不同钝化材料对降低农田镉砷污染效果及安全性评估的研究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0851

中国农学通报 ›› 2024, Vol. 40 ›› Issue (17): 43-48.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0851

所属专题：生物技术；土壤重金属污染

• 资源·环境·生态·土壤·气象 • 上一篇下一篇

不同钝化材料对降低农田镉砷污染效果及安全性评估的研究

徐霄¹(), 张鑫¹, 章明奎², 黄巧玲³, 尹献远¹()

¹ 衢州市美丽乡村建设中心，浙江衢州 324003
² 浙江大学环境与资源学院，杭州 310058
³ 衢江区浮石街道，浙江衢州 324000

收稿日期:2023-12-02 修回日期:2024-04-26 出版日期:2024-06-15 发布日期:2024-06-11
通讯作者:
尹献远，男，1966年出生，浙江衢州人，高级农艺师，本科，主要从事土壤肥料的研究与推广。通信地址：324003 浙江省衢州市柯城区芹江东路288号衢时代创新大厦，衢州市美丽乡村建设中心，Tel：Tel：0570-8878691，E-mail：1121759696@.qq.com。
作者简介:
徐霄，男，1982年出生，浙江衢州人，农艺师，硕士研究生，主要从事土壤肥料技术推广工作。通信地址：324003 浙江省衢州市柯城区芹江东路288号衢时代创新大厦，衢州市美丽乡村建设中心，Tel：0570-8878691，E-mail：157176760@qq.com。
基金资助:
国家重点研发计划专项“地质高背景农田重金属污染风险评价与防控体系”(2017YFD0800305)

Remediation Effect and Safety Evaluation of Different Passivation Materials Applied in Cadmium and Arsenic Compound Contaminated Soil

XU Xiao¹(), ZHANG Xin¹, ZHANG Mingkui², HUANG Qiaoling³, YIN Xianyuan¹()

¹ Beautiful Rural Construction Center of Quzhou, Quzhou, Zhejiang 324003
² College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058
³ Fushi Sub-district Offices of Qujiang, Quzhou, Zhejiang 324000

Received:2023-12-02 Revised:2024-04-26 Published:2024-06-15 Online:2024-06-11

摘要/Abstract

摘要：

为探讨镉与砷复合污染农田适用的钝化材料，采用盆栽试验，比较研究了赤泥、赤泥+铁粉、玄武岩红泥+石灰石粉、石灰石粉+铁粉和石灰石粉+生物质炭+硫酸亚铁等5种钝化材料对降低水稻籽粒中镉和砷的效果。试验结果揭示了所有测试的钝化材料均能显著改变土壤中镉和砷的化学形态，并降低它们的生物有效性，从而有效减少了水稻籽粒中的镉和砷含量。特别是，以赤泥+铁粉、石灰石粉+铁粉和石灰石粉+生物质炭+硫酸亚铁等3种复合钝化材料的效果最为明显，能够使籽粒中的镉和砷分别降低58%~63%和56%~67%。在试验条件下，5种钝化材料均不会导致土壤质量的明显下降，施用含石灰石粉和生物质炭的钝化材料还有利于降低土壤酸度、增加土壤有机质和阳离子交换量。综合效果，研究表明赤泥+铁粉是一种治理镉砷复合污染农田土壤较为理想的钝化材料。

关键词: 钝化材料, 镉, 砷, 复合污染, 农产品安全, 赤泥, 铁粉, 土壤修复, 水稻安全

Abstract:

To explore the suitable passivation materials for ameliorating the farmland polluted by both cadmium and arsenic, pot experiments were carried out to compare the effects of five passivation materials on the reduction of cadmium and arsenic in rice grain. The materials included red mud, red mud + iron powder, basalt red mud + limestone powder, limestone powder + iron powder and limestone powder + biochar + ferrous sulfate. The experimental results showed that all of the five passivation materials could change the chemical forms of Cd and As in the soil, and reduce the bioavailability of Cd and As in the soil and contents of Cd and As in rice grain. On the whole, three kinds of compound passivation materials, red mud + iron powder, limestone powder + iron powder and limestone powder + biochar + ferrous sulfate, had the most obvious effect, which could reduce Cd and As in the grain by 58%-63% and 56%-67%, respectively. Under the experimental conditions, the five passivation materials did not lead to a significant decline in soil quality. The application of the passivation materials containing limestone powder and biochar was also conducive to reducing soil acidity, increasing soil organic matter and cation exchange capacity. Based on the comprehensive effect, red mud + iron powder is considered as an ideal passivation material for the treatment of Cd and As compound pollution of farmland soils.

