海泡石和磷酸盐对镉铅污染稻田土壤的钝化修复效应与机理研究

率分别可达 ２ ．％和 ４ ． ３３ ７ ％，钝化剂复配处 理对 土壤 Ｔ Ｌ ２ Ｃ Ｐ提取态 重金属 的抑制效果优于单～处理 。施用海泡石和磷酸盐 ， 通过提高土壤 ｐ Ｈ值 、物 理化 学吸附以及生成矿物沉淀等作用 ，可 以促进污染土壤中的 ｃ 、Ｐ ｄ ｂ由活性高 的交换态 向活性低 的残 渣态转化 ，从而显著降低 Ｃ 、Ｐ ｄ ｂ的生物有效性和迁移能力。添加钝化剂可 以显著提高水稻各部位 的产量 ，稻谷和稻草 的最大增产率分别为 ３ ． ４３ ％和 ２ ． ６６ ％；钝化剂复配处理对水稻的增产作用 明显优于单一处理 。施用钝化剂可 以显著降低水稻
合 态 （ Ａ） ＷＳ 、铁锰 氧 化物 结 合态 （ Ｘ ） 机 结 Ｏ 、有 合态 （ ＯＭ ）以及 残 渣态 （ Ｅ 。上 述待 测液 中的 Ｒ Ｓ） 重金 属质 量 分数 均采 用原 子 吸收分 光光 度 法测定 。 土壤 与海 泡 石材料 的 ｐ Ｈ值 用 去离 子水（ 水 比 １： 土 ２５）浸提 ，ｐ 计 测定 。土 壤基 本理 化性 质按 照 土 ． Ｈ 壤农化常规分析方法测定ｌ 。 １ 圳 另外 ，为 了揭 示海 泡石 钝化 修 复 的作用 机理 ， 根据 Ｈ ｄｏ 等Ｉｌ ｏｓｎ ｌ ， 的研究方法 ，分别取 ２ 份处理 Ｃ Ｋ 和 １ 处理 ｓ的土样 ，每 １ 取 １０ｇ 份 份 ０ 。其 中 １ 份处 理 Ｃ 的土样加 入一定 量 的 Ｎａ Ｈ 溶 液 ，使 其和处 Ｋ Ｏ 理 ｓ的 ｐ Ｈ值 一致 ， 另外 ２ 土样加 入 同体 积的去离 份 子水 。将 ３份土样 放人培 养箱 中 ，在 ２ ５℃下密封 培 养 ３ ， ０ｄ 然后 取样测 定土壤 ｐ Ｈ值 和 Ｔ Ｌ Ｃ Ｐ提取态 重 金属 质量分 数 。该试 验 中每个处理 设 ３次重复 。 所有 数 据均采 用 Ｍｉ ｏｏｔＥ ｃｌ ０３和 Ｓ Ｓ ｃ ｓｆ ｘｅ ２ ０ ｒ ＰＳ １． ５软件进 行 统计 分析 。各 处理 之 问的差 异显 著性 １ 分析 采用 Ｄｕ ｃｎ氏新 复极 差法 （ Ｓ ｎａ Ｓ Ｒ法 ） 异显 ，差
，
分， 全部用 自来水 冲洗 ， 再用去离子水洗净 ， ８ ℃ 于 ５ 下烘 １ ，再 在 ６ ｈ ５℃下 烘 至恒 质量 ，称量 各部 分 干 质量 。取 部 分烘 干 的稻谷 用砻 谷 机和精 米 机加工 后 得 到 精 米 。 将 上 述 植 物 样 品 全 部 粉 碎 ， 采 用 ＨＮＯ 一 Ｉ ４ （ ３ ＨＣ Ｏ 法 ３：１ ／ 消解 Ｌ ，原子 吸 收分 ，ＶＶ） １ 引 光 光度 法测 定 Ｃ 、Ｐ ｄ ｂ质 量分数 。 