上, 以去除表面吸
附的重金属, 并用超纯水清洗干净。土壤 pH 使用
PHS-3C 精密酸度计测定, 电导率采用 DDS-11A 数
显电导率仪测定, 土壤碱解氮采用碱式扩散法测定,
土壤速效磷采用 0.5 mol·L−1 NaHCO3−钼锑抗比色法
测定, 有机质总量用重铬酸钾法测定。
1.3 数据分析
试验数据采用 EXCEL 及统计分析软件 SPSS
13.0 进行分析, 考虑 95%置信水平, 应用最小显著
差异法(LSD)进行单因素方差分析。
2 结果与分析
2.1 环境材料对玉米生长的影响
株高是衡量作物生长状况的一项基本指标, 其
与光能的利用有密切关系。叶面积基本能反映光合
有效面积大小和光能截获的多少 , 影响到作物光
合、蒸腾以及干物质积累。
由图 1 可知, 在玉米苗期, 对照组中 CK1 处理
的玉米株高为 58.3 cm, 叶面积为 110.0 cm2; CK2处
理的玉米株高为 53.2 cm, 叶面积为 94.8 cm2。环境
材料组合 F22(FM+SAP)、F23(FS+SAP)及 F32(HA+
SAP+FS)处理的玉米长势好于 CK2。其中, F23(FS+
SAP)处理的玉米长势最好, 株高为 55.5 cm, 为 CK2
的 104.3%; 叶面积为 111.0 cm2, 为 CK2的 117.1%。
玉米拔节期时, 对照组中 CK1 处理的玉米株高为
94.3 cm, 叶面积为 298.4 cm2; CK2处理的玉米株高
为 86.2 cm, 叶面积为 267.1 cm2。单一 HA及 FM处
理的玉米株高低于 CK2, 其他都高于 CK2; 而对于
叶面积, 组合 F23(FS+SAP)、F31(HA+SAP+FM)及
全组合 F4(HA+SAP+FM+FS)高于CK2外, 其他均小
于 CK2。F4(HA+SAP+FM+FS)处理的叶面积达 310.7
cm2, 为 CK2 的 116.3%。收获期, 对照组中 CK1 处
理的玉米株高为 111.0 cm, 叶面积为 466.7 cm2; CK2
处理的玉米株高为 112.0 cm, 叶面积为 470.4 cm2。
单一 SAP 及全组合 F4(HA+SAP+FM+FS)叶面积高
于 CK2, 其他处理下的玉米叶面积均小于对照, 单
一 SAP 处理的叶面积达 334.4 cm2, 为 CK2 的
71.1%。由此可知, 随着玉米植株的生长, 试验中所
加入的环境材料对其生长有较明显的促进作用。



图 1 环境材料对 Pb-Cd污染土壤玉米株高、叶面积的影响
Fig. 1 Effects of environmental materials on maize stem length and leaf area in Pb-Cd contaminated soil