Key words: passivation materials, cadmium, arsenic, compound pollution, agricultural product safety, red mud, iron powder, soil remediation, rice safety

徐霄, 张鑫, 章明奎, 黄巧玲, 尹献远. 不同钝化材料对降低农田镉砷污染效果及安全性评估的研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(17): 43-48.

XU Xiao, ZHANG Xin, ZHANG Mingkui, HUANG Qiaoling, YIN Xianyuan. Remediation Effect and Safety Evaluation of Different Passivation Materials Applied in Cadmium and Arsenic Compound Contaminated Soil[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2024, 40(17): 43-48.

图/表 5

参考文献 30

[1]	周建军, 周桔, 冯仁国. 我国土壤重金属污染现状及治理战略[J]. 中国科学院院刊, 2014, 29(3):315-320,350.
[2]	朱奇宏, 黄道友, 刘国胜, 等. 石灰和海泡石对镉污染土壤的修复效应与机理研究[J]. 水土保持学报, 2009, 23(1):111-116.
[3]	赵其国, 骆永明. 论我国土壤保护宏观战略[J]. 中国科学院院刊, 2015, 30(4):452-458.
[4]	李圣发. 土壤砷污染及其植物修复的研究进展与展望[J]. 地球与环境, 2011, 39(3):429-434.
[5]	李季, 黄益宗, 保琼莉, 等. 几种改良剂对矿区土壤中As化学形态和生物可给性的影响[J]. 环境化学, 2015, 34(12):2198-2203.
[6]	张杏锋, 夏汉平, 李志安, 等. 牧草对重金属污染土壤的植物修复综述[J]. 生态学杂志, 2009, 28(8):1640-1646.
[7]	黄雷, 张时伟, 任重, 等. 不同修复材料对铅锌尾砂中DTPA浸提态Pb、Zn、Cu、Cd含量的影响[J]. 环境工程, 2016, 34(9):166-170.
[8]	文武. 土壤砷的化学固定修复技术研究[D]. 长沙: 中南林业科技大学, 2012.
[9]	黄增, 黄红铭, 王琳, 等. 砷污染土壤修复中钝化剂的筛选及其工艺条件优化研究[J]. 应用化工, 2017, 46(8):1557-1560.
[10]	马瑞. 不同品种及农艺措施对水稻砷吸收、化学形态及毒性的影响[D]. 南京: 南京农业大学, 2015.
[11]	陈远其, 张煜, 陈国梁. 石灰对土壤重金属污染修复研究进展[J]. 生态环境学报, 2016, 25(8):1419-1424. doi: 10.16258/j.cnki.1674-5906.2016.08.025
[12]	黄益宗, 郝晓伟. 赤泥、骨炭和石灰对玉米吸收积累As、Pb和Zn的影响[J]. 农业环境科学学报, 2013, 32(3):456-462.
[13]	刘昭兵, 纪雄辉, 王国祥, 等. 赤泥对Cd污染稻田水稻生长及吸收累积Cd 的影响[J]. 农业环境科学学, 2010, 29(4):692-697.
[14]	孙媛媛. 几种钝化剂对土壤砷生物有效性的影响与机理[D]. 北京: 中国农业大学, 2015.
[15]	刘小诗. 砷镉超标农田钝化剂的筛选及调控效应研究[D]. 北京: 中国农业科学院, 2015.
[16]	贺玉龙. 镉砷在土壤中的赋存形态及生物有效性研究[J]. 绿色科技, 2019, (10):108-109,112.
[17]	PAN Y, KOOPMANS G F, BONTEN L T C, et al. Influence of pH on the redox chemistry of metal (hydr) oxides and organic matter in paddy soils[J]. Journal of soils and sediments, 2014, 14(10):1713-1726.
[18]	毛凌晨, 叶华. 氧化还原电位对土壤中重金属环境行为的影响研究进展[J]. 环境科学研究, 2018, 31(10):1669-1676.
[19]	卢美献. 不同固定剂及其配比对土壤中镉砷钝化修复效果研究[D]. 南宁: 广西大学, 2016.
[20]	辜娇峰. 组配改良剂对稻田镉砷复合污染的调控效果及机制研究[D]. 长沙: 中南林业科技大学,2017:18-24.
[21]	徐珺, 曾敏, 王光军, 等. 2种组配改良剂修复镉砷复合污染稻田土壤的研究[J]. 环境科学学报, 2018, 38(5):2008-2013.
[22]	吴宝麟. 铅镉砷复合污染土壤钝化修复研究[D]. 长沙: 中南大学, 2014.
[23]	汤家喜, 梁成华, 杜立宇, 等. 复合污染土壤中砷和镉的原位固定效果研究[J]. 环境污染与防治, 2011, 33(2):56-59.
[24]	中国科学院南京土壤研究所. 土壤理化分析[M]. 上海: 上海科技出版社,1978:1-320.
[25]	SPARK D L. Methods of soil analysis, Part 3:chemical methods[M]. Madison: SSSA and ASA,1996:703-919.
[26]	武斌, 廖晓勇, 陈同斌, 等. 石灰性土壤中砷形态分级方法的比较及其最佳方案[J]. 环境科学学报, 2006, 26(9):1467-1473.
[27]	SINGH R, SINGH S, PARIHAR P, et al. Arsenic contamination,consequences and remediation techniques:a review[J]. Ecotoxicology and environmental safety, 2015,112:247-270.
[28]	WANG J J, ZENG X B, ZHANG H, et al. Effect of exogenous phosphate on the lability and phytoavailability of arsenic in soils[J]. Chemosphere, 2018,196:540-547.
[29]	SARKAR A, PAUL B. The global menace of arsenic and its conventional remediation - A critical review[J]. Chemosphere, 2016,158:37-49.
[30]	倪中应, 谢国雄, 章明奎. 酸化对耕地土壤镉铅有效性及农产品中镉铅积累的影响[J]. 江西农业学报, 2017, 29(8):52-56.

