海泡石对菜地镉污染的钝化效应及对土壤微生物活性的影响

毕业论文海泡石对菜地土壤镉的钝化效应及对土壤微生物活性的影响郝慧丽环境与安全工程系132065123学生姓名： 学号： 生物工程系 部： 专 业： 李剑睿 讲师指导教师： 二一七年六月 诚信声明本人郑重声明：本论文及其研究工作是本人在指导教师的指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。 本人签名： 年 月 日 毕业论文任务书论文题目： 海泡石对菜地土壤镉的钝化效应及对土壤微生物活性的影响 系部： 环境与安全工程系 专业： 生物工程 学号： 1320651 学生： 郝慧丽 指导教师（含职称）： 李剑睿（讲师） 1课题意义及目标学生通过毕业论文，运用所学专业理论知识，深入了解土壤添加海泡石降低油菜吸收镉的机理。以不同基因型油菜为研究对象，通过盆栽试验，研究土壤海泡石不同添加量对油菜吸收镉以及地上部生物量的影响，为海泡石在农业生产方面的应用提供理论支持，同时为学生在毕业后从事相关工作打好基础。2主要内容（1）研究土壤添加海泡石对油菜吸收土壤镉的影响。（2）研究土壤添加海泡石对油菜地上部生物量的影响。（3）研究海泡石的添加对土壤微生物活性的影响。（4）实验数据分析处理，完成5000字英文翻译和毕业论文的撰写。3主要参考资料1 林大松, 刘尧, 徐应明等. 海泡石对污染土壤镉锌有效态的影响及其机制J. 北京大学学报, 2010, 46(3): 346-350.2 杜传宝, 赵海燕, 胡锋等. 纳米羟基磷灰石对重金属污染土壤的修复及其对微生物群落结构的影响J. 江苏农业学报, 2010, 26(4): 745-749. 3 孙约兵, 徐应明, 史新等. 污灌区镉污染土壤钝化修复及其生态效应研究J. 中国环境科学, 2012, 32(8): 1467-1473. 4 徐应明. 污染土壤修复诊断与标准体系建立的探讨J. 农业环境科学学报, 2007, 26(2): 413-418.4进度安排论文各阶段名称起止日期1阅读文献资料，开题答辩2016年12月22日2017年2月22日2油菜幼苗培育2017年2月23日2017年3月22日3仪器、药品准备2017年2月25日2017年3月27日4溶液配制2017年3月28日2017年4月9日5测定油菜镉含量及土壤微生物活性2017年4月10日2017年5月1日6实验数据分析，完成5000字英文翻译和毕业论文及答辩工作2017年5月2日2017年6月20日审核人： 年 月太原工业学院毕业论文海泡石对菜地土壤镉的钝化效应及对微生物活性的影响摘要：通过室内盆栽实验研究了不同海泡石添加量对镉污染土壤中油菜生物量、油菜体内镉含量、土壤中有效镉含量及土壤微生物活性的影响。结果表明，添加海泡石后油菜地上部生物量上升；当土壤镉浓度为1.25 mgkg-1时海泡石的添加量为5%时才能达到我国蔬菜可食用标准，当镉浓度为2.5mgkg-1、5 mgkg-1时，添加量应大于10%才能达到标准；随着海泡石添加量的增大，土壤中有效镉降低，当添加海泡石的质量为土壤质量的1%、2%、5%、10%时，土壤中有效镉分别减少13.7%-19.4%、29.7%-37.6%、32.6%-44.4%、38.7%-47.8%；海泡石可以抑制镉对微生物生长的影响，随着海泡石添加量的增大，土壤中微生物数量不断增加，海泡石添加量为1%、2%、5%、10%时，放线菌的数量增加了4%-5%、13%-33%、20%-51.7%、47%-53.3%；本实验还测定了添加海泡石后土壤pH与酶活性的变化，均呈现正相关性。