南方农业学报JournalofSouthernAgriculture2020，51（4）：822-828·822·南方农业学报ISSN2095-1191；CODENNNXAABhttp://www.nfnyxb.com51卷DOI：10.3969/j.issn.2095-1191.2020.04.012不同调理剂对黄壤重金属形态的影响
吴正卓1，刘桂华2，柴冠群2，范成五2，吴科堰1，秦
（1贵州大学农学院，贵阳
550025；2贵州省农业科学院土壤肥料研究所，贵阳
松2*
550006）
摘要：【目的】探究施用不同调理剂对贵州喀斯特地区黄壤pH和重金属（Cd、Pb、Cu和Zn）有效态含量的影响，为黄壤中重金属的固化及调理剂的田间应用提供参考依据。【方法】选取硅钙肥和硅粉2种硅酸盐肥料为供试调理剂，均设添加量分别为1%、5%、10%、30%和50%，以未添加调理剂为空白对照（CK），通过室内培养40d后采集土壤样品，分析不同调理剂对土壤中pH、重金属（Cd、Pb、Cu和Zn）有效态含量及稳定效率的影响。【结果】随着硅钙肥添加量的增加，土壤pH总体上呈升高趋势，较CK上升0.22~0.88；添加硅粉使土壤pH降低0.13~1.62。硅钙肥添加量为1%~10%时，对土壤Cd、Pb和Zn稳定效率较好，最高稳定效率分别为12.42%、26.31%和5.55%；随着添加量的增加，硅钙肥对土壤Cu的稳定效率呈先下降再上升的变化趋势，添加量为50%时，土壤Cu有效态含量达最低值，稳定效率最高，达23.34%。硅粉添加量为1%时，对Pb、Cd和Zn稳定效率最高，分别达25.10%、4.82%和17.87%；随着硅粉添加量的增加，各重金属稳定效率呈下降趋势，添加量超过5%后，硅粉会提高土壤中Cd和Zn有效态含量，稳定效率降低；添加硅粉可使土壤Cu有效态含量升高，添加量为50%时，稳定效率达-74.60%。硅粉处理后，土壤pH与Cd、Cu、Zn有效态含量间均呈极显著负相关（P<0.01，下同），相关系数分别为-0.947、-0.932和-0.968；硅钙肥处理后，土壤pH与Cd、Cu、Zn有效态含量间呈正相关，与Pb有效态含量呈负相关，其中与Cu、Zn有效态含量的相关性达极显著水平。【结论】硅钙肥能提高土壤pH，而硅粉会降低土壤pH。2种调理剂添加量为1%~10%时，对土壤中Cd、Pb和Zn有良好的稳定效果，可在实际生产中推广应用。
关键词：调理剂；硅钙肥；硅粉；黄壤；重金属形态；稳定效率中图分类号：S156.2；X53
文献标志码：A
文章编号：2095-1191（2020）04-0820-07
Effectsofdifferentconditionersonheavymetalspeciationinof
yellowsoil
WUZheng-zhuo1，LIUGui-hua2，CHAIGuan-qun2，FANCheng-wu2，
WUKe-yan1，QINSong2*
2
（1CollegeofAgriculture，GuizhouUniversity，Guiyang550025，China；InstituteofSoilandFertilizer，Guizhou
AcademyofAgriculturalSciences，Guiyang550006，China）
Abstract：【Objective】TheeffectsofdifferentconditioningagentsonthepHandthecontentofheavymetals（Cd，
Pb，CuandZn）effectivestatesinyellowsoilofGuizhoukarstregionwereinvestigated，toprovidereferenceforheavymetalimmobilizationandfieldapplicationofconditioningagentsinyellowsoil.【Method】Twokindsofsilicatefertilizers，siliconecalciumfertilizerandsiliconepowder，wereselectedastestconditioners，theadditionofmassfractionwere1%，5%，10%，30%and50%，notaddingconditionerasablankcontrol（CK）.Soilsampleswerecollectedafter40dofindoorculture，andtheeffectsofdifferentconditionersontheeffectivestatecontentandstabilityefficiencyofpH，heavymetals（Cd，Pb，CuandZn）insoilwereanalyzed.