处理	pH	盐分/(g/kg)	有机质/(g/kg)	游离氧化铁/(g/kg)	CEC/(cmol/kg)
CK	5.96±0.06d	0.11±0.02d	21.56±0.21b	16.54±0.29e	12.14±0.11b
RM	6.58±0.05b	0.52±0.11c	20.98±0.23c	17.95±0.23d	11.98±0.21b
RM+FE	6.35±0.05c	0.43±0.08c	20.85±0.18c	21.85±0.25a	11.83±0.18b
RS+LM	7.54±0.14a	0.74±0.13b	20.48±0.15d	17.22±0.31d	11.65±0.16b
LM+FE	7.36±0.09a	0.85±0.09ab	20.83±0.16c	20.52±0.29b	11.23±0.24b
LM+FS+BC	6.42±0.05c	0.97±0.14a	23.52±0.32a	19.02±0.34c	12.85±0.23a

处理	pH	盐分/(g/kg)	有机质/(g/kg)	游离氧化铁/(g/kg)	CEC/(cmol/kg)
CK	5.96±0.06d	0.11±0.02d	21.56±0.21b	16.54±0.29e	12.14±0.11b
RM	6.58±0.05b	0.52±0.11c	20.98±0.23c	17.95±0.23d	11.98±0.21b
RM+FE	6.35±0.05c	0.43±0.08c	20.85±0.18c	21.85±0.25a	11.83±0.18b
RS+LM	7.54±0.14a	0.74±0.13b	20.48±0.15d	17.22±0.31d	11.65±0.16b
LM+FE	7.36±0.09a	0.85±0.09ab	20.83±0.16c	20.52±0.29b	11.23±0.24b
LM+FS+BC	6.42±0.05c	0.97±0.14a	23.52±0.32a	19.02±0.34c	12.85±0.23a