关键词：海泡石，镉，钝化修复，微生物，土壤摘要The passivation effect on the soil cadmium in the vegetable soil and its effect on microbial activityAbstract: through the indoor potted experiment to study the different sepiolite added quantity of cadmium pollution in soil in rape biomass, rape, soil cadmium levels effectively the influence of cadmium content and soil microbial activity.The results of the study showed that the higher biomass of the top of the rapeseed after the addition of the sea foam increased;When soil cadmium concentration of 1.25 mg kg - 1 when the adding amount was 5% of sepiolite to reach the national standards of edible vegetables, when cadmium concentration of 2.5 mg kg 1, 5 mg kg 1, adding quantity should be greater than 10% to reach the standard;With the increase of sepiolite added quantity, effective cadmium in soil is reduced, sepiolite addition amount of 1%, 2%, 5%, 2%, effective cadmium in soil were reduced by 13.7% - 19.4%, 13.7% to 13.7%, from 32.6% to 44.4%, 38.7% to 47.8%;Sepiolite can restrain the influence of cadmium on microbial growth, with the increase of sepiolite added quantity, soil microbial quantity increasing, sepiolite added 1%, 2%, 5%, 2%, the number of actinomycetes increased by 4% - 4%, 13% and 33%, 20% to 51.7%, 47% to 53.3%;This experiment also measured the changes in soil pH and enzyme activity after adding sea foam, which showed positive correlation.Key words: sea foam, cadmium, passivation repair, microorganism, soil英文摘要目 录摘要I英文摘要II1 前言11.1 国内土壤重金属污染现状11.2 重金属的生物效应31.3 重金属在土壤中的存在形态31.4 土壤重金属污染修复技术31.5 国内外研究现状51.5.1国内研究现状51.5.2 国外研究进展62 实验部分72.1 实验材料72.2 主要实验仪器82.3室内盆栽实验82.4样品分析82.4.1 油菜地上部生物量及镉含量的测定82.4.2土壤中隔的有效态的测定82.4.3土壤pH的测定82.3.5土壤中微生物活性的测定92.3.6土壤中脲酶的测定103 海泡石对菜地土壤镉的钝化效应及对微生物活性的影响103.1 不同海泡石添加量对油菜地上部生物量的影响103.2 不同海泡石添加量对油菜吸收土壤镉的影响113.3 不同海泡石添加量对土壤中镉的有效性的影响123.4 不同海泡石添加量对土壤pH的影响133.5 不同海泡石添加量对土壤中微生物活性的影响143.5 不同海泡石添加量对土壤酶活性的影响154 结论18参考文献19致谢21IV1 前言1.1 国内土壤重金属污染现状改革开放以来，我国向工业化、农业化大国不断迈进，但是在发展的同时也面临很多问题，其中重金属污染问题日益严重，给生态、人类健康都造成了严重伤害，进行重金属污染修复的任务刻不容缓。