有机肥料联合东南景天修复重金属污染土壤的研究

　　有机肥料联合东南景天修复重金属污染土壤的研究

　　 土壤重金属污染危及环境安全，农作物吸收土壤重金属并通过食物链影响公众健康。近年来，土壤重金属治理已成为全社会关注的话题。

　　 超积累植物东南景天（Sedumatfredii）因对重金属的高耐受和超积累特征而被广泛应用于土壤修复。有机肥料可以提高土壤养分、促进植物生长，还能调控土壤重金属的生物有效性。黄腐酸钾可以改良土壤、促进作物生长和抗逆性，紫云英(As- tragalus sinenszs)可以提高作物产量和品质、改善生态环境。适当施加有机肥料可提高东南景天修复效果。笋壳和沼渣能够促进东南景天对重金属锌、镉污染土壤的修复，而菌渣却起抑制作用。化学形态能反映土壤重金属的生物有效性。张亚丽等研究显示，施入有机肥料能降低交换态镉含量，提高有机结合态镉含量，从而降低镉的活性。

　　本研究将有机肥料联合东南景天进行土壤修复，旨在分析有机肥料对东南景天生长和重金属吸收积累能力的影响，联合修复对土壤重金属形态的影响，及修复周期对修复效果的影响，为提高植物修复效果提供理论依据。

　　1 方法

　　1.1供试材料

　　 土壤采自温州农业科学研究院实验基地，阴凉处风干后，磨细过5 mm筛备用；有机肥料分别为黄腐酸钾（市售）和紫云英（晾干粉碎）；东南景天采自衢州市铅锌矿区，后在浙江农林大学人工培育。

　　 供试土壤pH=6.23，有机碳34.04 g/kg，阳离子交换量(CEC) 20. 60cmol/kg，速效氮246. 96 mg/kg，速效磷74.86 mg/kg，速效钾365. 50 mg/kg，全铜84.64mg/kg，全锌428.00 mg/kg，全铅109.01mg/kg，全镉2.65 mg/kg，有效态铜8.14mg/kg，有效态锌54.20 mg/kg，有效态铅16.80 mg/kg，有效态镉0.60 mg/kg。

　　 紫云英pH=6.78，有机碳463.30 g/kg，全氮37.16 g/kg，全磷0.64 g/kg，全钾27.12 g/kg，碱度45.06 cmol/kg，全镉0.01 mg/kg，全铜10. 73 mg/kg，全锌30.30 mg/kg，全铅0.10 mg/kg。

　　黄腐酸钾pH=7.46，有机碳234.61 g/kg，全氮99.86 g/kg，全磷0.16 g/kg，全钾4.00 g/kg，碱度56.46 cmol/kg，全镉0.15 mg/kg，全铜2.95 mg/kg，全锌8.13 mg/kg，全铅4.79 mg/kg。

　　1.2试验设计

　　将有机肥料与供试土壤混匀后装入盆中，移入东南景天苗株（株距5 cm）。分别设置以下处理，且各处理重复3次：(1)0.1%（质量分数，下同）黄腐酸钾(0.1HF)；(2)0.3%黄腐酸钾(0.3HF)；(3)0.5%黄腐酸钾(0.5HF)；(4)0.1%紫云英(0.1MV)；(5)0.3%紫云英(0.3MV)；(6)0.5%紫云英( 0.5 MV)；(7)不施有机肥料(CK)。2017年7月初试验开始，11月初东南景天封行（植物处在营养生长阶段），收获东南景天地上部和土壤样品（反映修复0～4个月的情况）；次年3月，再次收获样品（反映修复4～8个月的情况）。

　　1.3样品分析测定

　　采用lg:5 mL土水比浸提电位法测定土壤 pH，硫酸—重铬酸钾外加热法测定土壤有机质，碱解扩散法测定速效氮，碳酸氢钠浸提—钼锑抗比色法测定速效磷，醋酸铵浸提火焰分光光度法测定速效钾，盐酸浸提法提取土壤有效态重金属，硝酸—氢氟酸—高氯酸消煮获取土壤重金属全量，硝酸—双氧水消煮获取植物重金属全量，BCR三步连续提取土壤重金属化学形态，重金属含量使用Optima7000 DV电感耦合等离子发射光谱仪测定。