处理	有效镉/ (mg/kg)	镉化学形态/%
处理	有效镉/ (mg/kg)	交换态	碳酸盐结合	有机质结合	氧化物结合	残余态
CK	0.674±0.065a	30.22±3.35a	2.43±0.32c	20.45±1.52b	27.27±3.21c	19.63±1.65d
RM	0.514±0.034b	17.52±2.11b	2.04±0.28c	19.54±1.66c	33.58±2.14b	27.32±1.14a
RM+FE	0.534±0.031b	19.46±2.65b	1.52±0.11d	18.56±1.24c	39.52±3.52a	20.94±1.85cd
RS+LM	0.425±0.033c	12.54±1.67c	12.65±1.32ab	18.63±2.01c	29.88±2.64c	26.30±1.65a
LM+FE	0.408±0.029c	8.63±1.23d	13.68±1.65a	18.97±1.74c	36.45±3.11ab	22.27±1.02c
LM+FS+BC	0.498±0.023b	11.49±1.68c	10.65±1.85b	24.69±2.03a	28.34±2.45c	24.83±1.43b

处理	有效镉/ (mg/kg)	镉化学形态/%
处理	有效镉/ (mg/kg)	交换态	碳酸盐结合	有机质结合	氧化物结合	残余态
CK	0.674±0.065a	30.22±3.35a	2.43±0.32c	20.45±1.52b	27.27±3.21c	19.63±1.65d
RM	0.514±0.034b	17.52±2.11b	2.04±0.28c	19.54±1.66c	33.58±2.14b	27.32±1.14a
RM+FE	0.534±0.031b	19.46±2.65b	1.52±0.11d	18.56±1.24c	39.52±3.52a	20.94±1.85cd
RS+LM	0.425±0.033c	12.54±1.67c	12.65±1.32ab	18.63±2.01c	29.88±2.64c	26.30±1.65a
LM+FE	0.408±0.029c	8.63±1.23d	13.68±1.65a	18.97±1.74c	36.45±3.11ab	22.27±1.02c
LM+FS+BC	0.498±0.023b	11.49±1.68c	10.65±1.85b	24.69±2.03a	28.34±2.45c	24.83±1.43b

处理	有效砷/ (mg/kg)	砷化学形态/%
处理	有效砷/ (mg/kg)	交换态	钙结合态	铝结合态	铁结合态	残余态
CK	9.24±0.63a	1.84±0.05a	5.66±0.35c	10.56±1.25a	22.70±2.14c	59.24±1.69ab
RM	6.87±0.58b	1.24±0.09c	3.87±0.29d	7.81±0.85bc	24.65±1.85ab	62.43±2.01a
RM+FE	5.22±0.38c	1.12±0.06cd	2.47±0.28e	7.54±0.69bc	25.98±1.56a	62.89±2.15a
RS+LM	7.25±0.47b	1.44±0.07b	7.42±0.42a	8.98±0.74b	23.18±1.74bc	58.98±1.88b
LM+FE	5.64±0.36c	1.13±0.08cd	7.01±0.43a	7.53±0.66bc	24.15±1.69ab	60.18±1.95ab
LM+FS+BC	4.21±0.34d	1.04±0.06d	6.29±0.39b	7.24±0.85c	24.56±1.52ab	60.87±1.56ab

不同钝化材料对降低农田镉砷污染效果及安全性评估的研究

Remediation Effect and Safety Evaluation of Different Passivation Materials Applied in Cadmium and Arsenic Compound Contaminated Soil

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 5

参考文献 30

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

关于本刊

作者中心

审者中心

在线期刊

联系我们

处理	根部	茎叶	籽粒
CK	2.594±0.235bc	0.784±0.034a	0.436±0.038a
RM	2.328±0.166c	0.642±0.039b	0.318±0.042b
RM+FE	2.814±0.214a	0.425±0.038d	0.176±0.022d
RS+LM	2.284±0.119c	0.597±0.051bc	0.259±0.016c
LM+FE	2.876±0.208a	0.431±0.046d	0.164±0.031d
LM+FS+BC	2.667±0.223ab	0.532±0.042c	0.183±0.042d

