李威 劉艷 李慧

摘要 [目的]研究VIP+n技術(shù)對(duì)攸縣輕度酸性鎘污染農(nóng)田早晚兩季的修復(fù)效果。[方法]對(duì)攸縣約33.33 hm2示范項(xiàng)目進(jìn)行布點(diǎn)采樣、結(jié)果分析與實(shí)施監(jiān)管。[結(jié)果]采用VIP+n技術(shù)能明顯提高酸性土壤pH，緩解土壤酸化，降低土壤中有效態(tài)鎘含量（降低幅度為44.50%～81.33%），且對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量不產(chǎn)生明顯影響;同時(shí)降低稻米鎘含量，使種植示范區(qū)水稻稻米中的鎘含量均達(dá)到我國(guó)《食物中污染物限量》，不減少水稻產(chǎn)量。[結(jié)論]VIP+n技術(shù)成本相對(duì)較低，降鎘效果明顯，具有復(fù)制和推廣的意義。

關(guān)鍵詞 酸性鎘污染農(nóng)田;VIP+n技術(shù);有效態(tài)鎘;土壤調(diào)理劑

中圖分類(lèi)號(hào) X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）19-0099-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.029

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Abstract [Objective]To study the remediation effect of VIP+n technology on the acidic farmland soil slightly polluted by cadmium in Youxian.[Method]Spot sampling，result analysis and implementation supervision for the Youxian demonstration project with 33.33 hm2 were carried out.[Result]The application of VIP+n technology could significantly improve the pH value of acidic soil，alleviate soil acidification，and reduce the content of available cadmium in soil （the reduction range was 44.5%-81.33%），and had no significant effect on the content of soil organic matter.At the same time，the cadmium content of rice in the planting demonstration area reached the limit of pollutants in food in China，and the yield of rice was not reduced.[Conclusion]VIP+n technology has relatively low cost，obvious effect of reducing cadmium，and has the significance of replication and promotion.

Key words Acid cadmium pollution of farmland;VIP +n technology;Available cadmium;Soil conditioner

耕地是人類(lèi)賴(lài)以生存的最基本資源，具有不可替代的生產(chǎn)和生態(tài)功能，是食物安全的基礎(chǔ)和保障，對(duì)地表水、食物鏈、生物多樣性和大氣層的保護(hù)起到至關(guān)重要的作用[1-3]。然而目前，我國(guó)耕地面臨土地污染加重、優(yōu)質(zhì)耕地減少、土壤退化日益突出等問(wèn)題，嚴(yán)重制約著

耕地質(zhì)量[4-6]。2014年4月，我國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)中指出，現(xiàn)階段全國(guó)土壤污染狀況不容樂(lè)觀，總超標(biāo)率達(dá)16.1%，以鎘污染最為嚴(yán)重的無(wú)機(jī)污染類(lèi)型為主，占無(wú)機(jī)污染點(diǎn)位的7%，而耕地污染約占耕地總面積的1/5，涉及11個(gè)省25個(gè)地區(qū)，其污染面積為1.3×104 hm2[7]。在長(zhǎng)株潭地區(qū)，重金屬鎘、砷、鉛、鋅等主要以三廢排放的外源污染形式進(jìn)入土壤，其中鎘污染最為嚴(yán)重[8]。

目前鎘污染農(nóng)田修復(fù)途徑：一是把土壤中鎘含量降低至國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)以下，但這種技術(shù)成本很高，尚無(wú)可以大面積實(shí)施的技術(shù)措施;二是采用降低土壤中鎘有效態(tài)含量及水稻鎘轉(zhuǎn)運(yùn)能力，可以較大幅度降低稻米鎘含量，這種技術(shù)成本較低，可復(fù)制可推廣。鎘污染農(nóng)田的修復(fù)技術(shù)有單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)，如種植鎘低累積品種、撒施土壤調(diào)理劑、水分調(diào)控、噴施葉面阻控劑、撒石灰等。組合技術(shù)包括這幾種單項(xiàng)措施的優(yōu)化組合，其中在湖南較廣泛使用的組合技術(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）技術(shù)[9]。不管是哪種修復(fù)技術(shù)，降低稻米中鎘的途徑主要是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)[10-11]。

