李少雄 羅波

摘要[目的]研究鈍化管控技術(shù)對(duì)重度鎘污染稻田的修復(fù)效果和水稻生長(zhǎng)效應(yīng)。[方法]選取湖南省鎘污染稻田作為案例地，并對(duì)其進(jìn)行污染特征分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，采用鈍化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行管控，最后對(duì)該管控技術(shù)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)。[結(jié)果]采用鈍化管控技術(shù)能使土壤pH顯著提高，水稻稻米中鎘含量顯著降低，稻米中鎘降低29.45%～37.5%；能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)并具有增產(chǎn)效果，增產(chǎn)2.51%～6.31%。[結(jié)論]結(jié)合水稻生長(zhǎng)和稻米鎘含量的降低率以及鈍化劑成本看，鈍化劑的最佳添加量為3 000 kg/hm2。

關(guān)鍵詞鎘污染稻田；鈍化劑；污染特征；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

文章編號(hào)0517-6611（2019）08-0086-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.08.022

Abstract[Objective]To study the effect of remediation on passivator and rice growth in a case of cadmium contaminated rice field in Hunan Province.[Method]Through the analysis of pollution characteristics of the case，passivation technology was used to control the risk assessment，finally，the results of the control technology were analyzed and evaluated.[Result]The passivation control technology could significantly increase the soil pH，significantly reduce the cadmium content in rice，and reduce the cadmium content in rice by 29.45%-37.5%.It could promote the growth of rice and increase the yield，which was 2.51%-6.31%.[Conclusion]Considering the growth rate of rice，the reduction rate of cadmium content in rice and the cost of passivating agent，the optimal addition amount of passivating agent in this case study was 3 000 kg/hm2.

Key wordsCadmium contaminated rice fields；Passivator；Pollution characteristics；Risk assessment

由于長(zhǎng)期、無(wú)序的有色金屬開采、冶煉，導(dǎo)致湖南稻田土壤污染嚴(yán)重，成為我國(guó)耕地土壤優(yōu)先管控和治理的示范區(qū)。然而2013—2015年遭遇嚴(yán)重的“鎘大米”污染事件，致使湖南省上萬(wàn)噸大米重金屬鎘含量超標(biāo)。

目前，鎘污染稻田的管控技術(shù)有單項(xiàng)管控技術(shù)，如水分調(diào)控、噴施葉面阻控劑、撒石灰、撒土壤調(diào)理劑、種植鎘低累積品種等；組合技術(shù)包括這幾種單項(xiàng)措施的相互組合，其中在湖南應(yīng)用較廣泛的技術(shù)為vip+n（v為種植鎘低累積品種、i為淹水灌溉，p為調(diào)pH，n為噴施葉面阻控劑、撒施土壤調(diào)理劑等）管控技術(shù)。不管是哪種管控技術(shù)，降低稻米中鎘的途徑包括減少鎘從土壤向植株的輸送；阻斷鎘從植株根部向稻米的轉(zhuǎn)運(yùn)。

該研究主要采用鈍化管控技術(shù)來(lái)減少土壤中鎘的有效態(tài)從而減少鎘從土壤向植株的輸送。該技術(shù)的關(guān)鍵在于選擇合適的鈍化劑，常用的鈍化劑種類包括含磷材料、堿性材料、黏土礦物、鐵錳氧化物以及有機(jī)物質(zhì)等[1]。這些材料能夠通過(guò)離子交換、沉淀、吸附等機(jī)理改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，降低重金屬在土壤中的移動(dòng)性及生物有效性[2-5]。

采用鈍化技術(shù)修復(fù)重金屬污染稻田土壤的研究較多[6-8]，但選取一塊案例地對(duì)其進(jìn)行污染特征分析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、技術(shù)管控及成效評(píng)價(jià)的系統(tǒng)研究較少。筆者選取常寧市重度鎘污染區(qū)域稻田作為案例研究地，對(duì)其進(jìn)行污染特征調(diào)查、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，采用鈍化技術(shù)對(duì)其進(jìn)行管控，最后對(duì)管控技術(shù)進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，旨在為鎘污染稻田鈍化技術(shù)的系統(tǒng)性評(píng)估提供實(shí)踐基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試水稻品種：選取適合湖南種植的水稻品種——玉針香。供試土壤：湖南省常寧市0～20 cm的耕層土壤。其理化性質(zhì)：pH 7.12，速效磷47.2 mg/kg，速效鉀129.3 mg/kg，堿解氮130.6 mg/kg，有機(jī)質(zhì)41.3 g/kg，總鎘18.03 mg/kg，速效鎘1.15 mg/kg。