第 6期 彭丽成等: 环境材料对 Pb、Cd污染土壤玉米生长及土壤改良效果的影响 1389


2.2 环境材料对玉米品质的影响
植物粗灰分是植物无机营养物质的总和。在未
受污染环境下, 植物粗灰分的含量高低可作为判断
作物品质的指标之一。若在受污染情况下, 植物粗
灰分含量越高, 表明其中的金属盐物质偏高, 在一
定程度上能判断其受污染程度。淀粉属于多糖类 ,
是植物体内的储存物质。谷类作物生长发育过程中,
通过检测其叶淀粉含量可判断光合作用强弱, 检测
植物淀粉含量对于鉴定农产品品质具有重要意义。
由图 2知, 对照组中 CK1处理的玉米粗灰分含
量为 93.2%, 高于其他处理。CK2 的粗灰分含量为
93.0%, 所有环境材料处理的玉米粗灰分含量均低
于 CK2。单一 FM 和 FS 处理的玉米粗灰分略低于
CK2, 其他处理均明显低于 CK2, HA和 SAP处理的
玉米粗灰分含量分别为 90.4%及 91.2%, 分别为CK2
的 97.2%及 98.1%。两两组合 F21(HA+SAP)处理的
玉米粗灰分含量最低, 为 89.6%, 为 CK2的 96.3%。
三三组合中 F32 处理的玉米粗灰分含量低于其他三
三组合, 为 90.1%, 为 CK2的 96.9%。由粗灰分含量
测定结果可知, 环境材料对土壤重金属污染起到一
定的改良效应。
CK1处理的玉米地上部粗淀粉含量为 686.2 g·kg−1,
CK2 处理的玉米地上部粗淀粉含量为 719.4 g·kg−1;
添加单一 HA、FM 及 FS 处理玉米地上部粗淀粉含
量均稍高于 CK2, 其含量分别为 731.7 g·kg−1、723.0
g·kg−1 及 750.9 g·kg−1; 其他处理的玉米粗淀粉含量
均低于 CK2。单一 SAP 处理和组合 F22(FM+SAP)
处理的粗淀粉含量分别为 651.9 g·kg−1、655.2 g·kg−1,
明显低于 CK2; 组合 F31(HA+SAP+FM)、F32(HA+
SAP+FS)和 F33(SAP+FM+FS)处理的粗淀粉含量分
别为 655.3 g·kg−1、671.3 g·kg−1及 636.1 g·kg−1, 均显
著低于 CK2。
2.3 环境材料对玉米地上部 Pb、Cd含量的影响
土壤中 Pb主要来源于矿山开采、金属冶炼、汽
车尾气、燃煤、油漆、涂料等[19]。植物对 Pb的敏感
性较 Cd、Hg 低, 谷类作物吸 Pb 量较大, 多集中在
根部, 茎秆次之, 籽实中很少[20]。土壤中 Cd主要来
自工业废物排放、污水灌溉、大气沉降和长期施用
磷肥, 以 Cd2+状态存在。Cd对植物体内的某些酶的
活性中心巯基有特别强的亲和力, 从而抑制或破坏
酶活性, 影响作物的正常生长[20]。
由表 2 知, 在玉米收获期, 对照组 CK1 和 CK2
处理的玉米地上部 Pb、Cd含量分别为 11.13 mg·kg−1、
0.99 mg·kg−1和 33.96 mg·kg−1、15.65 mg·kg−1。单一 SAP
处理的玉米地上部 Pb含量与CK2接近, 其他处理均
显著低于 CK2, 其中单一 FM 处理 Pb 含量为 CK2
的 68.92%, 说明 FM对土壤 Pb固化效果明显; 组合
F33(SAP+FM+FS)和 F4(HA+SAP+FM+FS)处理的玉
米地上部 Pb含量为 CK2的 65.67%和 64.21%, 达显
著性差异。单一 FM、组合 F33(SAP+FM+FS)及
F4(HA+SAP+FM+FS)固定 Pb 效果显著。单一材料
SAP处理固定 Pb效果略差, 这可能是试验土呈碱性,
土壤中 OH−与金属离子的化学作用力增大 , 导致
SAP 对 Pb 吸附率降低, 从而增加玉米地上部 Pb 的
含量。添加材料处理的玉米地上部 Cd含量均显著低
于 CK2, 单一 FS 处理的玉米地上部 Cd 含量最低,
为 10.30 mg·kg−1, 为 CK2 处理的 65.81%; 组合
F21(HA+SAP)处理玉米地上部 Cd 含量为 10.86
mg·kg−1, 为 CK2的 69.39%; F33(SAP+FM+FS)处理
的玉米地上部 Cd 含量为 10.38 mg·kg−1, 为 CK2 的
66.33%。FM、FS 及 F33(SAP+FM+FS)处理的玉米
Cd 含量显著低于 CK2, 效果明显优于其他处理, 说
明这 3种材料对土壤中重金属Cd向玉米迁移起到显
著抑制作用。



图 2 环境材料对 Pb-Cd污染土壤玉米地上部粗灰分、粗淀粉含量的影响
Fig. 2 Effects of environmental materials on crude ash and raw starch contents of maize shoot in Pb-Cd contaminated soil

1390 中国生态农业学报 2011 第 19卷


表 2 不同环境材料对 Pb-Cd污染土壤玉米地上部 Pb、
Cd含量的影响
Table 2 Effects of different environmental materials on Pb and Cd
contents of maize shoot in Pb-Cd contaminated soil mg·kg−1
处理
Treatment
Pb含量
Pb content
Cd含量
Cd content
CK1 11.13±0.12a 0.99±0.28a
CK2 39.96±0.68b 15.65±0.25b
HA 32.68±0.49cg 12.64±0.25c
SAP 38.10±1.13b 12.11±0.80cd
FM 27.54±0.32dh 10.66±0.25de
FS 31.58±0.14ce 10.30±0.01e
F21 29.71±0.63ef 10.86±0.06de
F22 34.64±2.54g 12.64±1.75c
F23 30.46±1.78ef 11.39±1.51ce
F31 29.19±1.56b 12.85±0.05c
F32 28.84±1.05bc 11.45±0.45ce
F33 26.24±1.09h 10.38±1.43e
F4 25.66±1.04h 10.60±1.21de
同列不同小写字母表示差异显著, 下同。Different small letters
in the same column mean significant difference. The same below.