土壤中正常情况下存在少量的重金属元素，这对于维持土壤正常理化性质、土壤中微生物以及土壤植物是正常所需的，是一种正常的状态，但当人类介入，将对于人类而言多余的重金属通过各种渠道排入土壤，重金属不断累积，这就打破了土壤生态的原本的状态，这就造成了土壤重金属污染1。2014年，环境保护部和国土资源部联合发布全国土壤污染状况调查公报2。调查结果显示，就整体而言，全国的土壤环境状况都不好，土壤污染严重的地方不占少数，相比之下，南方污染较北方严重，一些工厂分布密集的地区污染问题大。就耕地状况而言，由于农药的滥用、污水灌溉、大气沉降等造成耕地土壤污染严重，污染严重程度已令人堪忧。就工矿业废弃地土壤污染状况而言，可想而知，大量的工业残渣、工业废水、矿厂残余造成重金属直接流向土壤，污染问题最为突出。我国虽然耕地面积较大，但同样，耕地土壤土壤点位超标率与林地、草地相比也是最高的，高达19.4%3。产生污染的物质以有无机物、有机物、复合型三种，无机物为主要污染物质，占82.8%，接下来是无机物，复合型的污染占比最少。造成土壤污染的重金属有汞(Hg)、镉(Cd)、铅(Pb)、铬(Cr)和类金属砷(As)等，这些重金属的生物毒性较大，该项调查显示，土壤中镉的超标率与其他重金属的超标相比是最大的，占比7%，而其他重金属的超标率大多在0.9%-2.7%范围内4。土壤不仅是大多数生命的孕育、生存的场所，更是人类生产、生活中不可或缺的物质基础，土壤可将营养物质传递给生产者，生产者再经食物链将人类所需物质传递给人类，与此同时，土壤中的重金属元素也可经同样的途径传递给人类，经不断累积，对人体造成伤害，因此，防治土壤重金属污染、治理土壤重金属污染刻不容缓。在常见的多种重金属中，镉和硒对人类健康的威胁最大。目前为止常见造成人体健康受损的重金属为镉、铅、硒6。我国南方镉污染比较严重，而南方主要种植水稻，这使得水稻常常受到镉的“毒害”。长期以来源于镉污染土壤的水稻为食的人们会出现痛痛病、肾衰竭。镉进入人体的渠道是呼吸道，呼吸道会深受其害，长期以往会造成使嗅觉功能障碍。镉在人体内最终抵达的是肝脏或肾脏，这两大器官都会损伤严重。我国2009年、2013年都曝出了重大的镉米事件。铅污染造成的铅中毒事件也频发。铅进入人体后绝大多数是在人体内积累。铅对于成人而言主要是对神经系统和消化系统造成损伤，对于小孩而言，会对智力造成永久损伤。2004年、2010年、2014年都发生了严重的血铅事件。1.2 重金属的生物效应土壤中重金属低的迁移能力使得金属元素会在土壤中积累，凡事都是有限度的，即使所累积的金属元素为生物所必须的，只要超出了限度，超过了生物所能承受的最大量这种金属对于生物而言就是有毒物质。对于微生物，过量的重金属会使单位面积内微生物数量减少，也会使微生物分解者的身份受到威胁。对于植物，要判断重金属对植物的毒害程度需要考虑哪种重金属，什么品种的作物以及在什么样的环境下种植。重金属对植物的影响主要是三个方面：对种子萌发产生影响、对植物生理生化产生影响和对作物产量产生影响7-9。重金属对植物的影响程度主要取决于土壤中该金属元素某种形态的含量，这种形态是植物易于将其吸收入体内的形态，可以称为有效态。重金属进入植物体内后，会与植物体内的有机成分相络合，形成的配合物稳定性不同，稳定性大的在根部不断浓缩，难于向地上部输送，稳定性小的易向上部输送。1.3 重金属在土壤中的存在形态 重金属在土壤中发生的各种物理反应使得重金属的形态不同、活性不同。重金属在土壤中的存在形态一般为五种，有可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态9-15。其中可交换态活性较高，残渣态是指与土壤矿物质结合较紧密，难释放出来，活性低。一般将几种存在形式的活性从高到低排序为：可交换态最高、碳酸盐结合态次之、铁锰氧化物结合态和有机结合态最低、残留态没有活性。 重金属在土壤中的形态决定着它的影响力，土壤重金属污染的防治与修复就需要研究重金属在土壤中的形态及转变基质。