5种调理剂对水田土壤中镉赋存形态的影响及其钝化效果评价

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2023-0814

摘要/Abstract

摘要：

本研究旨在评估5种不同调理剂——石灰(SCⅠ)、白云石粉(SCⅡ)、牡蛎壳粉(SCⅢ)、泥炭土(SCⅣ)和硅钙镁钾肥(SCⅤ)对水田土壤中镉(Cd)污染的钝化修复效果。采用受Cd污染的弱酸性水田土壤为材料，通过盆栽模拟试验，分析了这5种调理剂对土壤pH、土壤中Cd赋存形态分布特征及生物有效性的影响。试验结果显示，供试土壤分别添加SCⅠ、SCⅡ、SCⅢ、SCⅣ、SCⅤ 0.6 g/盆（2.0 kg土壤）处理60 d后，土壤pH分别提高了1.81、1.49、1.17、0.48、0.60个单位；土壤中水溶态、弱酸提取态、可还原态、可氧化态、残渣态Cd分布特征发生了不同程度的变化。具体而言，水溶态Cd分布系数分别下降了0.70%、0.54%、0.63%、0.21%和0.24%，弱酸提取态Cd分布系数分别下降了17.68%、8.39%、11.52%、18.13%和15.95%，而残渣态Cd分布系数分别上升了14.27%、5.33%、11.54%、17.70%和14.34% (P<0.05)。这些变化表明，5种调理剂均能有效降低土壤中有效态Cd含量，并增加不可利用态Cd含量(P<0.05)。SCⅠ、SCⅡ、SCⅢ、SCⅣ和SCⅤ对土壤中Cd污染的钝化效果分别为38.98%、18.42%、25.33%、39.98%和35.12%。因此，这5种调理剂钝化修复酸性水田土壤中Cd污染均显示出良好的潜力，为安全利用受Cd污染的酸性水田提供了新的技术方案，并值得进一步的田间验证和示范应用。

关键词: 土壤调理剂, 水田土壤, 镉, 生物有效性, 钝化效果, 镉污染, 土壤修复

Abstract:

To assess the efficacy of five conditioning agents of lime powder (SCⅠ), dolomite powder (SCⅡ), oyster shell powder (SCⅢ), peat soil (SCⅣ) and silicate-calcium-magnesium-potassium fertilizer (SCⅤ) on passivation repair cadmium (Cd) pollution in paddy soils, this study conducted pot experiments using slightly acidic paddy soil with Cd pollution, and the effects of these conditioners on soil pH, the distribution characteristics of Cd speciation in the soil, and its bioavailability were monitored and analyzed. The results showed that after 60 days of each treatment, the soil pH increased by 1.81, 1.49, 1.17, 0.48 and 0.60 units, respectively. The distribution characteristics of water-soluble fraction, mild acido-soluble fraction, reducible fraction, oxidizable fraction and residue fraction Cd in the soil had changed in different degrees. Specifically, the distribution coefficient of water-soluble fraction Cd was reduced by 0.70%, 0.54%, 0.63%, 0.21%, and 0.24%, respectively; mild acido-soluble fraction Cd was reduced by 17.68%, 8.39%, 11.52%, 18.13%, and 15.95%; and the distribution coefficient of residual fraction Cd was increased by 14.27%, 5.33%, 11.54%, 17.70%, and 14.34% (P<0.05). This indicated that SCⅠ, SCⅡ, SCⅢ, SCⅣ and SCⅤ reduced the bioavailable Cd and increased the non-bioavailable Cd in the soil to varying degrees (P<0.05), and the passivation effects were 38.98%, 18.42%, 25.33%, 39.98% and 35.12% for Cd pollution in soils respectively. Therefore, all five conditioners demonstrated certain effectiveness in passivation repair Cd pollution in acidic paddy soils, warranting further test and verification demonstration application in safe utilization production technologies of Cd polluted acid paddy fields.