在水 稻 收获后 采集 盆 中土样 ，风干 后全 部过 １ ｎＴ筛 ，混匀 ， ｌｌ ｌ 取部分土样过 １０目 。土壤重金 ０ 筛 属 全量 采用 ＨＣ 一 ＮＯ３ Ｆ Ｈ Ｏ 法消 解 。可提 取 １ Ｈ ． — ＣＩ ４ Ｈ 态 重 金 属 分 析 采 用 Ｔ Ｌ （ｏ ｉ ｔ ｈ ｒｃｅｉ ｉ Ｃ ＰＴ ｘｃ ｙ ｃ ａａ ｔ ｓ ｃ ｉ ｒ ｔ ｌａｈｎ ｒｃ ｄ ｒ） 浸 提 【 ｅｃ ｉｇ ｐｏ ｅ ｕｅ 法 ｌ 浸 提 液 ｐ 为 制， Ｈ ２８ ￣ ．５ ． ００ ，固液 比为 １： ０ ８ ２ ，以（０ ２ ・ ｎ ３ ￣ ）ｒ 的速 ｍｉ 度 在 常温 下振 荡 （８ ２ １￣ ）ｈ，离心 ，过滤 。土壤 重金 属 形态 分析 采用 Ｔ ｓｉ ｅｓ ｒ等 提 出的分 级提 取方 法 【Ｊ ｅ ｌ ５ 提 取 ，共分 为 ５个形 态 ：交换 态 （ Ｅ） Ｓ 、碳 酸盐 结
１ 农 业 部环 境保 护科 研监测 所 污染 防治研 究室 ，天津 ３０ ９ ；２ 农业 部产 地环 境质量 重 点实验 室 ，天津 ３ ０９ ． ０ １１ ． ０１１
３ 天 津市农 业 环境与 农产 品安 全重 点实 验室 ，天津 ３０ ９ ；４ ． ０ １ １ ．天津农 学 院基础 科学 系 ，天津 ３０８ ０ ３４
广泛关。
在 众 多修复 技术 中 ，化学 钝化 修复 技术 因其 简 便、 快速 、高效等优点 ，是修复大面积重金属污染 农 田土 壤 的较好 选择 Ｌ 】该技 术 的关键 在于 选择合 ３。 ４ 适 的钝 化剂 。常用 的钝 化剂 种类包 括 碱性材 料 、含 磷材 料 、黏 土矿 物 、铁锰 氧化 物 以及 有机 物料 等 。 其 中 ，黏土 矿物 海泡 石和 磷 酸盐是 近年来 研究 和应 用 较多 的钝化 修 复材 料 。多项研究 表 明 ，由于具有
摘要 ： 采用盆栽实验 ， 研究 了海泡石 、 酸改性海泡石以及二 者与磷酸盐联合使用对镉铅复合 污染 稻田土壤 的钝化修复效果，并
通过培养实验和重金属形态 分析探讨 了不 同钝化剂处理 的作用机理 。结果表明 ：添加海泡石可 以显著提高污染土壤 ｐ Ｈ值 ，
而磷 酸盐和改性 海泡石 则对 土壤 ｐ Ｈ值无显著影 响。钝化处理能显著降低土壤 Ｔ Ｌ Ｃ Ｐ提取态 Ｃ 、Ｐ ｄ ｂ的质量分数 ，最大降低
各部 位的 ｃ 、Ｐ ｄ ｂ质量分数 ，最大可使精米 的 Ｃ 、Ｐ ｄ ｂ质量分数分别降低 ３ ． ５８ ％和 ４ ． ０９ ％，钝 化剂 复配处理对水稻 吸收 Ｃｄ 、 Ｐ ｂ的抑制作用 明显优 于单一处理 ，海泡石和磷 酸盐复配处理 中精米 的 ｃ 、 ｂ质量分数符合国家食 品卫 生标 准要求 。综合分 ｄＰ