1.4 土壤重金属污染修复技术究其根本，重金属污染土壤修复的技术原理分为两种：一种是利用各种手段将土壤中易被植物、微生物吸收的状态转变为不影响土壤环境的状态；另一种是降低直接清零污染物的总质量，从而消除对土壤危害。 就目前已知的修复方法而言，工程修复技术包括客土、换土、去表土、深耕翻土等方法15-21。物理修复技术包括电动修复、热解吸法和玻璃化等22。物理修复耗能大，成本高，具有局限性。化学修复技术包括土壤淋洗和钝化修复23。生物修复技术主要包括植物修复和微生物修复。1.5 国内外研究现状1.5.1 国内研究现状 有研究者通过对受重金属污染严重的污灌区土壤的多项指标进行检测得出，随镉含量的增加土壤中微生物的生物量下降，微生物的代谢能力与此相反；土壤中的镉对脱氢酶产生抑制，使脱氢酶的活性随镉浓度下降；镉浓度的变化对细菌、真菌、放线菌的影响不大5。研究表明6，随着海泡石的添加，土壤中不同形态的镉含量都有所变化，活性较高的有效态和可交换态都呈下降趋势，残渣态的镉所占比例上升；随着海泡石添加量的增大菠菜质量、过氧化氢酶活性、脲酶活性、微生物数量以及菠菜体内的镉含量都增加。有实验研究了10种植物对土壤中镉的修复效果，结果表明27，并不是10种植物的修复能力都很强，相比10种花卉植物，月季的吸收镉的能力最强，较适宜用于重金属修复，菊花金桔吸收镉的能力最低，不适宜作为进行重金属修复的植物；脲酶与过氧化氢酶相比更适宜用来指示土壤中镉的含量；不同的黏土矿物的pH不同，对土壤酸碱度造成的影响也会不同，由于海泡石碱性较强，与土壤的酸碱度相差较大，所以土壤pH受其影响较大。不同黏土矿物对土壤环境的影响不同。有研究通过对比海泡石、膨润土和高岭土这几种黏土矿物对油菜生长状况的影响，结果表明28，海泡石是多种黏土矿物中使油菜生物量增加最多的物质；海泡石对油菜地上部镉含量的影响最大，膨润土次之，高岭土最小。EDTA可以作为一种化学修复剂，EDTA可以使土壤中的铜，铅，锌的酸性可提取态含量升高，它可以改变土壤重金属迁移性低的特点，继续重金属在土壤中迁移；对比EDTA与生石灰对土壤中过氧化氢酶与脲酶的影响，虽然两者都可以增强过氧化氢酶的活性，但EDTA对过氧化氢酶活性的增强作用更优于生石灰，而对于脲酶，两者的作用效果相差甚远，在一定的EDTA添加量下，EDTA几乎不影响脲酶活性，而石灰石却对脲酶表现出明显的抑制作用；该实验还探明了土壤酶活性升高效果最好的EDTA浓度是2.23g每千克和2.79克每千克29。有实验通过研究四种化学物质作为淋洗剂的重金属淋洗效果得出，GLDA效果最好，氯化铁的效果与前者相差不大，CK的淋洗效果最差；淋洗剂对于镉和锌的向土壤深层迁移的促进更明显；氢氧化钙和氢氧化钾都可以提高土壤的pH，但经过两个月的时间，氢氧化钙处理的土壤还保持原来碱性状态，氢氧化钾处理的土壤发生回复，碱性降低；不同品种的作物对重金属的吸收能力不同，体内累积的重金属量就不同，可以通过选种对重金属低吸收的品种来减轻重金属的危害30。现在环保已成热门话题，对于重金属污染的祝福，使用化学物质会造成二次污染，使用物理方法则会由于成本受限。有研究者研究了一种泥炭土中的物质，该物质就是胡敏素。胡敏素对铅有较大的吸收能力；影响胡敏素发挥其对重金属吸附功能的因素有土壤酸碱度、电解质的含量、有机的酸类等，土壤碱性越强越利于胡敏素发挥吸附金属的功能，相反，电解质和有机酸起到的是相反的影响。 胡敏素也同粘土矿物一样可以改变重金属在土壤中的存在形式；将胡敏素进行化学修饰后能够表现出高于天然状态下的土壤镉污染的修复效果9。1.5.2 国外研究进展Marschner等人通过在室内进行试验，分别研究了4种物质以及4种物质的不同组合对土壤中污染物质铜的有效性的影响，与对照相比，每个处理的可交换态都有所下降，下降范围为7%-18%4。Nissen进行试验向污泥中添加0.5%和1%的沸石，九十天后检测结果显示污泥中的有效态锌明显下降9。Sparrow等研究表明15，向种菜地土壤中添加石灰，分别种植马铃薯和胡萝卜，数月之内，马铃薯的镉含量几乎没变，两年、三年和五年后马铃薯中的镉含量下降近30%、胡萝卜下降近50%。