Key words: soil conditioner, paddy soil, cadmium, bioavailability, passivation effect, cadmium (Cd) pollution, soil repair

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图/表 7

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调理剂	来源	主要成分	pH
石灰粉	河北省灵寿县旭诚矿产品加工厂	CaO含量为68.02%	9.71
白云石粉	河北省灵寿县丰聚矿产品加工厂	CaO含量为43.94%	9.77
牡蛎壳粉	福建省珊瑚岛生物科技有限公司	CaO含量为52.97%	9.66
泥炭土	河北省灵寿县顺天矿产品加工厂	有机质含量为38.9%	5.00
硅钙镁钾肥	河北省石家庄春旭生物科技有限公司	有效硅*、CaO、MgO含量分别为≥25%、26.31%和12.46%	9.49

调理剂	来源	主要成分	pH
石灰粉	河北省灵寿县旭诚矿产品加工厂	CaO含量为68.02%	9.71
白云石粉	河北省灵寿县丰聚矿产品加工厂	CaO含量为43.94%	9.77
牡蛎壳粉	福建省珊瑚岛生物科技有限公司	CaO含量为52.97%	9.66
泥炭土	河北省灵寿县顺天矿产品加工厂	有机质含量为38.9%	5.00
硅钙镁钾肥	河北省石家庄春旭生物科技有限公司	有效硅*、CaO、MgO含量分别为≥25%、26.31%和12.46%	9.49

监测时间	CK	SCⅠ	SCⅡ	SCⅢ	SCⅣ	SCⅤ
处理前	5.78±0.10 a
处理后20 d	5.71±0.07 a	7.08±0.10 b	6.67±0.12 b	6.31±0.06 b	5.92±0.11 b	6.01±0.04 b
处理后40 d	5.74±0.10 a	7.44±0.15 c	7.07±0.07 c	6.67±0.08 c	6.05±0.10 bc	6.24±0.06 c
处理后60 d	5.74±0.12 a	7.55±0.09 c	7.23±0.10 c	6.91±0.07 d	6.22±0.08 c	6.34±0.06 c

监测时间	CK	SCⅠ	SCⅡ	SCⅢ	SCⅣ	SCⅤ
处理前	5.78±0.10 a
处理后20 d	5.71±0.07 a	7.08±0.10 b	6.67±0.12 b	6.31±0.06 b	5.92±0.11 b	6.01±0.04 b
处理后40 d	5.74±0.10 a	7.44±0.15 c	7.07±0.07 c	6.67±0.08 c	6.05±0.10 bc	6.24±0.06 c
处理后60 d	5.74±0.12 a	7.55±0.09 c	7.23±0.10 c	6.91±0.07 d	6.22±0.08 c	6.34±0.06 c

处理	赋存形态含量					全量
处理	水溶态	弱酸提取态	可还原态	可氧化态	残渣态	全量
CK	0.0014±0.0000a	0.0712±0.0041a	0.0218±0.0016a	0.0083±0.0006c	0.0556±0.0023d	0.1569±0.0081a
SCⅠ	0.0003±0.0000d	0.0432±0.0044c	0.0248±0.0017a	0.0103±0.0007a	0.0774±0.0023bc	0.1558±0.0041a
SCⅡ	0.0005±0.0001c	0.0567±0.0016b	0.0233±0.0017a	0.0108±0.0008a	0.0626±0.0041d	0.1534±0.0052a
SCⅢ	0.0004±0.0000d	0.0526±0.0019b	0.0218±0.0010a	0.0080±0.0009c	0.0730±0.0026c	0.1554±0.0029a
SCⅣ	0.0011±0.0001b	0.0428±0.0036c	0.0220±0.0023a	0.0087±0.0007bc	0.0834±0.0020a	0.1569±0.0015a
SCⅤ	0.0010±0.0001b	0.0466±0.0010c	0.0231±0.0019a	0.0099±0.0012ab	0.0789±0.0025b	0.1585±0.0050a