海 泡 石 和磷 酸盐 对 镉 铅 污 染 稻 田土壤 的 钝化 修 复效 应 与 机 理研 究
王林 １ ，徐应 明 Ｌ ，孙 国红 ， ２ ， ３ ，梁学峰 １ ， ， ２ ， ３ 孙 约兵 １ ，孙扬 １ ，秦 旭 １ 戴 晓华 Ｌ ， ２ ， ３ ， ２ ， ３ ， ２ ， ３
析不同钝 化处理 的增产 作用 、降低作 物 ｃ 、Ｐ ｄ ｂ吸收 以及土壤 ｃ 、Ｐ ｄ ｂ可迁移性的作用 可知 ，海泡石与磷酸盐复配处理对稻 田土壤 Ｃ 、Ｐ ｄ ｂ复合污染 的钝化修复效果最佳 。 关键 词 ：钝化修 复 ；海 泡石 ；磷 酸盐 ；镉 ；铅 ；水稻 中图分 类号 ：Ｘ５ ３ 文献标 志码 ：Ａ 文章编号 ：１７ ．９ ６（ ０ ２） ２０ １．７ ６ ４５ ０ ２ １ ０ —３ ４０
本 文 在前 人 研 究 基 础上 ，采 用 室外 盆栽 实 验 ，
研究 了海 泡石 、酸改性 海泡 石 以及二者 与磷 酸盐 联
合使用对镉铅污染稻田土壤的钝化修复效果， 并通 过培养实验和重金属形态分析探讨 了不 同钝化剂 处理对土壤镉铅污染 的钝化作用机理 ， 通过以上研 究 为 海 泡 石 和磷 酸盐 应 用 于重 金 属 污染 土 壤 的钝 化修复提供重要的理论依据。
２． ８４ ％和 １ ．％Ｌ。 因此 ，对 重 金 属 污染 的农 田土 ０３ ２ Ｊ
巨大 的 比表 面积 和特 殊 的层 状结 构 ，海 泡石 对 Ｃ ｄ 污染土 壤具有 良好 的钝 化修 复效 果 ｌ ； ５ 而磷 酸盐则 主要通 过 与重金 属形成 难溶 的矿 物沉 淀 ，对 Ｐ ｂ污 染 土壤 有较好 的修复作 用 ［ ］ ８ 。在实 际环境 中 ， 重金 属 污染 多为 ２种 或多种 元素 的复 合污染 ，使用 单一
近 年 来 ，我 国农 田土 壤 重 金 属 污 染 形 势 日趋 严 峻 。 国家环 保 总局 报道 ，目前 我 国受 Ｃ 、 、 据 ｄ Ａｓ Ｃ 、Ｐ ｒ ｂ等 重 金属 污 染 的耕 地 面积 近 ２ ０ ０万 ｈ ， ０ ｍ０ 约 占耕 地 总 面积 的 １５ 。农 田土 壤 重金 属 污 染严 ／ 】 重 威 胁 着农 产 品安全 生产 。２０ ０ ２年农 业 部 对 全 国 市 场 稻 米 抽 检 结 果 显 示 ，稻 米 中重 金 属 质 量 分数 超 标 最 为 严 重 的是 Ｐ 和 Ｃ ，超 标 率 分 别 达 到 ｂ ｄ
质量 分数 ２５％，Ｃ ．１ ｄ质 量分 数 １１ ・ｇ ． ｍｇｋ～，Ｐ ６ ｂ质 量 分 数 ６ ． ・ｇ ５ ２ ｍｇｋ ～。分 别 用 Ｃ Ｃ２ ．Ｈ Ｏ 和 ０ Ｄ １２５ ２ － Ｐ （Ｈ３ Ｏ ２３ ２ 配制 溶 液 ，将 其 添加 到供 试 土 ｂＣ Ｃ Ｏ）＂Ｈ Ｏ