筆者針對(duì)湖南省攸縣水稻種植區(qū)的土壤性質(zhì)及污染特點(diǎn)、種植模式，將多種調(diào)控措施進(jìn)行優(yōu)化組合和集成，以稻米鎘達(dá)標(biāo)為目標(biāo)，因地制宜地選擇VIP+n修復(fù)模式進(jìn)行示范，加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)測(cè)監(jiān)管，實(shí)施到位組織管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)農(nóng)田污染的修復(fù)和農(nóng)田資源可持續(xù)循環(huán)利用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況 試驗(yàn)地位于株洲市攸縣，示范面積為3333 hm2，屬于產(chǎn)糧大縣。該地區(qū)位于湘江上游，地下礦產(chǎn)資源豐富，植物物種資源豐富，雨水充沛，屬于亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候常綠闊葉林帶，無(wú)霜期平均285 d，年均氣溫16～18 ℃，土壤類(lèi)型為酸性潮泥田。經(jīng)調(diào)查，示范區(qū)土壤全鎘為0.3～0.6 mg/kg，稻米鎘為0.2～0.4 mg/kg，pH為5.0～6.0，屬于輕度污染區(qū)域（圖1）。

1.2 試驗(yàn)材料

供試土壤：株洲市攸縣0～20 cm的耕層土壤。其土壤理化性質(zhì)：pH 5.8，CEC 12.59 cmol/kg，速效鉀138.26 mg/kg，堿解氮219.45 mg/kg，有效磷20.84 mg/kg，有機(jī)質(zhì)48.12 g/kg，總鎘0.38 mg/kg，有效鎘0.09 mg/kg。

供試土壤調(diào)理劑：采用ME土壤調(diào)理劑，該土壤調(diào)理劑參加了湖南省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)管理站重金屬污染耕地修復(fù)治理新產(chǎn)品新技術(shù)集中展示，并入圍了推薦產(chǎn)品名錄，基本理化性質(zhì)：CaO 30.24%，MgO 33.49%，Al2O5 4.21%，SiO2 5.87%，F(xiàn)e 3.65%，Na 0.86 mg/kg，K 0.37 mg/kg，pH 1059，水分5.85%，粒厚（≤5.00 mm）≥90，Pb<10.00 mg/kg，Cd 3.40 mg/kg，Cr 38.00 mg/kg，Hg<5.00 mg/kg，As <10.00 mg/kg。汞、鎘、鉻、砷、鉛含量低于《水溶肥汞、砷、鎘、鉛、鉻的限量要求》（NY1110）。

供試水稻品種：早稻品種為株兩優(yōu)189，晚稻品種為隆香優(yōu)130。

供試生石灰：采用湖南恒旺碳酸鈣有限公司的生石灰，生石灰質(zhì)量要求為氧化鈣（CaO）含量大于70%，細(xì)度為80%通過(guò)10目標(biāo)準(zhǔn)篩，汞含量小于或等于2 mg/kg，砷含量小于或等于10 mg/kg，鎘含量小于或等于3 mg/kg，鉛含量小于或等于50 mg/kg，鉻含量小于或等于50 mg/kg。

供試葉面阻控劑：采用降鎘靈，該產(chǎn)品參加了湖南省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)管理站重金屬污染耕地修復(fù)治理新產(chǎn)品新技術(shù)集中展示，并入圍了推薦產(chǎn)品名錄。

周邊灌溉水：鎘含量在0.01～0.25 μg/L，低于現(xiàn)行灌溉水標(biāo)準(zhǔn)（表1）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 攸縣案例地試驗(yàn)地面積：CK 0.33 hm2，VIP+n 33.33 hm2。

