原瑞芬

（莆田市農(nóng)業(yè)環(huán)保能源站 福建莆田351100）

隨著我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，大量含有重金屬的物質(zhì)排放進(jìn)入環(huán)境， 導(dǎo)致我國農(nóng)田土壤的重金屬污染問題日益突出。 在2014 年由環(huán)境保護(hù)部和國土資源部首次發(fā)布的 《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》表明，中國耕地土壤點位污染超標(biāo)率為 19.4%，其中輕中度污染點位占總超標(biāo)點位的94.3%；污染類型以鎘、汞、砷、鉛、鉻等重金屬為主，其超標(biāo)點位數(shù)占全部超標(biāo)點位的 82.8%[1-2]。 雖然重金屬在土壤中的溶解度小，但是其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、毒性大、滯留時間長、不易被微生物降解等特點，并可通過食物鏈進(jìn)行富集進(jìn)而最終影響人體健康[3]。 重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要有生物修復(fù)法、 物理修復(fù)法和化學(xué)鈍化法。 其中，化學(xué)鈍化技術(shù)主要包括淋洗、施用鈍化劑、絡(luò)合浸提等，較生物修復(fù)法和物理修復(fù)法具有低成本、見效快等優(yōu)點，因此，原位化學(xué)鈍化技術(shù)常用于重金屬污染農(nóng)田的修復(fù)[4]。 近些年來，隨著對土壤重金屬污染修復(fù)研究的深入， 低累積作物品種和葉面阻控劑在修復(fù)中的應(yīng)用逐漸引起研究人員的重視。

目前，重金屬污染農(nóng)田的土壤修復(fù)研究，主要集中在某種或某類鈍化材料的鈍化機理研究中[5-6]， 研究的作物多為蔬菜或者水稻[7-9]，而比較不同種類的重金屬鈍化修復(fù)安全利用技術(shù)的研究相對較少。 因此，本研究選用種植低積累水稻品種（10 個品種）、施用土壤調(diào)理劑（7 種土壤調(diào)理劑）和噴施葉面阻控劑（5 種葉面阻控劑）等3 類技術(shù)，在仙游縣度尾鎮(zhèn)酸性水稻土耕地開展重金屬鈍化修復(fù)安全利用技術(shù)比選試驗， 篩選出適宜于重金屬污染酸性水稻土的安全利用修復(fù)技術(shù)措施， 旨在為酸性水稻田的重金屬修復(fù)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 土壤背景值

試驗地點位于仙游縣度尾鎮(zhèn)潭邊居委會（25°40′26″N、118°58′29″ E），試驗點位置見圖 1。 試驗田的選擇標(biāo)準(zhǔn)：地勢平整、水稻種植面積較大，灌溉條件良好，土壤有 Cd、Pb、Cr 及 Cd/Pb 復(fù)合污染。試驗田土壤 Cd含量為0.32 mg/kg，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618-2018）， 選取的試驗田為Cd 污染安全利用類耕地，土壤pH 4.76，為酸性水稻土。 具體試驗田土壤理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗田土壤基本理化性質(zhì)

圖1 試驗點位置

1.2 供試材料

試驗選用豐兩優(yōu)1 號、恒豐優(yōu)、滬優(yōu)明占、佳福占、威良優(yōu) 1 號、甬優(yōu) 1540、甬優(yōu) 4949、汕優(yōu) 016、現(xiàn)豐華占和甬優(yōu)2640 等10 個水稻品種。

試驗共選用7 種土壤調(diào)理劑和5 種葉面阻控劑，其中主要成分見表2。

1.3 試驗設(shè)計

設(shè)置3 類安全利用技術(shù)試驗區(qū)，分別是低積累水稻品種、葉面阻控劑和土壤調(diào)理劑試驗區(qū)。 于2020 年3 月8 日開始育秧， 土壤調(diào)理劑試驗區(qū)于4 月5 日開始撒施土壤調(diào)理劑（表2）并翻耕使其混合均勻，處理7 d 后，于4 月12~15 日統(tǒng)一插秧。 葉面阻控劑試驗區(qū)分別于分葉末期至拔節(jié)初期（5 月20 日）、灌漿初期（6 月 16 日）進(jìn)行葉面噴施。 在水稻成熟期（7 月15 日） 對各試驗區(qū)的稻谷和土壤均采用五點法分別進(jìn)行統(tǒng)一采樣。