2 实验部分2.1 实验材料供试土壤为菜地土壤，从山西省太原市尖草坪区北顾碾村采取，采土的深度为距地表30厘米。菜地周围并没有大型工厂、煤矿、污水河流或垃圾池等，故为未被重金属污染的净土。采取的菜地土壤晾干之后进行碾碎，再进行过筛处理，除去碎石与其他杂质。供试植物为油菜，品名为喜诺油品2号，从山西省农科院蔬菜种子公司购买。购买的油菜种子已经过消毒处理。供试钝化剂为海泡石2.2 主要实验仪器电子天平、分析天平、电炉、摇床、紫外分光光度计、pH计、恒温培养箱、原子吸收分光光度计、烘箱2.3室内盆栽实验首先制备人工镉污染土壤。参照国家土壤环境质量标准 (GB 156181995)中Cd含量三级标准,以CdCO3的形式与采取的菜地净土进行混合，配置成浓度为1.25 mgkg-1、2. 5 mgkg-1和5 mgkg-1的镉污染土壤,即为低、中和重度镉污染土壤，陈化15天。在制备人工重金 属污染同时进行育种，将油菜种子播种于蛭石中进行育苗，不定期浇水保证种子的萌发与生长。然后对土壤进行 钝化处理。将不同镉浓度的土壤进行分装，每个花盆中0.5kg土壤，分别添加0%、1%、2%、5%和10%海泡石,平衡七天。待油菜长成幼苗后种子长成幼苗后移栽到添加海泡石的镉污染土中，每盆2-3株。实验共有15个处理，各处理重复三次。不定期浇水，保持土壤的含水量，确保幼苗正常生长。约40天成熟将其收获。2.4样品分析2.4.1 油菜地上部生物量及镉含量的测定收获成熟的油菜，用去离子水洗去油菜根部的泥土，擦去残留的水分后将样品的根部剪下，称除根部的重量并记录数据，即为油菜地上部生物量。然后将样品置于100下杀青0.5小时，然后在烘箱中烘干到质量不发生变化。粉碎样品，用硝酸-高氯酸法消解(泰山景区土壤)，用原子吸收分光光度计测定。2.4.2土壤中隔的有效态的测定在各盆中随机采集5g土样，待土壤中水分蒸发后，采用0.0025mol/L H2SO4进行提取，后用原子吸收分光光度计进行测定。2.4.3土壤pH的测定从每个盆中任意取10g土样，加入25ml去离子水，然后用pH计进行测定。pH计在使用时，将复合电极套取下，用蒸馏水清洗干净后，用滤纸吸去多余水分。然后分别用酸碱标准溶液进行标定。标定后将电极头浸入土壤样液中即可进行测定。2.3.5土壤中微生物活性的测定利用微生物的数量来表示微生物的活性，通过配置适宜细菌与放线菌生长的培养基来培养这两种微生物，然后进行平板计数。高氏号培养基的配置：准备一个1000毫升的烧杯，将称好的可溶性淀粉加入其中，淀粉量为20g。加入冷水使淀粉微量溶解，再用100度热水使其彻底溶解，此时水量不能超过烧杯的最大刻度线，持续加热，直至糊状消失。然后按照配方依次称取NaCl、KCl、磷酸氢二钾、七水合硫酸镁、硫酸亚铁并加入熔化的淀粉中，然后称取20g琼脂，添加去离子水至1L，继续加热，使得琼脂完全熔化。琼脂完全熔化后调节pH至7.4-7.6 范围内。随后将配置好的培养基和玻璃仪器放进高压蒸汽灭菌锅灭菌。将灭菌之后物品放置于无菌操作台，然后进行倒平板。牛肉膏蛋白胨培养基的配置：称取牛肉膏3.0g、蛋白胨10.0g、NaCl 5.0g按照顺序依次放入1000mL的烧杯中。向烧杯中加入一定量的水，不能超过1000mL，用玻璃棒搅拌使各物质混合均匀，然后在电炉上加热使各物质溶解。溶解完全后，将水量补齐。然后用精密pH试纸调节pH，调节pH至7.4-7.6。将需灭菌的器皿包扎完成后进行高压蒸汽灭菌。预实验：分别取镉浓度为1.25 mgkg-1，海泡石为1%的土壤和镉浓度为1.25 mgkg-1，海泡石为2%的土壤10g置于100 ml的三角瓶中，添加无菌水至最大刻度线，置于摇床中混匀20分钟，使细胞充分溶于水中。然后进行制备土壤稀释液。准备12支试管，分别加入9ml无菌水，并分别贴好标签，用经灭菌的移液管从镉浓度为1.25 mgkg-1，海泡石为1%的土壤悬液中移取1ml，加入标有10-1的试管中，制成10-1稀释液，充分振荡使其混合均匀，在从此试管中移取1 ml，加入下一个试管中制成10-2，依次类推得到稀释度为10-1、10-2、10-3、10-4、10-5、10-6土壤菌悬液，用1ml的移液管向含高氏号培养基和牛肉膏蛋白胨培养基的平板中准确移入0.2ml的稀释液，然后进行涂布，同一稀释度同种培养基制作3个平板。