1.4 管控措施

1.4.1 種植鎘低積累水稻品種。

水稻品種從湖南省《應(yīng)急性鎘低累積水稻品種知道目錄》中選擇，早稻采用株兩優(yōu)189，晚稻采用隆香優(yōu)130雜交水稻。項(xiàng)目實(shí)施依托鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)技站組成三級(jí)機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)各村、組、農(nóng)戶(hù)的關(guān)系，組織育秧團(tuán)隊(duì)進(jìn)行育秧，統(tǒng)一運(yùn)送到項(xiàng)目地，統(tǒng)一插秧，確保鎘低積累品種及時(shí)育秧，插秧，不誤農(nóng)時(shí)，保證項(xiàng)目的順利實(shí)施。

1.4.2 淹水灌溉。

農(nóng)田水分調(diào)控可以改變土壤中鎘（Cd）等重金屬元素的有效性，影響植物對(duì)重金屬元素的吸收積累。早晚兩季實(shí)行全生育期淹水灌溉，按照《鎘污染稻田安全利用田間水分管理技術(shù)規(guī)程》統(tǒng)一實(shí)施，全生育期保持田間有水層，直到收割前7 d左右自然落干，尤其是在抽穗前20 d至抽穗后20 d內(nèi)必須保證田間有3 cm水層，杜絕土壤干濕交替。在淹水灌溉期，安排專(zhuān)人負(fù)責(zé)，明確其工作職責(zé)，確保優(yōu)化水分管理落實(shí)到位，同時(shí)建立灌溉水管理聯(lián)席工作機(jī)制，確保源頭不斷水。

1.4.3 施用生石灰。

雙季稻施用生石灰一次性基施，施用時(shí)間為雙季早稻移栽前20 d，按照《鎘污染稻田安全利用石灰施用技術(shù)規(guī)程》統(tǒng)一撒施，撒施量為2 250 kg/hm2。

1.4.4 施用土壤調(diào)理劑。

早晚兩季均采用ME土壤調(diào)理劑，根據(jù)示范農(nóng)田污染程度，施加量為3 000 kg/hm2。實(shí)施人員在撒施時(shí)將該產(chǎn)品均勻撒在農(nóng)田里，然后翻耕混合，放置3～5 d，使產(chǎn)品與土壤充分反應(yīng)。在撒施過(guò)程中實(shí)施人員均佩戴口罩、手套，防止粉塵的吸入。

1.4.5 噴施葉面阻控劑。

早晚稻采用降鎘靈葉面阻控劑，選用人工噴霧，實(shí)施人員選擇晴天進(jìn)行噴施，每次用量為3 750 mL/hm2，對(duì)水1 500 L進(jìn)行噴施。噴施過(guò)程均勻噴施，將葉面阻控劑均勻噴施于葉面的正面和背面，噴施過(guò)程先上后下，中速均勻，以水稻葉面濕潤(rùn)、不滴液為宜。

1.5 樣品采集與分析

1.5.1 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);水稻原始期（采用VIP+n技術(shù)前）、分蘗期、成熟期采集土壤和植物樣品。示范項(xiàng)目按照約每0.67 hm2采集一個(gè)混合樣品，空白對(duì)照采集一個(gè)混合樣品。土樣取0～20 cm耕作層混合樣，稻谷樣品與土樣均采用5點(diǎn)法“一對(duì)一”進(jìn)行采集。將采集的土壤自然風(fēng)干后分別過(guò)100目和20目篩備用。稻谷樣品于105 ℃下殺青30 min，然后在70 ℃下烘干，研磨過(guò)40目篩備用。土壤檢測(cè)指標(biāo)為pH、土壤有效態(tài)鎘、土壤有機(jī)質(zhì)含量;稻米檢測(cè)指標(biāo)為全鎘。