处理	根部	茎叶	籽粒
CK	86.52±3.68b	5.87±0.35a	0.48±0.042a
RM	80.53±2.87c	4.67±0.29c	0.32±0.021c
RM+FE	93.24±2.45a	3.65±0.24e	0.19±0.013d
RS+LM	81.54±2.66c	5.12±0.36b	0.36±0.008b
LM+FE	91.53±3.25ab	4.06±0.19d	0.21±0.007d
LM+FS+BC	90.88±2.54ab	3.24±0.25e	0.16±0.006e

[1]	陈国安, 宋肖琴, 刘文彬, 柳丹, 叶正钱. 不同土壤改良剂对水稻吸收和积累镉的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(9): 89-96.
[2]	李诚, 王少希, 钱艳杰, 易展平, 严小兵. 叶面调理剂在不同镉污染程度稻田应用效果研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(6): 101-106.
[3]	徐进, 谭建彬, 邓晓瑜, 梁锦炀, 师沛琼, 周鸿凯. 不同浓度镉处理对耐盐水稻生长及斜纹夜蛾酶活的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(3): 120-127.
[4]	匡志明, 王晓辉, 谢玉华, 雷梦龙, 文明辉, 谷亚娟. 综合控镉技术体系对湖南中南部地区受镉污染稻田的影响研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(21): 78-83.
[5]	张欣惠, 周青云, 许超, 武美燕, 帅红, 张泉, 朱奇宏, 朱捍华, 黄道友. 几种钝化材料对铅冶炼场地土壤重金属的钝化修复效果[J]. 中国农学通报, 2024, 40(21): 99-105.
[6]	赵欧亚, 王雪晴, 刘蕾, 肖广敏, 孙世友, 侯利敏, 王策, 王凌, 茹淑华. 25个菠菜品种吸收累积镉的差异特征[J]. 中国农学通报, 2024, 40(19): 94-101.
[7]	杨莹, 王志敏, 杜晶晶, 周子涵, 周升志, 符晓雯, 王瑞萍, 岳士忠. 砷对蚯蚓的滤纸接触毒性及硒的调节作用[J]. 中国农学通报, 2024, 40(17): 49-55.
[8]	陈巧茂, 张玉盛, 黄澳琪, 陈澎, 敖和军. 水稻镉污染防治及营养调控研究进展[J]. 中国农学通报, 2024, 40(16): 118-123.
[9]	常海伟, 桂娟, 符云聪. 土壤钝化材料及叶面阻控对镉污染农田修复效果研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(16): 112-117.
[10]	杨小俊, 张唐伟, 次仁德吉, 吴雪莲. 铅砷交互作用对青稞品质的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(14): 148-156.
[11]	刘磊, 陈晨, 陈金, 蒋末云, 贾震, 杨星莲, 曾勇军, 黄山. 施石灰和秸秆还田对清洁的酸性稻田籽粒镉含量的影响[J]. 中国农学通报, 2024, 40(12): 53-58.
[12]	王丽, 蒋亚, 刘桂华, 柴冠群, 范成五. 不同生育期喷施硒肥对白菜硒镉吸收影响研究[J]. 中国农学通报, 2024, 40(11): 44-48.
[13]	覃勇荣, 罗美东, 刘旭辉, 黄秀连, 张治坤. 艾蒿自然修复砷等重金属复合污染土壤的效果分析[J]. 中国农学通报, 2024, 40(11): 55-67.
[14]	滕柄钦, 马倩倩, 武均, 段雪娇, 毕冬梅, 蔡立群. 生物质炭添加对生菜Cd积累的影响[J]. 中国农学通报, 2023, 39(6): 90-96.
[15]	黄烁淇, 赵晓鑫, 翟妍, 倪渊嵘, 鲁振强, 刘大丽. BvHIPP24介导甜菜应答镉胁迫的作用分析[J]. 中国农学通报, 2023, 39(27): 110-117.