【Result】Withtheincreaseofcalciumsiliconefertilizeraddition，soilpHover-allshowedanupwardtrend，thesoilpHincreased0.22-0.88unitscomparedtoCK.AddingsiliconepowdercouldlowerthesoilpHby0.13-1.62units.Whentheamountofsiliconecalciumfertilizeraddedwas1%-10%，thestabilityefficiencyofthesoilCd，PbandZnwasbetter，andthemaximumstabilityefficienciesofCd，PbandZnwere12.42%，26.31%and5.55%，respectively.Withtheincreaseoftheamountofaddition，thestabilityefficiencyofsoilCupresentedadecrease-increasetrend.Whentheamountofadditionwas50%，theeffectivestateofsoilCureachedthelowestvalue，andthesta-bilityefficiencyreachedthehighest（23.34%）.Whentheamountofsiliconepowderaddedat1%，thestabilityefficienciesofPb，CdandZnwerethehighest，reaching25.10%，4.82%and17.87%respectively.Withtheincreaseofsiliconepow-deraddingamount，thestabilityefficiencyofheavymetalsshowedadecreasingtrend，afteraddingmorethan5%，siliconepowderimprovedtheeffectivestatecontentsofCdandZninsoil，andthestabilityefficiencywasreduced.TheadditionofsiliconepowdercouldincreasetheeffectivestatecontentofsoilCu，andthestabilityefficiencywas-74.60%whentheamountofadditionwas50%.Inaddition，therewasextremelynegativecorrelationbetweensoilpHvalueandCd，CuandZneffectivestatecontentsaftersilicapowdertreatment（P<0.01，thesamebelow），andthecorrelationcoefficientswere收稿日期：2019-08-29基金项目：贵州省科技计划项目（黔科合支撑〔2016〕2595-1号，黔科合支撑〔2017〕2577，黔科合支撑〔2018〕2338）作者简介：*为通讯作者，秦松（1967-），博士，研究员，主要从事土壤肥料研究工作，E-mail：qs3761735@163.com。吴正卓（1995-），
研究方向为重金属污染土壤生态修复与管控，E-mail：1084226531@qq.com
4期吴正卓等：不同调理剂对黄壤重金属形态的影响
·823·-0.947，-0.932，-0.968.TherewasapositivecorrelationbetweensoilpHandCdandZneffectivestatecontents，andnega-tivecorrelationwithPbeffectivestatecontent，andthecorrelationwithCuandZneffectivestatecontentsreachedextremelysignificantlevel.【Conclusion】CalciumsiliconefertilizercanimprovethepHofsoil，andsiliconepowderreducessoilpH.1%-10%dosageofthetwoconditionerscanstabilizetheactivityofheavymetals（Cd，PbandZn）insoil，andcanbeappliedinactualproduction.
Keywords：conditioners；siliconecalciumfertilizer；siliconepowder；yellowsoil；heavymetalspeciation；stabili-zationefficiency