2.4 环境材料对玉米根系土壤理化性质的影响
2.4.1 环境材料对玉米根系土壤 pH、电导率的影响
土壤 pH和电导率是影响土壤净化和重金属迁移
转化的重要因素。Cd 在酸性土壤中容易迁移[16]。电
导率(EC)表示污染土壤中水溶性离子的溶出状况[19],
一般情况下, 离子交换量越小, 植物对重金属离子
的吸收就越少, 说明土壤胶体对土壤中重金属离子
的固定作用明显[20]。
图 3为环境材料对土壤 pH及电导率的影响图。
添加重金属但未添加环境材料的 CK2 处理土壤 pH
为 7.86, 而未添加重金属及环境材料的 CK1 处理的
pH为 7.88。添加环境材料的土壤 pH均高于 CK2, 呈
弱碱性, 最高值为 F4(HA+SAP+FM+FS)处理的 8.32,
比 CK2 高 0.46, 该现象与所加环境材料自身性质有
关。各材料相互组合后可能会出现不同的反应, 从
而对玉米根系土壤 pH 起到一定的增加作用, 导致
不同处理下玉米根系土壤 pH的不同变化。



图 3 环境材料对 Pb-Cd污染土壤 pH、电导率的影响
Fig. 3 Effects of environmental materials on pH and conductivity of Pb-Cd contaminated soil

CK1处理的土壤电导率为 0.708 mS·cm−1, CK2
处理的土壤电导率为 1.026 mS·cm−1。添加单一
FM(电导率为 1.695 mS·cm−1)及组合 F22(FM+SAP,
电导率为 1.648 mS·cm−1)、F31(HA+SAP+FM, 电导
率为 1.799 mS·cm−1)、F33(SAP+FM+FS, 电导率为
1.483 mS·cm−1)处理的玉米根系土壤电导率明显高
于 CK2, 达显著性差异; 其中单一 FM、组合 F22及
F31 处理的玉米根系土壤电导率分别为 CK2 处理的
165.20%、160.62%和 175.34%, 组合 F31 对玉米根
系土壤电导率提高最为显著, 与大豆根系土壤效果
一致。这几个处理均含有煤基复合材料 FM, 说明
FM 对土壤电导率的增加能起到一定作用, 这可能
与 FM本身性质有关。FM(煤基复合材料)表面能高,
具有一定的活性基团[21], 能对土壤电导率起到较大
的增强作用。对比不同环境材料及其组合对土壤电
导率的提高效果分析表明, 组合 F31 效果均显著高
于其他材料及其组合, 说明 F31(HA+SAP+FM)材料
组合有利于土壤电导率的提高。
2.4.2 环境材料对玉米根系土壤养分的影响
由表 3 可知, CK1 处理玉米根系土壤碱解氮含
量为 50.17 mg·kg−1, CK2 处理土壤碱解氮为 51.33
mg·kg−1, 组合材料处理的土壤碱解氮均明显高于
CK2。组合 F21(HA+SAP, 67.83 mg·kg−1)、F22(SAP+
FM, 67.67 mg·kg−1)、F23(SAP+FS, 58.33 mg·kg−1)、
F31(HA+SAP+FM, 66.50 mg·kg−1)、F32(HA+FM+FS,
67.67 mg·kg−1)、F33(SAP+FM+FS, 61.83 mg·kg−1)及
F4(HA+SAP+FM+FS, 63.00 mg·kg−1)均与 CK2达显
著性差异; 其中 F21 处理的土壤碱解氮含量最高,
为 CK2的 132.14%。单一材料中 SAP处理玉米根系土
壤碱解氮含量为 60.83 mg·kg−1, 为 CK2的 118.51%。
第 6期 彭丽成等: 环境材料对 Pb、Cd污染土壤玉米生长及土壤改良效果的影响 1391


