摘要：本研究通过盆栽试验，研究了坡缕石对土壤pH值、镉（Cd）生物有效性和油菜产量的影响。结果表明，土壤中施用坡缕石能显著降低油菜对有效镉的吸收率。加入坡缕石钝化剂后的土壤，植物体内镉含量降幅最大程度达到69.48%，最低降幅亦达到了14.59%。油菜的生物量增加，地下部最大增幅为36.17%，地上部最大增幅为14.02%，土壤中有效镉的含量的降幅最大达20.80%，最小降幅也达到2.22%。随着坡缕石浓度的提高，土壤pH值略微上升，升幅在0.84％~1.20％之间。钝化剂使土壤中有效镉含量显著降低，含量为20 g/kg土壤时效果最为显著。
关键词：坡缕石,镉,钝化修复,有效镉
0引言
在经济快速发展下，各行各业产生的废物和污染物中，镉污染尤为突出，主要集中在矿物开采、冶金、镉处理等行业。这些行业广泛使用镉元素，导致生态污染严重。这些镉元素一旦渗透至土壤之中，便会在土壤中逐渐累积，而且其在土壤中存留时期较长，难以被微生物有效分解，土壤受到污染的根本原因是土壤中污染物的含量超出了土壤自净能力的界限，从而使土壤的理化性质、生态环境质量和土壤自身的肥力受到损害，影响农作物的产量[1]。
当前主要应用于镉污染土壤修复的技术包括以下5种：生物修复技术，微生物修复是近年来发展起来的矿区重金属修复方法，主要是利用微生物对特定的重金属具有专性吸附作用或通过氧化还原等作用改变土壤环境，使重金属污染物固化沉淀，降低其生物有效性，以此降低土壤中的镉浓度[2]；物理修复技术，这项技术通过替换受到污染的土壤以全新的未受污染的土壤来实现净化目的；化学修复技术，该技术通过化学反应改变土壤中镉的性质的方法，旨在降低其毒性或者将其固定在土壤中，防止其自由移动；植物修复技术，植物修复包括植物吸附、挥发和固定3种。植物吸附法主要通过在污染土壤中种植富集植物，通过植物吸收以后，将植物收割、处理或回收，达到减少土壤中重金属的目的[3-4]；综合修复技术，是两种不同技术的并用，以达更好的效果。本次研究利用的原位钝化修复技术是指向土壤中投加钝化材料，改变重金属污染在土壤中的化学形态和赋存状态，从而降低重金属的生物有效性和迁移性，减少植物对重金属的吸收，也称为原位固定技术或原位稳定化技术[5]。
与传统的修复方法相比，坡缕石修复所需用量极少，修复效率却极高。本研究采用室内盆栽实验，进一步探讨坡缕石对镉污染土壤的钝化修复效果。
1材料与方法
1.1实验材料
供试土壤：江西省吉安市青原区农田的土壤，其理化性质为pH值为8.307±0.081，土壤总镉含量2.0 mg/kg±0.023 mg/kg，土壤类型为红壤。
供试植物品种：青帮奶油菜，天津市蓟农种子有限公司。
供试黏土：坡缕石，颗粒度325目（45μm），河北京鹏矿业有限公司。
1.2实验方法
1）实验土壤制备：实验土壤是有重金属含量的土壤，遵循我国土壤环境质量标准（GB 15618—1995）中Cd含量三级标准[6]，将试验土壤中的Cd配制为含量2 mg/kg、体积2.4 L的硫酸镉溶液备用。再将此溶液按200 mL兑入1.5 kg土壤中，搅拌后静置两周陈化，再次搅拌均匀后静置。培养后取出自然晾干，除杂，碾碎并压细存入瓶内以备后续使用。
2）室内盆栽实验：通过在待试土壤中添加不同用量的坡缕石，设定不同的钝化修复处理方法。坡缕石单一处理情况为处理1（对照处理CK，不添加黏土）、处理2（黏土添加量5 g/kg）、处理3（黏土添加量10 g/kg）、处理4（黏土添加量15 g/kg）、处理5（黏土添加量20 g/kg），处理6（黏土添加量30 g/kg）。将钝化材料与土壤均匀混合后放入塑料盆中（直径23 cm，高度19 cm），每盆土壤1.5 kg，将消毒处理过的植物种子直接播种于育苗盆内，待种子发芽一周后按油菜幼苗的大小和生长情况进行间苗，每盆定植4株，每组重复处理3次，每日用去离子水浇灌保持土壤适度，油菜生长72 d后进行收获[6]。
1.3实验测定