1.5.2 樣品分析。

土壤pH采用便攜式pH計(jì)（Sevn2GoS2pH/Mv）現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定，土壤陽(yáng)離子交換量、堿解氮、有機(jī)質(zhì)含量、速效鉀、有效磷等理化性質(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[12];土壤有效態(tài)鎘采用鹽酸（0.1 mol/L）提取法[10]進(jìn)行提取后，采用石墨爐-原子吸收分光光度計(jì)（AS-500）測(cè)定;土壤總鎘采用HF-HClO4-HNO3消解后，用火焰-原子熒光光譜儀（AA-7003）測(cè)定。

稻米鎘含量：水稻籽粒去殼后研磨，過(guò)40目篩，稱(chēng)取0.5 g樣品，采用《食品中鎘的測(cè)定》GB 5009.15—2014預(yù)處理后采用石墨爐-原子吸收分光光度計(jì)（AS-500）測(cè)定。

水稻產(chǎn)量：采用人工稱(chēng)重法進(jìn)行測(cè)定。

1.6 數(shù)據(jù)分析 數(shù)據(jù)處理、相關(guān)分析及圖表由Microsoft excel 2019繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 VIP+n技術(shù)對(duì)農(nóng)田土壤pH的影響

在采用VIP+n技術(shù)前（以下稱(chēng)原始期），土壤pH為4.83～5.9。采用VIP+n技術(shù)后，早稻水稻分蘗期土壤pH為5.49～7.96，與原始期比較，1～10號(hào)取樣點(diǎn)土壤pH明顯增加（增加幅度為1.45～313）;水稻成熟期土壤pH 為5.67～7.20，與原始期比較，增加幅度為0.98～2.31，但與分蘗期比較，1～10號(hào)取樣點(diǎn)土壤pH除6號(hào)取樣點(diǎn)外均有所降低。晚稻水稻分蘗期土壤pH為553～7.76，與原始期比較，1～10號(hào)取樣點(diǎn)土壤pH增加幅度為1.74～2.61;水稻成熟期土壤pH為5.47～7.91，1～10號(hào)取樣點(diǎn)土壤pH增加幅度為1.87～2.93。然而，早晚稻空白取樣點(diǎn)不同時(shí)期的pH變化不大。此外，晚稻分蘗期和成熟期的土壤pH比早稻分蘗期和成熟期的土壤pH均高（圖2）。

這是由于該研究為酸性鎘污染農(nóng)田，VIP+n技術(shù)中有撒施生石灰和土壤調(diào)理劑等措施，生石灰和土壤調(diào)理劑均呈堿性。早稻中，生石灰撒施量為2 250 kg/hm2，土壤調(diào)理劑撒施量為3 000 kg/hm2;晚稻中，繼續(xù)施加土壤調(diào)理劑3 000 kg/hm2，因此采用VIP+n技術(shù)后農(nóng)田土壤中pH均明顯提高，而且晚稻土壤pH大部分大于早稻pH。該研究pH均為不同時(shí)期現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行測(cè)定，因此更能準(zhǔn)確地反映該技術(shù)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)農(nóng)田土壤pH的影響程度。

2.2 VIP+n技術(shù)對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的影響

土壤中有效態(tài)鎘含量較低，為輕度鎘污染農(nóng)田。采用VIP+n管控模式后，1～10號(hào)取樣點(diǎn)土壤有效態(tài)鎘含量明顯降低。與空白對(duì)照比較，早稻分蘗期土壤有效態(tài)鎘降低幅度為44.5%～75.05%，早稻成熟期土壤有效態(tài)鎘降低幅度為61.86%～81.33%;晚稻分蘗期土壤有效態(tài)鎘降低幅度為46.6%～6867%，晚稻成熟期土壤有效態(tài)鎘降低幅度為61.86%～8124%。早晚稻空白取樣點(diǎn)不同時(shí)期的土壤有效態(tài)鎘含量稍降低，但變化不大。這可能是由于撒施生石灰、土壤調(diào)理劑增加了農(nóng)田土壤pH，降低了土壤有效態(tài)鎘含量，這與文獻(xiàn)報(bào)道一致[13-15]（圖3）。