供試鈍化劑主要成分為氧化鈣、海泡石、氧化鎂、氧化硅，重金屬含量：Pb<0.001%，As<0.000 5%，Cr為0.002 1%，Cd為0.000 2%，Hg<0.000 5%，均低于《水溶肥汞、砷、鎘、鉛、鉻的限量要求》（NY1110）中標(biāo)準(zhǔn)限值要求。鈍化劑理化性質(zhì)：pH 10.1，CaO 30.24%，SiO2 7.18%，MgO 19.85%，水分5.18%，粒度（≤5.00 mm）≥92%。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在犁田完后分成3個(gè)區(qū)：空白區(qū)（CK）、鈍化劑施加量3 000 kg/hm2處理區(qū)（T1）、鈍化劑施加量6 000 kg/hm2處理區(qū)（T2）。每個(gè)區(qū)面積為50 m2，隨機(jī)區(qū)組排列，各小區(qū)用泥梗隔開，單排單灌，避免水肥相互串混，整個(gè)生育期其他田間管理與農(nóng)戶種植保持一致。

1.3樣品采集與分析

（1）樣品采集。按照隨機(jī)布點(diǎn)法進(jìn)行布點(diǎn)采樣，在犁田前采集土壤樣品，測(cè)定其理化性質(zhì)；水稻成熟期，嚴(yán)格按照5點(diǎn)法一對(duì)一采集土壤和植物樣品。土壤檢測(cè)指標(biāo)為pH；稻米檢測(cè)指標(biāo)為全鎘。

（2）樣品分析。土壤樣品：土壤pH、有機(jī)質(zhì)、堿解氮、速效鉀、速效磷等理化性質(zhì)均采用土壤農(nóng)化分析與環(huán)境監(jiān)測(cè)中的方法進(jìn)行分析[9]；土壤中速效態(tài)鎘采用鹽酸（0.1 mol/L）法[10]提取后采用火焰原子吸收分光光度儀測(cè)定；土壤總鎘采用HFHClO4HNO3消解后，用火焰原子吸收分光光度儀測(cè)定。

鈍化劑：pH按HG/T 4219—2011《磷石膏土壤調(diào)理劑》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的方法執(zhí)行；汞、砷、鎘、鉛、鉻、鐵、鉀、鈉按照NY/T 1978—2010 肥料汞、砷、鎘、鉛、鉻含量的測(cè)定方法執(zhí)行；氧化硅按照NY/T 2272—2012中硅含量的測(cè)定執(zhí)行；氧化鎂、氧化鈣按照NY/T 2272—2012中（原子吸收分光光度法）氧化鎂、氧化鈣含量的測(cè)定執(zhí)行；粒度按GB/T 20412—2006鈣鎂磷肥標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

水稻：葉綠素、株高和葉面積在抽穗期進(jìn)行測(cè)定，其中株高、葉面積用卷尺進(jìn)行測(cè)定，葉綠素用葉綠素測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定。百粒重、有效穗、結(jié)實(shí)率、生物量和產(chǎn)量在水稻成熟期測(cè)定，其中百粒重、有效穗、結(jié)實(shí)率采用人工觀測(cè)法進(jìn)行測(cè)定，生物量及產(chǎn)量采用自然風(fēng)干法進(jìn)行風(fēng)干后用稱量法測(cè)定。

稻米：水稻稻米鎘是在105 ℃烘箱中烘干后采用人工去殼法對(duì)其分離，采用《食品中鎘的測(cè)定》GB 5009.15—2014預(yù)處理后采用石墨爐-原子吸收分光光度儀測(cè)定。

1.4數(shù)據(jù)分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007及SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析。

2結(jié)果與分析

2.1污染特征分析案例地位于湖南省常寧市某農(nóng)戶稻田，該地域?qū)賮啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤(rùn)氣候，四季分明，雨量充沛，土壤類型為中堿性紅黃壤，主要糧食作物為水稻，主要污染源為上游廢渣堆放導(dǎo)致地表水徑流引起的污染。

針對(duì)該案例地土壤進(jìn)行了污染特征調(diào)查，共采集表層土壤樣品5個(gè)，該案例地主要污染因子為鎘，其總量為18.3～26.3 mg/kg，有效態(tài)含量為0.81～1.44 mg/kg。污染狀況見(jiàn)1～2。案例地水稻稻米重金屬含量：Cu 1.03 mg/kg，Cr 1.4 mg/kg，Ni 0.75 mg/kg，Cd 1.41 mg/kg。

2.2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

土壤重金屬評(píng)價(jià)臨界值以我國(guó)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為參照，采用單項(xiàng)污染指數(shù)法對(duì)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行評(píng)價(jià)。計(jì)算公式：Pi=Ci/Si。式中，Pi為單項(xiàng)污染指數(shù)；Ci為土壤污染物實(shí)測(cè)濃度；Si為污染物的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)值或參考值。Pi≤1，表示無(wú)污染；15，表示重度污染。該案例地土壤鎘Pi平均值為71，因此為重度鎘污染土壤。

采用雙因子污染指數(shù)評(píng)價(jià)方法對(duì)案例區(qū)污染狀況進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，土壤安全水平劃分依據(jù)見(jiàn)表3，Pimax為87.6，農(nóng)產(chǎn)品污染指數(shù)Ei為7.05，土壤安全水平處于極高風(fēng)險(xiǎn)。