　　2结果与讨论

　　2.1 不同处理对土壤pH的影响

　　 可以看出，修复O～4个月，两种有机肥料均降低了土壤pH;修复4～8个月，土壤pH也有所降低，0.3HF降幅最大。修复0～4个月与修复4～8个月的土壤pH变化基本一致，有机肥料的施加降低了土壤pH，可能与有机肥料分解产生的小分子有机酸、可溶性离子有关。

　　2.2 不同处理对土壤有机质的影响

　　 可以看出，施加有机肥料提高了土壤有机质含量，修复0～4个月，土壤有机质为69.79～73.18 g/kg;修复4～8个月，土壤有机质相比修复 O～4个月整体有所下降，为65.67～69.29 g/kg。

　　2.3 不同处理对土壤速效养分的影响

　　 可以看出，修复0～4个月，施加紫云英的土壤速效氮小幅提高，增幅为0.98%～4.67%；施加黄腐酸钾降低了土壤速效磷，但施加紫云英的土壤速效磷最大增幅可达30.78%;施加黄腐酸钾和紫云英的土壤速效钾分别提高了2.06%～15.67%和11.13%～26.25%。

　　 修复4～8个月，土壤速效氮、速效磷相比CK有所下降，但速效钾却有所提高。施加黄腐酸钾和紫云英，速效氮降幅分别为0. 78%～5.27%和2.00%～4.77%。施加黄腐酸钾的处理中，O.lHF的速效磷降幅最大，达到了77.04%；施加紫云英的处理中，0.3MV的速效磷降幅最大，达到了59.69%。施加黄腐酸钾和紫云英，速效钾增幅分别为0.48%～4.03%和2.00%～15.77%.

　　2.4 不同处理对土壤重金属生物有效性的影响

　　 可以看出，修复0～4个月，两种有机肥料在0.1%和0.5%用量下，均提高了锌、镉生物有效性，0.5MV的土壤有效态锌、镉提高最明显，增幅分别为11.47%、15.38%。修复4～8个月，0.3HF明显降低了镉生物有效性，有效态镉降幅为22.39%;施加紫云英的土壤镉生物有效性随紫云英用量增加而提高，O.lMV的镉生物有效性最低。

　　 总体上看，修复O～4个月，施加有机肥料的土壤有效态锌、镉明显提高，可能是因为施加有机肥料（特别是易分解的有机肥料）会带人大量有机碳，因而提高了重金属的活性和迁移能力。王阳等研究发现，施加有机肥料前期产生的有机酸活化提高土壤金属生物有效性，后期复杂有机物对重金属的吸附又会降低土壤金属生物有效性。因此，修复4～8个月相比0～4个月，部分处理（例如O.lMV）土壤重金属生物有效性有所降低。而修复4～8个月相比0～4个月，镉生物有效性总体上有所提高，可能是土壤中铁矿物还原溶解，导致了土壤对所吸附镉的释放，也可能是东南景天生长过程中土壤历经于湿交替，土壤pH降低，促使镉的解吸，进而提高镉的生物有效性。

　　2.5 不同处理对土壤重金属形态转化的影响

　　可以看出，修复0～4个月，施加有机肥料的土壤重金属可交换态或可还原态比例大体上有所提高。修复4～8个月，总体上重金属可交换态、可还原态比例较修复O～4个月降低，而可氧化态和残渣态有所提高，重金属生物有效性也较修复0～4个月有所降低；其中，O.lMV和0.3MV的土壤重金属可交换态或可还原态比例相比CK有所降低，可氧化态或残渣态比例有所升高。邵丽群等认为，加入紫云英可能降低土壤可交换态镉，升高可氧化态镉，这可能是在有机质和淹水作用下，土壤处于还原状态，易产生游离的S2-，可交换态镉与紫云英的分解产物络合以及与S2-沉淀，可氧化态镉升高的原因可能是紫云英增加了土壤氧化活性。

