海泡石粘土对镉污染土壤的改良效果试验
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发布时间：2022-06-10 09:25
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时间：2024-11-19 08:53
一、材料与方法
1.供试土壤和海泡石及其基本性状
供试土壤为湖南省分布面积较广的两种菜园土：耕型河潮土和第四纪红土红壤，均采自湖南农业教学实验场。土样在室内自然风干，过筛备用。海泡石粘土采自湖南省浏阳市永和镇海泡石矿，磨细过100目筛，供试土壤和海泡石的基本性状见附表24-1。
附表24-1 供试土壤和海泡石的基本性状
2.海泡石对镉的吸附与解吸特性试验
试验一：海泡石对镉的等温吸附与解吸试验。
称取过100目的海泡石1.000g置于带盖塑料离心管中，加入20m LCdCl2.2.5H2O配制的Cd系列液（按纯Cd计算），其浓度分别为0,5,15,30,15,100,150,200,300,400,500mg/L（背景电解质为0.01mol/L NaNO3），在往复振荡机上振荡24h后置于30℃恒温箱中保持24h，使反应达到平衡，离心，测定上清液Cd的浓度，计算Cd的吸附量，经吸附试验后的样品在30℃恒温箱保持24h，加入20mL0.1mol/L NaNO3溶液，振荡24h后离心，测定上清液Cd的浓度，计算Cd的解吸量。
试验二：几种因素对海泡石吸附与解吸试验的影响。
1）有机质对海泡石吸附与解吸的影响。取过100目的海泡石1.000g，置于离心管中，用36%的双氧水（即过氧化氢）10mL处理2h，再加10mL双氧水使试样有机质全部氧化，加20mL 5mg/L的Cd标准液，进行吸附与解吸试验，与不除去有机质的海泡石进行比较，重复1次。
2）游离氧化铁对海泡石吸附与解吸镉的影响。取过100目的海泡石1.000g，置离心管中，连二亚硫酸钠－柠檬酸二钠－碳酸氢钠（DCB）处理，以除去游离氧化铁，加20mL5mg/L的Cd标准液，进行吸附解吸试验，与不除去游离氧化铁的海泡石进行比较，重复1次。
3）不同pH 值对海泡石吸附与解吸镉的影响。称取过100目的海泡石1.000g，置于离心管中，分别加入pH值为2,4,5,6,7,8,9的溶液和5mg/L的Cd标准液各20mL，进行吸附与解吸试验，其方法与等温吸附解吸试验相同。
3.土壤镉的形态分类
采用Tessler和朱燕婉等人的连续提取法，将土壤中的Cd分为交换态、碳酸盐吸附态、铁锰氧化物结合态、有机质结合态和残留态。
4.海泡石对镉污染土壤的改良试验
供试作物为小白菜，试验盆钵直径15cm，高20cm，每盆装供试土壤3kg,Cd的水平设置为零（供试土壤不加Cd）和每千克土加Cd5mg，海泡石的用量为高、中、低三个水平，即每千克土壤施4,2,1g，每一处理重复3次。第一季小白菜于1994年4月11日播种，7周后收获。第二季小白菜于1994年9月12日播种，7周后收获。
5.测定方法
土壤全Cd含量用王水－高氯酸消化，原子吸收分光光度计测定：土壤速效Cd用0.1mol/L盐酸浸提，原子吸收分光光度计测定；植株中Cd的含量，用浓*－高氯酸消化，原子吸收分光光度计测定，土壤ph值用酸度计（pHs-2）法、土壤有机质用重铬酸钾容量法、土壤CEC用1mol/L中性醋酸铵法、土壤游离氧化铁用连二亚硫酸－柠檬酸三钠－重碳酸钠法。
二、结果与分析
1.海泡石对镉的吸附与解吸
1）从附表24-2可以看出，海泡石对Cd的吸收量随外加Cd浓度的增加而增加，当外加Cd浓度达400μg/g时，其吸附量达到最大值（3.160mg/g）。同时，从附表24-2还可以看出，海泡石所吸附的Cd其解吸量较小，说明海泡石对Cd的吸附量比较大且不易释放，即其净吸附量大。由此可以预测Cd污染土壤施用海泡石后必然具有较好的改良效果。
附表24-2 海泡石对镉的吸附与解吸量