放线菌的生长温度在28左右，细菌的生长温度基本为室温37，据此将恒温培养箱调至上述温度，平板倒置于内，两至三天再取出。取出平板后，观察得出稀释度为10-5的菌悬液经培养之后菌落分散，较适合计算每毫升的含菌量。 以稀释度为10-5进行培养：分别从每个处理的三个重复中取出10g土壤，制成稀释度为10-5的菌悬液，然后进行涂布，培养同上。48小时之后取出培养平板，根据统计的菌落数，计算出同一处理3个平板上的菌落平均数。2.3.6土壤中脲酶的测定为每个土壤镉浓度准备15个50毫升的锥形瓶，从每个盆栽中取5克表层土壤，自然风干后加入准备好的锥形瓶中。然后添加甲苯使土壤中细胞破碎释放出酶，甲苯用量为1毫升，加入后充分震荡摇匀。待十五分钟之后加入事先配好的尿素溶液和柠檬酸溶液，（尿素溶液为10%，用量10毫升；柠檬酸盐缓冲液的pH为6.7，总量为20毫升），摇匀后放置于恒温培养箱中（调节温度和时间分别为37和24小时）。下一步进行过滤，将1毫升滤液，4毫升苯酚和3毫升次氯酸钠混合于50毫升的容量瓶中，在加入各溶液的同时进行摇匀。大约20分钟后会呈现靛蓝，然后加去离子水至刻度线。最后即可测定吸光度，测定吸光度需在1小时内完成，否则会由于颜色不稳定影响试验结果，波长为578nm。为避免混淆先对镉浓度为1.25 的土壤进行脲酶活性的测定，然后其他两个浓度的土壤样品依次进行。若土壤中原有氨的存在或试剂不纯都会影响测定结果，故作了只不添加土样和只不添加基质的对照。标准曲线制作：用硫酸铵配置出已知含氮量的氮的工作液，移取0、1、3、5、7、9、11、13ml氮工作液后用与测土壤悬液完全相同的步骤测出标准液的吸光度，利用电脑软件制作出标准曲线。结果计算：以恒温培养箱中培养后每克土壤中NH3N的毫克数表示土壤脲酶活性（Ure）。 3 海泡石对菜地土壤镉的钝化效应及对微生物活性的影响3.1 不同海泡石添加量对油菜地上部生物量的影响 由图3.1可以看出无论镉浓度为1.25 mgkg-1或2. 5 mgkg-1还是5 mgkg-1，向镉污染土中添加1%的海泡石后，与未添加海泡石的油菜相比，地上部生物量都有明显的上升，上升倍数在2-3.7倍之间。添加海泡石浓度为2%时，相比1%，除镉浓度为5 mgkg-1的油菜生物量发生减少外，其他两个镉浓度的处理都有不同程度的增加，镉浓度为1.25 mgkg-1的处理生物量增加的最为明显。添加量为5%时，可以看出镉浓度为1.25 mgkg-1，5 mgkg-1的油菜地上部生物量都达到了最大值。添加量为10%时，与未添加海泡石的处理相比，在三种镉浓度土壤中生长的油菜生物量都有不同程度的增加。整体上看，添加海泡石后使得油菜在镉污染土壤中生长更好，生物量增加。植物将可吸入的镉吸进体内，镉与植物体内的代谢产物结合，使得营养物质无法经原来渠道运输至植物各个部位，植物器官无法获取生长所需物质，生长受阻。总结起来，重金属会影响种子萌发、影响植物生长状况、对于农作物则影响作物的产量。图3.1 不同海泡添加量对油菜地上部生物量的影响3.2 不同海泡石添加量对油菜吸收土壤镉的影响很多研究结果已印证了，土壤中镉的总量是一定的，但并不代表所有的镉的都能够被植物吸收，只有部分存在形式植物所遭受到的重金属的毒害程度并不是由重金属在土壤中的总浓度所决定的，而是与重金属在土壤中可被植物吸收的有效态的含量及其相关。由图3.2可以看出在土壤浓度为1.25 mgkg-1、2. 5 mgkg-1和5 mgkg-1时，随着海泡石的添加量的增大油菜地上部分镉含量都呈现出同样的变化规律，即不断降低，成下降趋势，海泡石的而添加量为10%时，油菜地上部镉含量最低。整体而言，无论海坡石的添加量为多少，就研究的这几个浓度而言，土壤中镉浓度越高，植物就可以吸收越多的镉，植物除根部的镉含量越高。对比国家对食品方面的安全性规定，从图中可以看出，在镉浓度为1.25 mgkg-1的土壤中，海泡石的添加量为5%时才能达到标准，土壤镉浓度为2. 