Foundationitem：GuizhouScienceandTechnologyProject（Qiankehezhicheng〔2016〕2595-1，Qiankehezhicheng〔2017〕2577，Qiankehezhicheng〔2018〕2338）
0引言
【研究意义】重金属是一类具有潜在危害的主要污染物，部分金属元素对于动植物而言均属于非必需元素，且具有较强的毒性，移动性强、中毒临界浓度低、具积累效应。此外，重金属元素在环境中具有一定的隐蔽性，但通过食物链积累和放大后会产生更明显的毒害效应（赵中秋和席梅竹，2007）。据《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国耕地土壤点位超标率达19.4%，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8%，Cd、Pb、Cu和Zn的点位超标率分别为7.0%、1.5%、2.1%和0.9%（环境保护部和国土资源部，2014）。近年来，也有学者对贵州省的土壤环境质量进行了调查，结果显示，贵州喀斯特高背景值地区的土壤重金属污染状况不容乐观，以Cd为主，多种重金属并存呈复合污染，存在土壤重金属环境风险，修复治理刻不容缓（宋春然等，2005）。因此，探讨适用于贵州黄壤的调理剂来固化或提取土壤中重金属，对降低土壤环境风险和提高农产品质量安全均有重要意义。【前人研究进展】重金属修复技术种类较多，其中原位钝化技术修复重金属污染土壤是通过添加钝化剂来改变土壤理化性质，使土壤中的重金属阳离子发生沉淀、络合、吸附和离子交换等反应，从而降低重金属的生物有效性，减少重金属向农作物可食部分迁移（Kumpieneetal.，2008），达到修复土壤的目的。原位钝化技术具有经济成本低、可操作性强、修复效果显著等优点，广受研究者青睐（黄益宗等，2013）。石灰（吴烈善等，2015）、磷矿粉（汤帆等，2015；于春晓等，2017）、硅肥（彭华等，2017）、生物炭（孟莉蓉等，2018；吴文卫和周丹丹，2019）和海泡石（王建乐等，2019）等是常见的调理剂。Bhattacharyya和Gupta（2008）研究认为硅酸盐
表1供试土壤基本理化性质
Table1Basicphysicochemicalpropertiesofthetestedsoil
对Cd具有一定的吸附能力。同时，硅作为一种植物营养元素，植物吸收后不仅能增加生物质，还可促进植株分泌抗氧化酶来缓解重金属的毒害作用，对降低土壤重金属生物可利用性具有重要意义（Shietal.，2010）。敖子强等（2009）研究发现，黔西北地区使用石灰对土壤重金属吸附效果最好，活性炭次之；郭文娟等（2013）研究得出生物炭对Cd也具有很好的吸附效果；罗洋等（2018）针对贵州黄壤施用生物炭的研究也得出相似结果；韦小了等（2019）针对贵州砂页岩风化物发育而成的黄壤经水耕熟化形成的潴育型水稻土进行研究，结果发现以氧化钙为主的钝化剂能降低土壤中可交换态Cd含量，提高土壤有机质。【本研究切入点】近年来，国内外学者利用硅酸盐钝化剂对土壤重金属进行固化的研究较多（徐应明等，2009；Ningetal.，2014），但针对硅肥对贵州喀斯特岩溶地区黄壤中重金属影响的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】通过添加不同调理剂及添加量双因子试验，研究贵州喀斯特岩溶地区黄壤中重金属有效态含量变化情况，以及调理剂对重金属的稳定效果，以期为黄壤中重金属的固化或提取提供科学参考。
1材料与方法
1.1
试验材料
供试土壤采自贵州省开阳县某镇田块耕层（0~20cm），是贵州省典型黄壤，其基本理化性质见表1，根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》（GB15618—2018），该土壤Cd含量超出风险筛选值2.16倍。供试调理剂硅钙肥和硅粉均购自贵州省贵阳市开阳磷矿集团公司，其主要成分详见表2，其他试剂均为优级纯或分析纯。
CdPbCuZn有机质（g/kg）阳离子交换量碱解氮（mg/kg）速效钾（mg/kg）有效磷（mg/kg）
（mg/kg）（mg/kg）（mg/kg）（mg/kg）Organic［cmol（+）/L］Alkali-hydrolyzableAvailableAvailable
matteCECnitrogenpotassiumphosphorus
含量Content5.60.6728.3546.15123.7838.4019.00165.20173.0069.00指标Index
表中Cd、Pb、Cu和Zn的值均为全量。表2同ThevaluesofCd，Pb，CuandZninthetablewerefulldose.ThesamewasappliedinTable2
pH
·824·南方农业学报51卷表22种调理剂的基本性质
Table2Basicpropertiesoftwoconditioners