表2 試驗材料匯總

1.3.1 低積累水稻品種驗證試驗區(qū) 在該區(qū)域內(nèi)選取3 塊地勢平坦、 面積1 畝的田塊用于進(jìn)行低積累水稻品種驗證試驗， 每塊試驗田均分為10 個小區(qū)，分別種植一個水稻品種， 每個小區(qū)之間間隔30 cm。田間水肥管理與當(dāng)?shù)卦械墓芾硭奖３忠恢隆?/p>

1.3.2 土壤調(diào)理劑驗證試驗區(qū) 在該區(qū)域內(nèi)選取7 塊地勢平坦、面積0.6 畝的田塊，田埂寬度不少于20 cm、高度不低于30 cm，田埂覆蓋塑料薄膜，每一塊小區(qū)都設(shè)置單獨的進(jìn)水口、出水口，用于土壤調(diào)理劑驗證試驗。 采用裂區(qū)方法， 將每塊田平均一分為二，1 個為對照區(qū)、1 個為處理區(qū)，每塊大田撒施1 種調(diào)理劑， 比較重金屬在土壤中的有效態(tài)降低和糙米中含量的降低情況。 水稻品種選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N現(xiàn)豐華占， 田間水肥管理與當(dāng)?shù)卦械墓芾硭奖３忠恢隆?/p>

1.3.3 葉面阻控劑驗證試驗區(qū) 在該區(qū)域內(nèi)選取5 塊地勢平坦、面積0.6 畝的田塊，用于葉面阻控劑驗證試驗，每塊小區(qū)之間間隔為30 cm，采用裂區(qū)方法將同種水稻田等分為處理組和空白對照組， 重金屬含量處理組噴施1 種葉面阻控劑， 比較同一品種水稻的處理組和對照組重金屬有效態(tài)降低和糙米重金屬含量降低情況。 水稻品種選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N現(xiàn)豐華占， 田間水肥管理水平與當(dāng)?shù)卦械墓芾硭奖３忠恢隆?/p>

1.4 檢測方法

采用電位法（土水比1∶2.5）測定水稻田土壤pH[10]；土壤重金屬有效態(tài)含量測定采用DTPA 浸提-原子吸收分光光度法； 稻米重金屬含量測定采用HNO3-H2O2微波消解-石墨爐原子吸收分光光度法測定[11]。樣品測定過程中， 同時用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品（GBW07405-土壤國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0 統(tǒng)計軟件對測定的試驗數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用Origin 2017 制圖軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鈍化修復(fù)技術(shù)鈍化效果分析

2.1.1 低積累水稻品種對糙米重金屬含量的影響不同水稻品種糙米中重金屬含量分析結(jié)果（圖2）表明不同的水稻品種對重金屬的吸收差異顯著：10 個水稻品種重金屬Pb 含量均未超過限量值，汕優(yōu)重金屬Pb 含量最低（0.06 mg/kg）；10 個水稻品種中，僅甬優(yōu)1540 和甬優(yōu)4949 重金屬Cd 含量未超過限量值，且甬優(yōu) 1540 重金屬 Cd 含量最低（0.13 mg/kg）； 10 個水稻品種重金屬Cr 含量均未超過限量值， 威良優(yōu)1 號重金屬 Cr 含量最低（0.23 mg/kg）； 10 個水稻品種重金屬Hg 含量均未超過限量值，甬優(yōu)1540 重金屬Hg含量最低 （0.003 mg/kg）；10 個水稻品種重金屬無機As 含量均未超過限量值，威良優(yōu)1 號重金屬無機As含量最低（0.15 mg/kg）。 根據(jù)試驗對比和分析測試結(jié)果， 甬優(yōu)1540 對土壤中重金屬的吸收量低于其他品種。