2）去有机质和去游离氧化铁对海泡石吸附性能的影响。从附表24-3可以看出，去除有机质对海泡石的吸附影响不大。吸附值只比对照相下降了4.23%，原因可能与海泡石本身有机质的含量不高有关；去除游离氧化铁对海泡石的吸附性能有较大的影响，与对照比下降了20.8%，其原因是由于海泡石中游离态的铁含量较高，而氧化铁对重金属的专性吸附性作用较强，在低有机质和高氧化物含量的土壤中这一作用尤为突出，这与有关的研究结果十分相近[4]。
附表24-3 有机质和游离铁对镉吸附与解吸的影响
3）不同pH值处理对海泡石吸附性能的影响。由附表24-4可以看出，处理的pH值愈高，海泡石对Cd的吸附量愈高，而解吸量有降低的趋势，因而其净吸附量愈高，这可能与在较高pH 条件下海泡石表面的可变负电荷增加有关。
附表24-4 不同pH处理对海泡石吸附的影响 （mg/g）
2.镉的形态分布与镉污染土壤的改良
（1）土壤中镉的形态分布
不同处理土壤中Cd的形态分布情况列于附表24-5。从附表24-5可见，未施任何改良剂时，土壤加Cd或不加Cd处理的交换态Cd所占的比例量高，即Cd对作物的有效性或毒性最强，而有效性低的残渣态Cd含量则较低。土壤施用海泡石后，土壤中Cd的形态分布则发生了较大的变化，交换态Cd降低，而残渣态Cd增加。如红土红壤种第一季白菜后，3种海泡石处理与对照Ⅰ比较，交换态Cd分别降低了53.78%,42.36%和35.20%，残渣态Cd都增加了一倍以上，施海泡石后潮土中Cd形态分布的变化与红壤具有同样趋势。施海泡石对降低土壤交换态Cd还具有较强的后效作用，种植二季小白菜后，施用高海泡石处理的红壤的有效Cd较对照仍降低了54.62%（附表24-6），潮土也有同样的效果。
附表24-5 第一季栽培小白菜后红壤镉的形态分布
附表24-6 种植第二季小白菜后红壤镉的形态分布
（2）几种改良剂对土壤镉形态分布的影响
选用石灰、钙镁磷肥、褐煤麦饭石和海泡石作改良剂，比较它们对Cd污染土壤的改良效果，测定结果见附表24-7。施用各种改良剂对C d污染的红壤都有一定的改良效果，土壤中的交换态Cd较对照都有明显降低，其中以高海泡石处理的效果最好，石灰次之。Cd污染的潮土也以施高海泡石降低土壤中交换态Cd的效果最好，其次是钙镁磷肥。
附表24-7 施不同改良剂后红壤镉的形态分布
3.海泡石和其他几种改良剂对作物产量和植株体内镉含量的影响
（1）对作物产量的影响
含Cd土壤经不同改良剂处理后，种植的小白菜均未发生明显的中毒症状，各处理的小白菜生物量与对照Ⅱ无显著的差异，而与对照I 有显著差异（附表24-8），其中尤以高海泡石处理的改良效果最佳。
附表24-8 不同改良剂处理后种植小白菜的生物量 （g/盆）
（2）土壤中交换态、全量镉与植株中镉含量的关系
土壤中不同形态的Cd，被植物吸收利用的难易程度不同。试验结果表明，植株中Cd的含量与土壤交换态的Cd呈极显著正相关，土壤中的全量Cd虽与植株中Cd的含量呈正相关，但相关系数较低。因而，单以土壤中的全量Cd作为评估土壤污染和对农作物伤害的指标，并不十分合理，有必要作进一步研究和探索。
（3）改良剂对作物体内镉含量的影响
土壤中加入海泡石等不同改良剂后，植株中Cd的含量不同，结果见附表24-9。由表可见，施入高海泡石后，红土红壤第一季植株的含Cd量下降了 49.24%，第二季降低了57.94%；其次是石灰处理，第一季下降了47.37%，第二季下降了53.93%。Cd污染的潮土施海泡石的效果更好，第一季植株含Cd量降低了51.10%，第二季降低了60.27%。施其他几种改良剂的两种土壤种植的植株含Cd量也有所降低，即对Cd污染的土壤都有一定的改良作用。
附表24-9 不同改良剂处理后小白菜的含镉量 （mg/kg）
三、讨论
在Cd污染的酸性、中性土壤中，海泡石都具有较好的改良效果。改良效果以施用海泡石的最好，施中海泡石次之，施低海泡石的效果不如前两者。其他改良剂对Cd污染土壤也都有一定的改良效果，其中，石灰在酸性土壤中的改良效果较中性土壤更明显。
需指出的是，本试验中海泡石用量只设置了3个水平，虽已证明高海泡石（4g/kg）的效果最好，但其最适用量尚有待进一步研究。