1）油菜生物量的测定：采集植物样品，分为根部和地上部，用自来水和去离子水冲洗并使用滤纸吸干，然后分别称量鲜重和干重。85℃烘1 h后，再于65℃烘至恒重。
2）油菜体内镉含量的测定：称取0.3 g试样放入三角瓶中，加混合酸[V（HNO3）:V（HCLO4）=4:1]10 mL、加玻璃珠浸泡过夜，之后进行消解。当消解液变为棕黄色，可再加入混合酸，直至冒白烟，此时呈无色透明或略带黄色。冷却后用滴管将试样消解液转移10~25 mL容量瓶中，用干净的三角瓶，将洗液合并至容量瓶中并定容至刻度。
3）土壤有效镉测定方法：将样品粉碎，按水土比5:1用0.15 mol/L稀盐酸进行提取，并使用原子吸收光谱仪进行测定。
1.4数据处理
试验过程中所获取的数据，采用Excel 2021、IBM SPSS Statistics 27、OriginPro8.5软件进行系统的统计分析。主要运用单因素方差分析来分析各处理组间植株体内Cd含量的差异显著性。
2试验结果与讨论
有效镉是能被植物吸收的一种镉形态，受土壤pH值、有机质含量等多种因素影响。一般在酸性土壤中有效镉浓度较高，中性或碱性土壤中则较低。植物对重金属的吸收累积取决于土壤中重金属的有效态，所以有效态含量的变化是判断钝化剂钝化效应的直接证据[8]。
2.1不同浓度坡缕石含量对植株内镉含量的影响
如图1所示，土壤添加坡缕石钝化材料后，植株体内镉含量呈明显下降趋势，均低于对照处理。其中最大可降低69.48％，最小可降低14.59％。坡缕石添加浓度达到钝化修复效果最显著的是处理添加量为20 g/kg。
2.2不同坡缕石处理对油菜生物量的影响
如图2所示随着坡缕石钝化剂使用量的增加，植物的生物量明显呈现上升趋势。在处理3中，地下部生物量的增加量明显比地上部的更为显著，地下部和地上部生物量的增加表现出不同的趋势，其中地下部最大可增加36.17％，地上部最大可增加14.02％，这可能与不同的植物生物学特性以及土壤理化性质有关。
2.3不同坡缕石处理对油菜土壤PH的影响
查阅表1数据显示，随着坡缕石浓度的提升，土壤pH值略微上升，涨幅在0.84％与1.20％之间。尽管其对碱性土壤pH值的影响程度不及酸性试剂，但仍有变化。坡缕石能吸收土壤中的离子，降低了土壤的pH值。然而，其离子吸收能力具有一定的局限性，受到土壤离子浓度等复杂因素的制约。因此，即便在碱性土壤中施加坡缕石，也无法取得明显的pH值波动。
pH值对植物生长以及重金属污染土壤修复都有重大影响，它的变化和添加的钝化材料密切相关。酸碱度影响土壤养分的有效性和微生物的活度，并控制土壤胶体的交换性离子组成和土壤溶液中离子组成[7]。
2.4不同坡缕石处理对土壤有效镉含量的影响
如图3所示，土壤添加坡缕石钝化材料后，土壤有效镉含量呈明显下降趋势，均低于对照处理。其中添加量20 g/kg下最大降低20.80%，添加量5 g/kg下最小降低量2.22%。根据土壤有效镉含量与植株体内镉含量，坡缕石添加浓度达到钝化修复效果最显著的是添加量20 g/kg。说明施用钝化剂可以降低土壤中重金属的有效性[9]。
在选择土壤钝化剂之前，必须根据土壤质地和污染程度，筛选最适宜的钝化试剂，以确保实现理想的钝化效果。在污染总量确定的情况下，一定范围内提高钝化剂施用量会促使重金属与钝化剂充分接触从而以更快的速率完成钝化修复[8]。此外，实施适当的农田管理策略，有助于提升土壤质量，减缓镉元素积聚和释放。修复后农田应建立长期监测体系，定期检测土壤镉元素含量，采取相应治理措施，确保农田生态可持续性发展。
3结论
添加坡缕石钝化材料到土壤中后，植物体内的镉含量明显降低，油菜的生物量也随之增加。地上部的鲜重在添加量5 g/kg时最高；地下部的鲜重在添加量10 g/kg时最高。同时，坡缕石的添加还降低了植物对镉的聚集性，减轻了其毒性影响，并使土壤pH值有所上升。土壤中有效镉含量也明显降低。经添加坡缕石20 g/kg的土壤钝化修复效果最显著。
参考文献
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