调理剂pHCdPbCuZnConditioner（mg/kg）（mg/kg）（mg/kg）（mg/kg）硅粉5.55<0.077.1025.8516.65Siliconepowder硅钙肥10.010.230.291.614.20Siliconecalciumfertilizer
1.2
试验设计
试验采用土壤室内培养方法，用百分之一天平称取风干过2mm筛的土壤1kg，装到规格为外径7.8cm、内径6.0cm、高15cm的塑料盆中，并分别称取一定量的2种调理剂；将土壤和调理剂充分混匀后加去离子水，用称重法调整土壤含水量为田间持水量的60%~70%，培养40d后，采集土壤测定其pH及Cd、Pb、Cu和Zn的有效态含量。硅钙肥和硅粉2种调理剂均设5个添加水平，分别为1%、5%、10%、30%和50%，以未添加调理剂为空白对照（CK），共计11个处理，每处理重复3次。1.3测定项目及方法
1.3.1样品前处理培养结束后将盆内土壤倒入洗净的木板上，按四分法取200g样品，分别过10目和100目筛，测定土壤pH及Cd、Pb、Cu和Zn的有效态含量。
1.3.2土壤pH及重金属有效态含量测定pH测定采用1∶2.5水土比电位法（鲍士旦，2000），土壤有效Cd、Pb、Cu和Zn采用二乙三胺五乙酸（DTPA）浸提法提取，DTPA提取剂包括0.005mol/LDTPA-0.01mol/LCaCl2-0.1mol/LTEA，pH7.3，以1∶2土液比浸提（李永涛等，2004），Cd、Pb、Cu和Zn有效态含量用电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，Nex-ION300X，美国PerkinElmer公司）测定。
1.3.3稳定效率计算稳定效率采用以下公式计算：
K（%）=（1-C0/CS）×100式中，K为稳定效率（%），CS为稳定前土壤DTPA浸出液中重金属离子浓度，C0为稳定后土壤DTPA浸出液中重金属离子浓度。1.4统计分析
采用Origin8.6和SPSS19.0分析试验数据及制图，各处理间采用LSD法进行单因素方差分析。
2结果与分析
2.1
2种调理剂对土壤pH的影响
土壤pH与重金属在土壤中的吸附、解吸、迁移转化及其生物有效性密切相连，是影响土壤中金属污染修复效果的重要因素之一（吴玉俊等，2016）。
由图1可知，2种调理剂对土壤pH的影响呈相反状
态，其中添加硅粉后土壤pH降低0.13~1.62，除了添加量为1%处理的土壤pH与CK间差异不显著外（P>0.05，下同），其他硅粉添加量处理的土壤pH均显著低于CK（P<0.05，下同）；添加硅钙肥总体上能提升土壤pH0.22~0.88，在添加量为1%~10%时，土壤pH轻微波动，与CK间差异不显著，当添加量大于10%时，土壤pH显著上升，添加量为50%时土壤pH达最大值。可见，与CK相比，添加硅钙肥能提升土壤pH，而添加硅粉会降低土壤pH。
硅粉Siliconepowder
6.50硅钙肥Siliconecalciumfertizer
a
a
H6.00plbbb
b
ioS5.50a
Hpa
壤5.00b
土b
4.50
c
4.00
d0（CK）
1
5
10
30
50
调理剂添加量（%）Amountofconditioneradded
图1不同调理剂处理对土壤pH的影响
Fig.1EffectsofdifferentconditionerstreatmentsonsoilpH
折线上不同小写字母表示同一调理剂的不同添加量处理间差异显著P<0.05）
Differentlowercaselettersonbrokenlinesindicatedsignificantdiffe-rencebetweentreatmentswithdifferentamountsofthesameconditio-ner（P<0.05）
2.2
硅钙肥处理对土壤重金属稳定效率的影响
由图2可知，培养40d后CK土壤中重金属Cd、Pb、Cu和Zn的稳定效率分别为1.45%、0.75%、-1.19%和3.39%。不同硅钙肥添加量对重金属的稳定效率表现出不同效果。5个添加量（1%、5%、10%、30%和50%）的硅钙肥处理对土壤中Cd均有一定的稳定效果，稳定效率分别为10.17%、8.29%、12.42%、4.44%和8.82%。可能是因为添加硅钙肥提升土壤pH，有助于重金属的稳定（吴玉俊等，2016）。此外，硅钙肥会提供一些钙离子与金属离子发生同晶替代作用，形成更稳定的沉淀，降低Cd活性（陈苗苗等，2009）。硅钙肥对Pb的稳定情况与添加量相关，添加量为1%时，Pb的稳定效率最高，达26.31%，但添加量为50%时，稳定效率表现为负值（-37.47%）。硅钙肥对Cu的稳定效率与Pb不同，添加量较低（1%和5%）时，硅钙肥对Cu的稳定效率分别为-4.08%和-9.70%，当添加量大于10%时，稳定效率则由负值转为正值，分别为
（
不同调理剂对黄壤重金属形态的影响
