几种钝化剂联合黑麦草对铜镉污染土壤的修复——盆栽实验

　　第 5 章 几种钝化剂联合黑麦草对铜镉污染土壤的修复--盆栽实验

　　由于重金属污染土壤往往酸化严重，重金属生物毒害作用强，不适合植物的生长，通过添加化学钝化剂改良土壤环境，为植物提供有利的生活环境，即对重金属污染土壤进行修复，达到荒废土壤再次利用的目的。

　　本章选择黑麦草作为指示植物进行室内盆栽实验，从土壤-植物系统角度出发，研究添加天然麦饭石、盐改性麦饭石、麦饭石包膜尿素缓释肥和生物调理剂对土壤基本理化性质、土壤酶活性、黑麦草生物量、植株内富集的重金属、土壤中重金属化学形态的影响，同时设置一组低施加量天然麦饭石作为对比，探讨向污染土壤中添加化学钝化剂，改良土壤生理生化性质，降低重金属活性，并通过植物生长发育状况指示修复效果，对比不同钝化剂的钝化效果，进而为重金属污染土壤的治理提供一种更加经济、优化的办法。

　　5.1 几种钝化剂修复对黑麦草生理指标的影响。

　　5.1.1 几种钝化剂对黑麦草生物量的影响不同钝化剂处理黑麦草生物量变化如表 5-1 所示，与对照（CK）相比，每组钝化剂处理都增加了黑麦草地上、地下部分生物量，其中低施加量天然麦饭石处理效果最差，地上部分增加了 1.96 倍，地下部分增加了 1.97 倍；盐改性麦饭石处理效果最好，地上部分增加了 48.13 倍，地下部分增加了 67.53 倍；六组处理效果顺序为盐改性麦饭石>最佳量天然麦饭石>生物调理剂>麦饭石包膜缓释肥>低施加量天然麦饭石>对照。

　　5.1.2 几种钝化剂对黑麦草叶绿素含量的影响叶绿素是植物体内吸收光能进行光合作用的色素，在一定范围内，植物光合作用强度随叶绿素含量增加而加强，因此，叶绿素是植物丰产性能指标之一，其含量的高低可以用来表征植物在逆境条件下受伤害的程度。土壤中重金属的生物毒害会使得植物出现毒害症状，叶片失绿，出现褐色斑点和条纹，茎叶萎缩枯死，严重影响光合作用，重金属胁迫抑制植物叶绿素合成和光合作用[89,90].

　　如图 5-2 所示，与对照（CK）相比，添加钝化剂修复后黑麦草叶绿素含量均有增加，低施加量天然麦饭石组与对照结果差不多，麦饭石包膜缓释肥有微弱的优势，最佳量天然麦饭石、盐改性麦饭石、生物调理剂组具有较大的增加，叶绿素a含量增加37.82%、31.00%、39.90%;叶绿素b含量增加34.69%、35.24%、44.46%;类胡萝卜素含量增加 51.83%、41.75%、45.86%.可以看出，生物调理剂处理促进黑麦草体内叶绿素合成效果最好，可能是因为生物调理剂组成成分中含有其他促进植物生长的物质，而施加量有限使得生物量不如盐改性麦饭石组处理，若大量使用则有可能增加经济成本。

　　5.1.3 几种钝化剂对黑麦草根系活力的影响植物根系是植物体活跃的吸收物质和合成物质的器官，植物地上部分的生物量水平和营养状况直接受到根系的生长情况和活力水平的影响。如图 5-3 所示，与对照相比，钝化剂的使用均能够提高盆栽植物黑麦草的根系活力，其作用效果顺序为盐改性麦饭石>最佳量天然麦饭石>生物调理剂>麦饭石包膜缓释肥>低施加量天然麦饭石，这与黑麦草的长势和叶绿素含量状况是吻合的，这说明，盐改性麦饭石处理条件下，黑麦草的长势和生物量都是所有处理中最好的。