2.3 VIP+n技術(shù)對(duì)水稻稻米鎘含量的影響

采用VIP+n技術(shù)后水稻稻米中鎘含量的變化見(jiàn)圖4。由圖4可知，空白對(duì)照中早晚稻稻米中鎘含量分別為0.23、0.28? mg/kg，均超過(guò)了我國(guó)《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所規(guī)定的大米鎘限值0.2? mg/kg，長(zhǎng)期食用鎘大米將會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。采用VIP+n技術(shù)后，各采樣點(diǎn)稻米鎘含量均明顯降低，全部達(dá)到《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所規(guī)定的大米鎘限值0.2? mg/kg，其中早稻稻米鎘的降幅為63.8%～97.8%，晚稻稻米鎘的降幅為75%～92.9%。這可能是由于以下幾方面的原因：①添加了生石灰和土壤調(diào)理劑降低了土壤有效態(tài)鎘含量，從而減少了稻米對(duì)土壤有效態(tài)鎘的吸收[14，16-18];②淹水灌溉可以有效調(diào)控土壤Cd活性進(jìn)而降低水稻對(duì)Cd的吸收[19-22];③噴施了葉面阻控劑，降低了水稻對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)能力從而降低了稻米中鎘含量[23-26];④低累積水稻品種的“高耐性、低富集”特點(diǎn)也是降低稻米中鎘的一個(gè)原因[27]。

2.4 VIP+n技術(shù)對(duì)土壤中有機(jī)質(zhì)含量的影響

采用VIP+n技術(shù)后土壤中有機(jī)質(zhì)含量的變化見(jiàn)圖5。由圖5可知，空白對(duì)照土壤中的有機(jī)質(zhì)在不同時(shí)期基本保持一致，而采用VIP+n技術(shù)后的大部分取樣點(diǎn)有機(jī)質(zhì)含量在水稻分蘗期有所增加，在成熟期又有所減少，無(wú)明顯變化規(guī)律。這可能是施加生石灰和土壤調(diào)理劑對(duì)農(nóng)田土壤中的有機(jī)質(zhì)會(huì)產(chǎn)生一定的影響，但影響不大[28-29]。不同時(shí)期有機(jī)質(zhì)含量可能還與水稻的生長(zhǎng)吸收有一定的關(guān)系。

2.5 VIP+n技術(shù)對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

采用VIP+n技術(shù)后早晚稻產(chǎn)量見(jiàn)表2。由表2可知，與空白對(duì)照比較，采用VIP+n技術(shù)后早稻增產(chǎn)3%，晚稻增產(chǎn)5.7%。采用VIP+n技術(shù)后對(duì)水稻產(chǎn)量未造成減產(chǎn)影響，且有一定的增產(chǎn)效果。這是由于ME土壤調(diào)理劑含有Si、Ca、Mg、Fe、K等，能改善土壤肥力，在合適的添加量范圍內(nèi)添加能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，增加水稻產(chǎn)量[30-31]。

3 結(jié)論

該研究采用的VIP+n修復(fù)技術(shù)操作相對(duì)簡(jiǎn)便，不影響傳統(tǒng)耕作模式，能降低鎘污染酸性農(nóng)田種植水稻鎘含量，種植示范區(qū)水稻稻米中的鎘含量均達(dá)到我國(guó)《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所規(guī)定的大米鎘限值0.2? mg/kg，同時(shí)水稻產(chǎn)量有所增加;施加生石灰和土壤調(diào)理劑能提高酸性農(nóng)田土壤pH，緩解土壤酸化，同時(shí)降低土壤中有效態(tài)鎘含量，且對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量不產(chǎn)生明顯影響。從經(jīng)濟(jì)成本考慮，建議種植低鎘品種和淹水灌溉措施由農(nóng)戶(hù)自行實(shí)施，土壤調(diào)理劑施加量根據(jù)土壤性質(zhì)和污染程度進(jìn)行實(shí)施，確保經(jīng)濟(jì)效益的最大化。

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