添加天然沸石对土壤镉形态转化的影响

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随着国民经济的发展及人民生活水平的提高，中国蔬菜基地化、设施化生产已越来越普遍，与此同时也出现了不可忽视的环境问题，蔬菜基地土壤重金属污染问题便是其中之一。镉在土壤中有较强的活性，是土壤中最常见的重金属污染元素之一。镉被认为不是人体所必需的元素，镉污染可引起人和动物的一些疾病，能抑制生长，影响氨基酸脱羧酶、组氨酸酶、淀粉酶、过氧化物酶等酶系统的活力，干扰铜、钴、锌等微量元素的代谢，从而给人体健康带来严重威胁。人体中镉的累积主要来自于食品链，而食品质量与土壤质量关系十分密切，李精超等调查表明，污水灌溉是蔬菜基地重要的重金属污染来源。北京污灌区主要分布于东南郊工业区下游，处在由多条河流冲洪积作用而形成的冲积扇平原上，土壤类型为潮土，土壤肥沃，土层深厚，适合农作物的生长。该区常年降水量不能满足农作物生长需求，为保证正常的农业生产，几十年来一直引用承接北京市生活污水和生产废水的通惠河、凉水河水或高碑店污水处理厂的排水进行灌溉，缓解了该区农业用水的供需矛盾，但是由于部分生活及工业污水中含有一定量的重金属或有机污染物，灌溉不当将造成有毒污染物在土壤和作物中的积累。付华等研究表明，北京南部地区镉具有显著污染特征，在平原地区所取样品镉污染指数均大于2.1，构成重度污染，其中半数以上的样本污染指数超过3.0，该地区为污染极为严重地区。为保证北京市粮食安全，降低环境和农产品污染风险，开展土壤或作物重金属污染的有效控制技术研究十分必要。粘土矿物因具有较大的内、外表面积和较强的吸附能力，能够有效固定土壤中的重金属元素，防止其被吸收进入植物体。沸石是一种重要的粘土矿物，许多学者利用它开展了控制重金属污染的研究工作，在对农田的镉污染土壤的控制研究上多数主要集中在粮食作物及叶菜类种植土壤上。但是一般来说，传统普通沸石结构性质存在孔道易堵塞等缺陷，影响了沸石的离子交换能力和表面吸附能力，使沸石在土壤镉污染修复中表现出一定的局限性。经改性后的纳米沸石，其孔道和孔隙结构有所改善，具有空旷的骨架结构、均匀的空穴结构、较大的内外比表面积和独特的吸附功能，理论上对重金属具有更大的吸附能力和吸附容量，在土壤重金属镉污染修复方面将更具优势。通过试验可知，沸石不同施用量处理显著提高了大田大白菜产量（鲜重），分别较对照增加了21.3%~35.2%和16.1%~31.8%，对照与3个沸石添加量处理土壤全镉间差异皆不显著(P0.05)，仅有一定的影响趋势。4和10g·kg-1处理使土壤全镉质量分数增加且后者增加量较多，二者分别使土壤全镉增加2.6%和25.4%，18g·kg-1添加量处理则有降低土壤全镉质量分数的趋势，降幅约13.5%。对照与3个添加量处理土壤有效镉质量分数间差异也均不显著(P0.05)，但沸石添加却呈现出增加土壤有效镉质量分数的趋势，18g·kg-1处理土壤有效镉增幅最小，10g·kg-1处理土壤有效镉增幅最大，较对照增加了39.3%。