壤中，沉化 ６ ，使土壤中 Ｃ 质量分数达到 ５ ｌ ０ｄ ｄ ． ８ ｍｇｋ ～，Ｐ ‘ｇ ｂ质 量分 数达 到 ９ ０ ・ｇ ，制成 ｃ 、 ９ ｋ ～ ｍｇ ｄ Ｐ 合 污染 土壤 。 ｂ复 供试作物为水稻（ ｒｚ ｔ ａ ． Ｏｙａ ａ ｖ ） ｓ ｉ Ｌ ，品种为津原 ４ ，由天 津市 原种 场提 供 。 ５ 供试的海泡石原矿购 自河北易县海泡石公司， 其 主要 化学组 成为 Ｃ Ｃ ３６％，ＭｇＳ （ Ｈ ４ ５ ａＯ ５ ３ｉ０ ） ２ Ｏ ８ ％，Ｓ３ ６ ０ ％，Ｃ Ｍｇ ｉ ６１％，比表 面 积为 ｉ 。 ０ Ｈ２ ９ ａ Ｓ２ ８ ０ ２ ７０ｍ ２ｇ ２． ・ ～ ｐ 值 为 １．７ Ｈ ００ 。酸改性 海 泡石 是 由海 泡 石原 矿 与 ２ｍｏ・ Ｈ 在 室温下 搅 拌反应 ８ｈ ｌ Ｌ ＣＩ ， 抽 滤 ，然后 用去 离 子水洗 至 滤液 呈 中性 ，于 ７ ℃ ０ 下 烘 干获得 ，经测 定其 比表 面积 为 １９５ ．～， ０ ．７ｍ２ ｇ ｐ 值 为 ７ １ 供 试 的 磷 酸 盐 为 分 析 纯 的 Ｈ ． 。 ７
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１ 材料 与方法
１１ 试 验 材料 ．
供 试土 壤采 自湖 北 省大 冶市 罗桥 乡水 稻 田中 ， 土 壤类 型 为黄 棕壤 ，其基 本 理化 性 质如 下 ：ｐ 值 Ｈ
７３ ，阳离 子交 换量 （ Ｅ ） ２４ ｍｏ・ｇ ． ５ Ｃ Ｃ １ ． ｃ ｌ ～，有 机 质 ７ ｋ
生 态 环 境 学 报 ２ １， １ ）３４３ ０ ０ ２ ２ （ ： １—２ ２
Ｅｃ ｌ ｇ ｎ ｎ ｉｏ ｍｅ ｔ ｌ ｃ ｅ ｃ ｓ ｏ ｏ ｙａ ｄ Ｅ ｖ ｒ ｎ ｎ ａ ｉ ｎ ｅ Ｓ
ｈｔ：ｗ ｗ．ｅｃ． ｍ ｔ ／ ｗ ｊ ｓｉ ｏ ｐ／ ｅ ｃ Ｅｍａｌｅｉ ｒ ｅｓｉ ｏ — ｉ ｄｔ ＠ｊｅｃ． ｒ ： ｏ ｃｎ
基 金项 目：国家 自然 科 学基 金项 目 （ ００ １４ １７０ ８ １０ ０６）；天津 市 自然科 学 基金项 目 （ ０Ｃ Ｊ ０３ ０ ４９ １５ ；２ １７６ ；２ １７５ １ＪＹＢ Ｃ ６ ０ ）；农 业 部农 业科 研杰 出 人 才及 其创 新团 队资金 项 目；中央级 公益性 科 研 院所 基本 科研 业务 费专 项资 金项 目 （ 业部 环境 保护 科研 监测所 ） 农 作 者简 介 ：王林 （ ９０年生 ） １８ ，男 ，副研 究员 ，博 士 ，主要 从事重 金属 污染 土壤 修复 技术研 究 。Ｅｍａ：ａｇａ １０＠ｙｈ ｏ ｏ ｃ － ｉ ｆｎｙｎ ７２ ａｏ ． ｍ． ｌ ｃ ｎ