2.3成效評(píng)價(jià)案例地通過(guò)農(nóng)業(yè)部雙指標(biāo)法評(píng)價(jià)為高風(fēng)險(xiǎn)案例地，選取黏土類、鈣基類及堿性物質(zhì)作為鈍化劑進(jìn)行管控，鈍化劑用量設(shè)置3個(gè)梯度，分別為（0、3 000和6 000 kg/hm2），試驗(yàn)分區(qū)見(jiàn)圖1。

2.3.1鈍化技術(shù)對(duì)土壤pH的影響。

通過(guò)采集鎘污染稻田土壤對(duì)其pH進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)圖2，案例地重度鎘污染稻田土壤呈中堿性，采用鈍化技術(shù)管控后，土壤pH顯著提高，隨著鈍化劑添加量的增加，pH呈增大趨勢(shì)。

2.3.2鈍化技術(shù)對(duì)稻米鎘含量的影響。

通過(guò)采集鎘污染稻田土壤中水稻，并對(duì)其稻米中總鎘含量進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示（圖3），較空白相比，重度鎘污染土壤中稻米總鎘在施加鈍化劑后顯著降低，T1處理下的稻米總鎘降低了29.45%，T2處理下稻米總鎘降低了37.50%，但由于案例地屬于高風(fēng)險(xiǎn)案例地，稻米中總鎘在施加鈍化劑處理后均未達(dá)到《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品污染物限值標(biāo)準(zhǔn)》，即鎘≤0.2 mg/kg。

2.3.3鈍化技術(shù)對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響。

為了研究和考察重度鎘污染稻田采用鈍化管控技術(shù)后對(duì)水稻生長(zhǎng)效應(yīng)的影響，測(cè)定了水稻的百粒重、有效穗、結(jié)實(shí)率、生物量、產(chǎn)量、葉綠素、株高和葉面積。

施加鈍化劑對(duì)水稻百粒重、有效穗、結(jié)實(shí)率和生物量的影響見(jiàn)圖4。由圖4可知，較空白相比，施加鈍化劑后百粒重和生物量呈增加趨勢(shì)，而有效穗和結(jié)實(shí)率略呈下降趨勢(shì)，但均無(wú)顯著差異。

施加鈍化劑后對(duì)水稻產(chǎn)量的影響見(jiàn)表4。由表4可知，與空白相比，施加鈍化劑后水稻產(chǎn)量有所增加，T1處理水稻增產(chǎn)6.31%，T2處理水稻增產(chǎn)2.51%。

鈍化劑對(duì)水稻株高、葉綠素和生長(zhǎng)指標(biāo)的影響見(jiàn)表5。由表5可知，與空白相比，施加鈍化劑后水稻株高、葉綠素及葉面積均有所提高，提高幅度分別為5.65%～8.91%、1.16%～6.72%、12.63%～13.36%。

3結(jié)論與討論

通過(guò)污染特征分析與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，該案例地為高風(fēng)險(xiǎn)案例地，采用鈍化管控模式后，水稻稻米中鎘含量顯著降低，其中

鈍化劑施加量為3 000 kg/hm2的稻米中鎘降低29.45%，施加量6 000 kg/hm2的稻米中鎘降低37.50%，由此可見(jiàn)，施加量6 000 kg/hm2的稻米中鎘降幅大于施加量3 000 kg/hm2的稻米中鎘降幅，這與其他研究者的結(jié)果基本一致[11-12]。這是由于施加鈍化劑后一方面提高了稻田土壤中的pH，促進(jìn)對(duì)重金屬陽(yáng)離子的吸附，從而降低土壤重金屬的遷移性和有效性；另一方面，鈍化劑是由海泡石、氧化鈣和赤泥復(fù)配而成，王林等[13]研究表明，施用海泡石可提高土壤pH、物理化學(xué)吸附以及生成礦物沉淀等作用，促進(jìn)污染土壤中鎘活性高的交換態(tài)向活性低的殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到鈍化修復(fù)鎘污染土壤的目的。同時(shí)通過(guò)觀察和測(cè)算水稻百粒重、有效穗、結(jié)實(shí)率、生物量、產(chǎn)量、葉綠素、株高和葉面積可知，采用鈍化管控模式能增加水稻產(chǎn)量、葉綠素、株高、葉面積、百粒重和生物量，對(duì)水稻生長(zhǎng)無(wú)負(fù)面影響。這是由于鈍化劑中含有一定成分的硅、鈣能促進(jìn)植物的正常生長(zhǎng)，有增優(yōu)質(zhì)、增強(qiáng)作物抗脅迫的能力[14]。

該研究采用鈍化管控模式后，稻米鎘含量顯著降低，有增產(chǎn)效果，對(duì)水稻生長(zhǎng)無(wú)負(fù)面影響，但未達(dá)到《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品污染物限值標(biāo)準(zhǔn)》，即鎘≤0.2 mg/kg，結(jié)合水稻生長(zhǎng)和稻米鎘含量的降低率以及成本看，該研究鈍化劑的最佳添加量為3 000 kg/hm2，下一步擬采用組合修復(fù)管控模式進(jìn)一步研究。

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