表 3 环境材料对 Pb-Cd污染土壤理化性质的影响
Table 3 Effects of environmental materials on physicochemical properties of Pb-Cd contaminated soil
处理
Treatment
碱解氮含量
Content of alkali-hydrolysis nitrogen (mg·kg−1)
速效磷含量
Content of available phosphorus (mg·kg−1)
有机质含量
Content of organic matter (g·kg−1)
CK1 50.17±2.02ac 8.10±1.99abd 12.4±0.069acg
CK2 51.33±4.04ce 7.55±0.74bcd 10.2±0.13bd
HA 55.67±0.58cde 6.61±1.03bce 12.9±0.24cf
SAP 60.83±1.89bef 6.48±0.15bce 10.4±0.041abd
FM 56.00±3.50ade 9.78±2.26dgh 9.7±0.12bd
FS 52.50±3.50acf 7.26±1.07bc 8.9±0.12d
F21 67.83±7.01b 4.67±0.70e 10.6±0.092abd
F22 67.67±2.02b 8.71±0.65bdg 11.0±0.14abc
F23 58.33±8.81abc 5.45±0.84ce 11.2±0.094abc
F31 66.50±0.01b 12.47±2.70f 15.4±0.11eh
F32 67.67±13.25b 5.99±0.40ace 13.4±0.10fgh
F33 61.83±5.35bdf 11.11±1.48fg 16.0±0.13e
F4 63.00±7.00bd 11.46±2.43fh 14.1±0.09efgh

F32及 F4处理玉米根系土壤碱解氮含量分别为对照
CK2的 131.83%及 122.74%。由结果可知, 试验中添
加的 HA和 SAP两种环境材料有利于土壤碱解氮的
保持。HA 含有一定的 N、P、K 及相当数量的微量
元素, 能在一定程度上增加土壤的养分元素。高分
子材料加入土壤后能改善土壤结构, 增强土壤抗侵
蚀能力, 对土壤肥效起到一定作用。
CK1处理玉米根系土壤速效磷含量为 8.10 mg·kg−1,
CK2处理玉米根系土壤速效磷含量为 7.55 mg·kg−1, 组
合 F31(HA+SAP+FM)、F4(HA+SAP+FM+FS)土壤速
效磷含量均显著高于 CK2处理。单一 FM处理的土
壤速效磷含量达 9.78 mg·kg−1, 为 CK2 的 129.54%;
两两组合 F22及全组合 F4处理玉米根系土壤速效磷
含量分别为 8.71 mg·kg−1及 11.46 mg·kg−1, 为 CK2
的 115.36%及 151.79%; 组合 F31土壤速效磷含量最
高, 达 12.47 mg·kg−1, 为 CK2 的 165.17%。以上结
果说明材料中添加的 FM 能促进土壤中速效磷的释
放。而添加单一 SAP 处理土壤速效磷含量偏低, 为
6.48 mg·kg−1, 为 CK2 的 85.83%, 说明 SAP 对土壤
速效磷能起缓释作用。
试验用土中有机质含量普遍偏低。CK1 处理玉
米根系土壤有机质含量为 12.4 g·kg−1, CK2处理玉米
根系土壤有机质含量为 10.2 g·kg−1, 所有环境材料
处理中, 土壤有机质含量显著高于 CK2 的处理为单
一 HA、组合 F31(HA+SAP+FM)、F32(HA+SAP+FS)、
F33(SAP+FM+FS)及 F4(HA+SAP+FM+FS), 均达显
著性差异。其中, 单一材料中 HA 处理玉米根系土壤
有机质含量高于其他 3种单一材料处理, 为 12.9 g·kg−1,
为 CK2的 126.47%; 组合处理中, F23、F33及 F4处理
玉米根系土壤有机质含量分别为 11.2 g·kg−1、16.0
g·kg−1 及 14.1 g·kg−1, 分别为 CK2 的 109.80%、
156.86%及 138.24%。以上结果说明, 组合中添加的
HA与 FM能促进土壤有机质的增加, 这与 HA、FM
自身性质有关, 酸碱中和作用致使土壤一些性质发
生改变, 从而影响有机质的含量。煤基复合材料富
含 Si、Ca、Fe、Mg, 还含有一定的 N、P、K 以及
相当数量的微量元素, 在一定程度上能增加土壤的
养分元素。腐殖质类材料具有胶体性质, 能改善土
壤的团粒结构, 使土壤疏松、通透能力加强, 蓄水、
保温、保肥能力得到改善, 改良土壤的作用明显。
3 讨论和结论
本研究采用温室盆栽的方法 , 分别从作物生
长、作物品质、作物地上部 Pb、Cd含量及作物根系
土壤理化性质等方面, 研究了不同环境材料及其组
合对种植玉米的 Pb、Cd复合污染土壤的改良效应。
本试验后期气候干燥, 在玉米籽粒成熟前就已收获,
所以未测定玉米籽粒的重金属含量, 但通过对玉米
地上部干物质品质和重金属的测定, 也能看到环境
材料对作物生长和品质的影响。研究得出, 环境材
料 FM、组合 F33(SAP+FM+FS)及 F4(HA+SAP+FM+
FS)对 Pb的固定效果显著, 抑制 Pb向玉米地上部的
迁移; 单一 FM、FS 及其组合 F33(SAP+FM+FS)对
土壤中 Cd 迁移起到显著抑制作用, 抑制 Cd 从受污
染土壤向玉米迁移。HA是一种亲水胶体, 具有一定
的 络 合 性 能 , 其 分 子 上 含 有 的 若 干 个 羧 基
(—COOH)、酚羟基(—OH)、醇羟基(—OH)、甲氧基
(—OCH3)、甲基(—CH3)、醌基(O—)等能与外界进
行反应的官能团 , 使腐殖质类材料具有多种活性 ,
如离子吸附性、对金属离子的络合能力、氧化−还原
性及生物活性等。HA 对重金属有较强的络合和富
集能力, 对土壤和水体中重金属离子的固定和迁移
1392 中国生态农业学报 2011 第 19卷