5 mgkg-1、5 mgkg-1时，添加量应大于10%才能达到标准。向土壤中添加海泡石后，由于海泡石区别于其他粘土矿物的特有结构，疏松又多孔，使其可以将带负电荷的重金属进行吸附进自己的晶格或表面，或直接将自身离子与重金属离子进行转换，使重金属失去可被植物吸收的能力或这种能力部分丧失，致使重金属进入植物体内的量减少，从根部向地上部运输的重金属量进一步减少，所以测得油菜地上部镉含量会出现上述规律。图3.2 不同海泡石处理对油菜地上部镉含量的影响3.3 不同海泡石添加量对土壤中有效态镉含量的影响不同海泡石添加量对土壤中镉的有效性的影响见图3.3，可以看出，土壤镉的初始浓度为1.25 mgkg-1时，随着海泡石的添加量由1%变为2%，继而成为5%、10%，土壤中有效态的镉含量逐渐下降，与初始神门都未添加的土壤相比，海泡石添加量为1%、2%、5%、10%时有效态镉含量分别下降19.4%、29%、32%、38.7%。土壤镉的初始浓度为2.5 mgkg-1、2.5 mgkg-1时，随着海泡石添加量的增大，土壤中镉的有效态含量同样呈现下降的趋势，下降范围分别是14.5%-50.9%、13.7-47.9%，在海泡石添加量最大时，即10%时，有效态镉的含量最低。现在国内外研究较多的钝化修复剂为黏土矿物，我国黏土矿物贮量较大，价格便宜，既不会对环境造成污染又会起到很好的钝化效果，因此用黏土矿物进行土壤重金属污染修复较为广泛。其中海泡石与其他可以用于重金属修复的矿物质相比，修复镉含量超标的土壤的效果最佳。由于海泡石区别于其他粘土矿物的特有结构，疏松又多孔，使其可以将带负电荷的重金属进行吸附进自己的晶格或表面，或直接将自身离子与重金属离子进行转换，改变了重金属的形态。图3.3 不同海泡石添加量对土壤镉有效态含量的影响3.4 不同海泡石添加量对土壤pH的影响土壤中有微生物、酶、有机物、无机物等多种物质，pH值的大小，也就是说土壤的酸碱度对于这些物质来说都非常重要，酸碱度影响微生物的生长代谢，影响酶的催化反应，影响有机物与其他物质的结合状况，影响无机物的存在形式，由图3.4可知，与初始未添加任何物质的处理相比，在实验范围内，只要添加了海泡石土壤pH就增大，并随着海泡石由1%增大为2%继而为5%、10%而上升。土壤镉浓度为1.25 mgkg-1、2.5 mgkg-1、5 mgkg-1，添加海泡石浓度为1%时，土壤pH分别上升了0.055、0.027、0.017。对于三个镉浓度不同的土壤在添加10%的海泡石后，pH显著上升，分别上升了0.328、0.236、0.171。三个镉浓度的土壤在无论镉浓度为多少，在未添加任何物质时pH都很接近，添加相同质量分数时pH变化后也很相近。说明镉并不影响土壤的酸碱度，海泡石的添加使得土壤pH上升。海泡石本身为碱性，且与土壤原始pH相比，碱性较强，所以海泡石的添加会使土壤酸碱度发生改变。土壤环境中的沉淀、溶解、吸附、解吸等物理化学行为都需在一个较适宜的酸碱环境中进行，对此pH值就显得极为重要。pH的升高会增强土壤中固相成分对金属离子的吸附，释放出游离态形态后重金属就以氢氧化物或碳酸盐、磷酸盐的形式存在，它们的溶解度都较小，所以致使重金属在土壤中的迁移性降低，植物不易吸收这也是海泡石可以同于修复重金属污染的因素之一。图3.4 不同海泡石处理下对pH的影响3.5 不同海泡石添加量对土壤中微生物活性的影响常见且数量居多的土壤中的微生物当属放线菌与细菌。微生物的数量不仅在土壤环境中占比较大，就是在整个自然界中也是极为可观。物质循环和能量转换缺少了微生物都将无法进行下去，其重要性不言而喻。有研究表明微生物代谢会产生一些可以与部分重金属结合的物质，通过这种结合降低重金属的迁移性，降低重金属的毒力，但这种结合能力是有限度的，当微生物体内的重金属元素含量超过微生物的承受范围，就会对微生物的正常生长代谢或分解功能造成损伤。所以微生物的活性可以作为重金属对土壤污染情况的指示灯，可以据此来判断受污染土壤的修复到达什么程度。