　　5.2 几种钝化剂对污染土壤理化性质的影响。

　　种植植物以后，土壤理化性质相比恒温土壤培养老化后由较大的变化，所有的指标均有降低，在土壤-植物体系中，土壤需要为植物提供生长所需的营养元素，自然的消耗了土壤的肥力，且随着培养时间的延长，土壤的肥效也会有不同程度的损失。

　　如表 5-1 所示，相比对照处理，除低施加量天然麦饭石有微小的降低外，土壤pH 都由不同程度的增大，最大的增加了 0.66.植物长势最好的盐改性麦饭石组碱解氮含量与其他组表现了显著性差异（P<0.05），比对照组增加了 25.58%;速效磷增加了 15.97%,有机质和 CEC 的变化不明显，总体来说盐改性麦饭石的修复对土壤理化性质具有一定的改良效果，且适宜植物的生长；最佳量天然麦饭石、生物调理剂组各指标的值低于盐改性麦饭石组。麦饭石包膜缓释肥与低施加量天然麦饭石组各指标值差不多，除了碱解氮含量表现显著性差异（P<0.05），可能是由麦饭石包膜缓释肥肥效的缓释效果，减缓了 N 素的损耗，但是施加量的限制，并没有表现出良好的修复效果，与空白对照组和低施加量天然麦饭石的效果类似。

　　5.3 几种钝化剂修复对黑麦草铜镉含量的影响。

　　黑麦草是一种生物量较大的牧草，很好生长，对恶劣环境的耐性较好，以其为盆栽植物能很好的反映钝化剂的修复效果。表 5-3 是不同钝化剂修复后黑麦草地上、地下部分对土壤中 Cu、Cd 的吸收积累量的影响情况。

　　在污染土壤中施加钝化剂后，黑麦草植株内 Cu、Cd 含量与对照处理相比呈明显的降低趋势。其中，相比于对照处理，盐改性麦饭石处理后，黑麦草地上部分 Cu、Cd 含量减少最多分别达到 76.91%、65.00%;地下部分较少最多达 70.16%、46.71%.低施加量天然麦饭石、麦饭石包膜缓释肥处理没有显著影响，Cu、Cd 的降低率均较低，说明土壤中被钝化的铜镉含量少，生物活性较强；最佳量天然麦饭石、盐改性麦饭石、生物调理剂三组的处理效果差不多，就地下部分抑制效果相对来说最好的是生物调理剂，就地上部分抑制效果最好的是盐改性麦饭石，整体来说盐改性麦饭石的降低率要大于生物调理剂的降低率，因此盐改性麦饭石的效果优于其他处理。

　　另外，由降低率的大小可以看出，钝化剂对黑麦草地上部分 Cu、Cd 吸收的抑制作用要强于地下部分，这说明，最佳量天然麦饭石、盐改性麦饭石、生物调理剂等钝化剂不仅可以抑制黑麦草地下部对 Cd 的吸收，还可以抑制 Cd 由地下部向地上部的转运。

　　5.4 黑麦草铜镉含量与土壤铜镉各形态的相关性分析。

　　5.4.1 黑麦草 Cu 含量与土壤 Cu 各形态的相关性分析通过分析黑麦草 Cu 含量与土壤 Cu 各形态的相关性可以了解土壤重金属在土壤-植物系统中的迁移转化机制。

　　弱酸提取态 Cu 含量与可还原态和残渣态含量呈现显著负相关关系（P<0.05）与黑麦草地上部分、地下部分存在极显著正相关关系（P<0.01），残渣态含量与地下部分呈现显著负相关关系（P<0.05），与地上部分有负相关关系，但没有达到显著水平，这说明添加钝化剂修复后，土壤中弱酸提取态 Cu 向可还原态和残渣态转化，有效的降低土壤 Cu 的生物有效性，缓解了 Cu 对黑麦草的毒害作用。