产生较大影响。各种功能基团对金属离子的亲和力
为 : 烯醇基>胺基>偶氮化合物>环氮>羧基>酰基>
羰基[22]。HA 与金属离子相互作用也可稳定重金属,
延缓或减弱重金属污染[23]。FM 由于其粒细质轻、
疏松多孔, 表面能高, 具有一定的活性基团和较强
的吸附能力, 能通过吸附、中和、絮凝、过滤等协
同作用去除有害物质[24], 其吸附作用主要包括物理
吸附和化学吸附[25]。FS 是碱金属或碱土金属的多孔
铝硅酸盐晶体, 含有大量的三维晶体结构, 比表面积
大、吸附性能高、离子交换性良好[26], 可通过离子交
换吸附和专性吸附降低土壤中重金属的有效性 [25],
这与本文研究结果一致。但从试验结果看, 本研究所
用的环境材料对玉米生长促进效果不很明显, 这可
能与材料的用量偏低有关, 如 FM本身还有一定的微
量元素, HA 能促进土壤肥效的增加, 但由于用量低
的原因, 其在促进玉米生长方面效果并不显著。
添加重金属 Pb(500 mg·kg−1)、Cd(10 mg·kg−1)对
玉米生长无明显毒害作用。环境材料组合 F22(FM+
SAP)、F23(FS+SAP)及 F32(HA+SAP+FS)能有效促
进玉米苗期生长, 株高和叶面积均高于对照。添加
环境材料处理的玉米地上干物质中, 粗灰分含量均
低于对照, 说明环境材料对土壤重金属污染能起到
一定改良作用。单一材料对玉米地上部粗淀粉含量
的增加效果优于材料组合, 单一 HA、FM 及 FS 处
理高于对照, 但未达显著性差异。同时, 试验发现,
FM、组合 F33(SAP+FM+FS)及 F4 (HA+SAP+FM+FS)
施用于土壤, 能抑制 Pb 向玉米地上部迁移, 对 Pb
在土壤中固定效果显著 ; 单一 FM、FS 及其组合
F33(SAP+FM+FS)能抑制 Cd从受污染土壤向玉米迁
移, 对 Cd在土壤中的固化起到一定作用。
环境材料能调整土壤的理化特性。试验表明 ,
添加环境材料土壤 pH均高于对照, 呈弱碱性。添加
单一 FM及组合 F22(FM+SAP)、F31(HA+SAP+FM)、
F33(SAP+FM+FS)处理的土壤电导率明显高于对照,
这几个处理均含有煤基复合材料 FM, 表明 FM对增
加土壤电导率起到较大作用。F21(HA+SAP)处理土
壤碱解氮值最高, 达到显著性差异, 说明HA和 SAP
能促进土壤碱解氮的释放; 材料组合对土壤氮的保
持优于其他处理; FM 能促进土壤中速效磷的释放,
而 SAP对土壤中速效磷能起到缓释作用。组合中添
加的HA与 FM能促进土壤有机质的增加, 在改良土
壤的肥效方面作用明显。
参考文献
[1] 孙铁珩, 李培军, 周启星, 等. 土壤污染形成机理与修复技
术[M]. 北京: 科学出版社, 2005
[2] 郭笃发 . 环境中铅和镉的来源及其对人和动物的危害[J].
环境科学进展, 1994, 3(2): 71–76
[3] 姜虎生 . 镉胁迫对玉米生理特性的影响[J]. 辽宁石油化工
大学学报, 2004, 24(2): 35–37, 41
[4] 李勇, 黄占斌, 王文萍, 等. 重金属铅镉对玉米生长及土壤
微生物的影响 [J]. 农业环境科学学报 , 2009, 28(11):
2241–2245
[5] 曹莹, 黄瑞冬, 蒋文春, 等. 重金属铅和镉对玉米品质的影
响[J]. 沈阳农业大学学报, 2005, 36(2): 218–220
[6] 郑春霞, 王文全, 骆建敏, 等. 重金属 Pb2+对玉米苗生长的
影响[J]. 光谱学与光谱分析, 2005, 25(8): 1361–1365