图3.5为在不同的海泡石的添加量下每毫升菌悬液中放线菌的菌落形成单位，从图中可以看出，当镉浓度为1.25 mgkg-1时，与未添加海泡石的土壤微生物量相比，当添加1%、2%、5%、10%的海泡石后，放线菌的数量分别上升了4%、13%、20%、47%。当镉浓度为2.5 mgkg-1时，与未添加海泡石的土壤微生物量相比，当添加1%、2%、5%、10%的海泡石后，放线菌的数量分别增加了5%、33%、51.7%、53.3%。镉浓度为5mgkg-1时，与未添加海泡石的土壤微生物量相比，当添加1%、2%、5%、10%的海泡石后，虽然添加量为1%时有所下降，但下降幅度并不大，有可能是由于实验偶然性造成。从另一个角度可以看出，在相同的海泡石添加量，镉浓度的增加，微生物的数量发生减少。整体上看，都是随着海泡石添加量的增大，微生物数量在不断增加，说明海泡石的添加，使得隔的形态发生变化，不易于微生物体内物质结合，降低了镉对放线菌的伤害。图3.6为不同海泡石添加量对土壤细菌数量的影响。基本呈现与放线菌相似的规律，再次印证海泡石可以改善微生物的土壤环境，更利于微生物生长。3.5 不同海泡石添加量对土壤酶活性的影响由于土壤酶对于环境变化较为敏感，在对土壤质量进行评价时，土壤酶往往作为一个重要的指标。酶作为一种生物催化剂，在土壤环境中起着很重要的作用，参与很多生物化学反应，关系物质的生成与转化。由图3.7可以看出，土壤镉浓度相同时，随着海泡石的添加，土壤脲酶的活性不断增大。土壤酶大多来源于土壤微生物，海泡石的添加使得微生物的生长受到影响，产生的酶随之减少。图3.5 不同海泡石添加量对土壤放线菌活性的影响图3.6 不同海泡石添加量对细菌活性的影响图3.7 不同海泡石添加量对土壤脲酶的影响4 结论通过以盆栽的方式，研究了的不同添加量对1.25 mgkg-1、2. 5 mgkg-1、5 mgkg-1镉污染土的钝化效应，得出以下结论：（1）海泡石可以利用天然的结构优势和物理性质，物理作用与化学作用齐头并进，将土壤中镉的有效态转变其他活性低的状态，从而使土壤中有效态镉含量减少，不利于植物吸收。海泡石将镉的有效态减少后，植物能够吸收进体内的镉减少，海泡石添加量越大，植物吸收镉的量越小。针对人类食用的作物，不同的土壤镉浓度，需要添加不同程度的海泡石使植物中镉含量降至人类食用标准。海泡石与植物地上部生物量、植物地上部镉含量以及pH呈明显的正相关，与土壤中镉的有效态含量的相关性与前述三个因素相反；（2）重金属镉会对植物的生长造成影响，海泡石可以使植物吸收镉的量减少，植物遭受镉的危害程度降低，生长受到的抑制程度降低。所以可以说，海泡石可以促进镉污染土中植物的生长；（3）随着海泡石添加量的增大，微生物活性升高，海泡石可以抑制镉对微生物生长的阻碍。土壤中酶的来源有多种，可以是植物、微生物或是动物，海泡石添加或许通过提高微生物活性而增加酶活性。总而言之，海泡石对土壤重金属污染的修复效果好。参考文献1 樊霆, 叶文玲, 陈海燕等. 农田土壤重金属污染状况及修复技术研究J. 生态环境学报, 2013, 22(10): 1727-1736. 2宋伟, 陈百明，刘琳. 中国耕地土壤重金属污染概况J. 水土保持研究, 2013, 20（06）: 293-298.3孙约兵, 徐应明, 史新等. 污灌区镉污染土壤钝化修复及其生态效应研究J. 中国环境科学, 2012, 32（8）: 1467-1473.4 王林, 徐应明, 孙杨等. 天然黏土矿物原位钝化修复镉污染土壤的研究J. 安全与环境学报, 2010, 10（3）: 35-38.5 孙约兵, 徐应明, 史新等. 海泡石对镉污染红壤的钝化修复效应研究J. 环境科学学报, 2012, 32（6）: 1465-1472.6 王林, 徐应, 孙国红等. 海泡石和磷酸盐对镉铅污染稻田土壤的钝化修复效应与机理研究J. 生态环境学报, 2012, 21（2）：314-320.7 王林, 徐应明, 孙杨等. 海泡石及其复配材料钝化修复镉污染土壤J. 环境工程学报, 2010, 4（9）：2093-2098.8 张彦, 张惠文, 苏振成等. 长期重金属胁迫对农田土壤微生物生物量、活性和种群的影响J. 应用生态学报, 2007, 18（7