　　5.4.2 黑麦草 Cd 含量与土壤 Cd 各形态的相关性分析由表 5-4 可知，土壤弱酸提取态 Cd 与残渣态呈现极显著负相关关系（P<0.01），与可还原态含量呈现显著负相关关系（P<0.05），黑麦草地下部分 Cd 含量与土壤弱酸提取态 Cd 含量表现显著正相关关系（P<0.05），说明钝化剂正式通过降低弱酸提取态 Cd 含量，增加残渣态 Cd 含量，降低 Cd 的生物有效性，由活性高的形态向活性低的形态转移，从而减少土壤Cd由土壤向黑麦草体内的迁移量和累积量，以达到钝化修复 Cd 污染土壤的目的。

　　5.5 土壤培养和盆栽实验土壤 Cu、Cd 弱酸提取态和残渣态分布的影响。

　　分析重金属在土壤系统和土壤-植物系统中的各形态分布情况有助于了解化学钝化剂对土壤修复后的生物效应，土壤重金属的生物活性变化。由图 5-4 所示，土壤 Cu、Cd 的弱酸提取态百分含量在土壤培养和盆栽实验表现持续降低的趋势，残渣态百分含量表现出持续上升的趋势，这说明，几种钝化剂对重金属 Cu、Cd 污染土壤的修复效果良好，可有效的降低土壤 Cu、Cd 的生物有效性，控制黑麦草对Cu、Cd 的吸收。

　　5.6 本章小结。

　　⑴低施加量天然麦饭石、麦饭石包膜缓释肥处理对黑麦草无明显的促进作用，生物调理剂、最佳量天然麦饭石、盐改性麦饭石处理则可以显著的提高黑麦草地上、地下部分的生物量，其中盐改性麦饭石提高的量最多，分别是97.56%和98.54%,黑麦草叶绿素含量也可以很好的反映这个结果。种植黑麦草以后，土壤理化性质的变化较大，且不同钝化剂处理后，土壤理化性质指标反映的结果不同，黑麦草长势好的组别土壤肥力损耗的多。

　　⑵四种钝化剂对黑麦草地上部分、地下部分 Cu、Cd 含量的影响作用各不相同，其中盐改性麦饭石处理对降低黑麦草地上部分 Cu、Cd 含量的效果最显著，降低率分别为 76.91%、65.00%,生物调理剂处理对黑麦草地下部分 Cu、Cd 含量的效果最好，降低率分别为 70.16%、46.71%.麦饭石包膜缓释肥处理对土壤 Cu 在土壤-黑麦草系统中的迁移转化效果最差，土壤 Cu 弱酸提取态百分含量较对照降低31.70%,黑麦草地上、地下部分 Cu 含量较对照分别降低 29.91%和 1.36%.低施加量天然麦饭石处理土壤 Cd 在土壤-黑麦草系统中的效果最差，土壤 Cd 弱酸提取态百分含量较对照降低 1.12%,黑麦草地上、地下部分 Cd 含量较对照分别降低48.09%、13.14%.

　　⑶黑麦草地下部分 Cu 含量与可交换态 Cu 含量存在极显著正相关关系（P <0.01），与残渣态 Cu 含量存在显著负相关关系（P < 0.05）；黑麦草地下部分 Cd 含量与可交换 Cd 含量存在显著正相关关系（P < 0.05），与残渣态 Cd 含量存在显著负相关关系（P < 0.05），说明钝化材料正是通过降低土壤可交换态 Cu、Cd 含量，从而减少黑麦草对 Cu、Cd 的吸收与累积，以达到钝化修复 Cu、Cd 污染土壤的目的。

　　⑷四种化学钝化剂对土壤-植物系统中重金属 Cu、Cd 的钝化作用良好，生物盆栽实验中土壤 Cu、Cd 酸可提取态百分含量较土壤培养实验持续降低，残渣态百分含量持续上升。