钝化剂与肥料配施对重金属镉钝化效果及生物有效性的影响

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将重金属镉(Cd)钝化剂与肥料混配制成重金属钝化修复专用肥,通过肥料连年施入到中轻度Cd污染土壤是值得尝试的新方向。本研究将钝化剂与肥料配施到镉污染土壤后,通过对生物有效性及土壤活性Cd含量研究,明确可选择的钝化剂种类和用量,为重金属修复专用肥料的制备提供理论和技术基础。  通过大量的前期预试验,我们从12种化学修复中表现良好的钝化剂中锁定磷矿粉(P)、生物炭(B)和海泡石(S)作为本研究的钝化材料开展相关研究。实验一钝化剂用量为土壤总重的4%,氮肥添加量为200mg N kg-1。三种钝化材料经酸改性后,表面积和比表面积显著提高,吸附能力增强。与未添加钝化剂的处理相比,三种钝化剂的单一和复合处理均显著降低土壤活性Cd的含量(P<0.05),其中海泡石与磷矿粉复合处理(SP)降低幅度最大,活性Cd含量降低23%。与单施尿素比,钝化剂与尿素配施能有效降低活性Cd含量,其中SP处理钝化效果最好。钝化剂的添加能缓解由于尿素态氮转化带来的土壤酸化的趋势,使土壤pH维持在相对较高的水平,从而降低Cd的生物有效性。  在试验一基础上,降低钝化剂用量并与氮磷钾肥料配施,探讨土壤活性Cd含量及土壤营养元素含量。磷矿粉添加量为100,150和200mg kg-1(此处理不添加磷肥)、生物炭和海泡石的添加量分别为150,300和450mg kg-1。结果表明,三种钝化剂的不同添加量处理中Cd钝化效果随着培养时间的延长显著增强,钝化至12周时,磷矿粉添加量为200mg kg-1、生物炭添加量为450mg kg-1、海泡石添加量为300mg kg-1时,钝化效果较好,与对照处理相比,活性Cd含量分别降低了14.61%、34.06%、26.34%。土壤pH随磷矿粉添加量显著升高。生物炭的添加使土壤有效磷和速效钾含量维持在相对较高的水平,且随着添加量的增加而升高。在无磷肥配施的土壤中,磷矿粉的施用不仅钝化重金属Cd,还能向土壤提供有效磷,发挥供磷作用。  试验三通过小白菜的二茬种植,探讨钝化剂施用条件下小白菜对土壤Cd的吸收利用,实验处理与试验二相同。在不同添加量的各组处理中,土壤中活性Cd含量均随种植茬口数增加而降低,小白菜茎叶第二茬样品中的Cd含量亦低于第一茬样品,小白菜对Cd的富集系数下降。与各对照相比,磷矿粉添加后土壤活性Cd含量在二茬小白菜种植时均显著下降,而海泡石添加后在第二茬小白菜种植时对土壤重金属Cd起到活化作用,生物炭添加无显著影响。对比两茬盆栽结果,添加磷矿粉、生物炭和海泡石使速效氮含量分别增加28%-44%,54%-119%和55%-130%;速效钾和有效磷含量随着种植茬口数的增加有所富集。钝化剂与肥料配施后,可通过化学吸附、沉淀和改变土壤pH等方式降低土壤活性Cd的含量。综上所述,酸改性磷矿粉能起到最优的钝化效果,同时具有一定供磷能力,在未来重金属钝化专用肥的研制中,酸改性磷矿粉可作为重点关注的钝化材料。
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