　　2.6 不同处理对东南景天植株生长的影响

　　可以看出，修复0～4个月，施加有机肥料的东南景天植株地上部鲜质量和干质量分别比 CK提高了76.97%～151.64%和16.67%～58.33%，其中0.3HF对东南景天地上部生物量提升效果最好。修复4～8个月，施加两种有机肥料相较CK，东南景天地上部生物量均下降（除0.3MV外），鲜质量和干质量分别下降了17. 89%～39. 62%和16.33%～40.82%

　　2.7 不同处理对东南景天地上部重金属积累量的影响

　　 可以看出，修复O～4个月，施加有机肥料促进了东南景天地上部对锌、镉的积累量。施加黄腐酸钾处理中，0.3HF效果最佳，锌、镉积累量分别比CK提高了280.37%、265.44%；施加紫云英处理中，O.lMV效果最佳，锌、镉积累量分别比CK提高了96.49%、73.02%。修复4～8个月，施加有机肥料大体上降低了东南景天地上部对锌、镉的积累量。施加黄腐酸钾的处理中，0.5HF降幅最明显，锌、镉积累量分别比CK下降了35.09%和49.24%；施加紫云英的处理中，O.lMV降幅最明显，锌、镉积累量分别比CK下降了62.57%和74.94%。

　　修复O～4个月，施加有机肥料处理的东南景天地上部重金属积累量均高于CK，这可能由于有机肥料分解活化促进了土壤重金属向可交换态和可还原态转化，提高了重金属生物有效性；而修复4～8个月，重金属由可交换态、可还原态向可氧化态、残渣态转化，生物有效性降低。由此可见，随着修复时间延长，施加有机肥料可能降低植物对土壤重金属的吸收。

　　2.8 重金属形态与土壤性质的相关关系

　　 土壤重金属形态常用来确定土壤重金属生物有效性。土壤重金属形态由多种因素决定，例如 pH、有机质含量、CEC等。

　　 pH可引起土壤的电荷特性、吸附解吸状态等变化，对重金属形态产生影响。镉、锌等离子在低 pH下浓度高，pH升高会降低其离子浓度。有机质含量提高可降低土壤重金属生物有效性，而可溶性有机质又可以提高重金属的活性和迁移性。

　　 修复O～4个月，施加黄腐酸钾，残渣态铜、锌、镉与pH呈显著（p<0.05，下同）负相关；施加紫云英，pH的提高能显著促进可氧化态锌，残渣态铅、镉的生成，降低锌、铅、镉的生物有效性。修复4～8个月，施加黄腐酸钾，残渣态铅与pH呈显著正相关；施加紫云英，可氧化态铜、残渣态铅均与pH呈显著正相关。可见，随着修复时间延长，施加有机肥料降低土壤pH的同时，也降低了铜、铅的生物有效性。

　　施加黄腐酸钾修复0～4个月，残渣态铜、锌与有机质呈显著正相关，残渣态铅与有机质呈显著负相关；修复4～8个月，可交换态与可还原态铜、锌及可还原态铅均与有机质呈显著正相关。这说明施加黄腐酸钾，随着修复时间延长，土壤可交换态、可还原态重金属降低可能与有机质变化有关。

　　3结论

　　 (1)修复O～4个月，施加有机肥料能提高东南景天修复效果，且黄腐酸钾用量为0.3%时修复效果最明显，东南景天地上部锌、镉积累量显著提高；而修复4～8个月，东南景天地上部重金属积累量低于CK，东南景天修复效果较低。

　　(2)有机肥料和东南景天联合作用能对土壤重金属形态产生影响，并受用量和修复时间影响。修复O～4个月，施加有机肥料能提高土壤重金属生物有效性；修复4～8个月，土壤重金属向可氧化态和残渣态转化，降低植物的吸收积累。

　　                     摘自《环境污染与防治》 2019年第11期