[7] 薛荦绮 , 温子若 , 陈希 . 镉胁迫对玉米生理生化特性及品
质的影响[J]. 安徽农业科学 , 2009, 37(24): 11482–11483,
11508
[8] 王玉凤. 铅对玉米种子萌发的影响[J]. 安徽农业科学, 2005,
33(11): 2110–2111
[9] 山本良一 . 环境材料[M]. 王天民 , 译 . 北京: 中国化工出
版社, 1996
[10] 丁凌云, 蓝崇钰, 林建平, 等. 不同改良剂对重金属污染农
田水稻产量和重金属吸收的影响[J]. 生态环境, 2006, 15(6):
1204–1208
[11] 桑爱云, 夏炜林, 王华, 等. 不同改良剂对铅污染砖红壤的
修复效果[J]. 中国农学通报, 2007, 23(8): 503–506
[12] 余贵芬, 蒋新, 和文祥, 等. 腐殖酸对红壤中铅镉赋存形态
及活性的影响[J]. 环境科学学报, 2002, 22(4): 508–513
[13] 高跃, 韩晓凯, 李艳辉, 等. 腐殖酸对土壤铅赋存形态的影
响[J]. 生态环境, 2008, 17(3): 1053–1057
[14] 胡振琪 , 杨秀红 , 张迎春 . 重金属污染土壤的粘土矿物与
菌根稳定化修复技术[M]. 北京: 地质出版社, 2006
[15] 欧根能, 宁平, 杨月红, 等. 污泥、粉煤灰和石灰改良土壤
对小白菜的影响[J]. 武汉理工大学学报, 2010, 8(4): 84–88
[16] Shi W Y, Shao H B, Li H, et al. Progress in the remediation of
hazardous heavy metal-polluted soils by natural zeolite[J].
Journal of Hazardous Materials, 2009, 170(1): 1–6
[17] Chlopecka A, Adriano D C. Influence of zeolite, apatite and
Fe-oxide on Cd and Pb uptake by crops[J]. The Science of the
Total Environment, 1997, 207(2/3): 195–206
[18] 朱林, 韩文节, 於忠祥, 等. 缓释型保水剂对土壤物理性状
作用及油菜增产效果的研究 [J]. 土壤通报 , 2006, 37(4):
644–647
[19] 钱天伟, 刘春国. 饱和−非饱和土壤污染物运移[M]. 北京:
中国环境科学出版社, 2007
[20] 石光辉. 土壤及固体废物监测与评价[M]. 北京: 中国环境
科学出版社, 2008
[21] 张丽华, 朱志良, 郑承松, 等. 模拟酸雨对三明地区受重金
属污染土壤的淋滤过程研究[J]. 农业环境科学学报, 2008,
27(1): 151–155
[22] 吴礼树. 土壤肥料学[M]. 北京: 中国农业出版社, 2004
[23] 党秀丽 , 张玉龙 , 黄毅 . 保水剂在农业上的应用与研究进
展[J]. 土壤通报, 2006, 37(2): 352–355
[24] 赵由才, 牛圣杰, 柴晓和, 等. 固体废物处理与资源化[M].
北京: 化学工业出版社, 2006
[25] 杨海琳. 土壤重金属污染修复的研究[J]. 环境科学与管理,
2009, 34(6): 130–135
[26] 张铨昌, 杨华芯, 韩成. 天然沸石离子交换性能及其应用[M].
北京: 科学出版社, 1986