圖2 低積累品種篩選結(jié)果

2.1.2 不同土壤調(diào)理劑對土壤有效態(tài)重金屬含量和糙米重金屬含量的影響 不同土壤調(diào)理劑對土壤有效態(tài)重金屬的影響結(jié)果（圖3）表明，7 種土壤調(diào)理劑中，農(nóng)地樂處理過的土壤有效態(tài)As 較對照組減少最多，達(dá)到14.71%；天象1 號處理過的土壤有效態(tài)Cd減少最多， 達(dá)到25%； 楚戈處理過的土壤有效態(tài)Cr減少最多，達(dá)到12.5%；炭基土壤重金屬鈍化劑處理過的土壤有效態(tài)Pb 減少最多， 達(dá)到13.04%。 由于7 個處理組土壤中Hg 的含量較低， 有效態(tài)Hg 未檢出。 上述結(jié)果表明，與其他6 種土壤調(diào)節(jié)劑相比，天象1 號可以顯著降低土壤有效態(tài)Cd 含量，且不會提高其他土壤有效態(tài)重金屬的含量。

圖3 土壤調(diào)理劑驗證區(qū)有效態(tài)重金屬檢測結(jié)果

不同土壤調(diào)理劑對糙米中重金屬含量的結(jié)果表明（圖4），7 種土壤調(diào)理劑中，維地康處理組的糙米As 含量較CK 減少最多，達(dá)到10.47%；楚戈處理組的糙米Cd 含量較CK 減少最多，達(dá)到55.56%；農(nóng)地樂處理組的糙米Cr 含量減少最多，達(dá)到71.39%；楚戈的處理組的糙米Hg 含量減少最多，達(dá)到25%；除炭基土壤重金屬鈍化劑CK 外， 由于土壤中Hg 的含量較低，均未檢出糙米Hg；與CK 相比，炭基土壤重金屬鈍化劑修復(fù)后，糙米Pb 減少了100%，治理效果最佳。 上述結(jié)果表明， 楚戈土壤調(diào)理劑克有效修復(fù)Cd污染水稻土，但不適用于Cd、As、Cr 混合污染的水稻土； 微生物菌劑維地康則可有效修復(fù)As 污染土壤。

圖4 不同土壤調(diào)理劑對糙米中重金屬含量的影響

2.1.3 不同葉面阻控劑對糙米重金屬含量的影響不同葉面阻控劑處理對糙米重金屬含量的結(jié)果表明（圖5），CK 組除猛降鎘組的糙米總砷未超標(biāo)外，其余總砷量均超標(biāo)，5 種葉面阻控劑也均導(dǎo)致糙米總砷量升高，鈍化效率為鎘盾（-4.26%）<諾果康（-6.28%）<降鎘靈 （-7.31%）<鎘無憂 （-8.51%，）<猛降鎘（-32.24%）；猛降鎘、鎘盾、鎘無憂的 CK 組糙米Cd超過國家食品限量值，其余未超標(biāo)。 5 種葉面阻控劑中，鈍化效率（糙米重金屬含量）為猛降鎘（80.07%，0.225 mg/kg）<鎘無憂 （27.57%，0.059 mg/kg）<鎘盾（8.88%，0.019 mg/kg）<諾果康（-2.17%，-0.002 mg/kg）<降鎘靈 （-45.45%，-0.035 mg/kg）， 猛降鎘的治理效果最佳； 5 種葉面阻控劑中， Cr 鈍化效率（糙米重金屬含量）為諾果康（42.48%，0.175 mg/kg）<猛降鎘（25.7%，0.083 mg/kg）<降鎘靈（12.41%，0.035 mg/kg）<鎘無憂 （-108.67%，-0.163 mg/kg）<鎘盾 （-144%，-0.216 mg/kg），諾果康的治理效果最佳，猛降鎘其次；5 種葉面阻控劑中，Hg 鈍化效率（糙米重金屬含量）為猛降鎘（25%，0.001 mg/kg）<諾果康（20%，0.001 mg/kg）<降鎘靈（0%，0 mg/kg）<鎘無憂（-33.33%，-0.001 mg/kg）<鎘盾（-66.67%，-0.002 mg/kg），猛降鎘的治理效果最佳； 5 種葉面阻控劑中，Pb 鈍化效率 （糙米重金屬含量）為諾果康（100%，0.062 mg/kg）=鎘無憂（100%，0.068 mg/kg）<降鎘靈（1.64%，0.001 mg/kg）<鎘盾（-1.47%，-0.001 mg/kg）<猛降鎘（-9.84%，-0.006 mg/kg），諾果康、鎘無憂的治理效果最佳，修復(fù)后，均未檢出糙米Pb。 由上述結(jié)果可知，含有機硅的葉面阻控劑雖然對重金屬污染的酸性水稻土中Cd 有一定的鈍化效果，但糙米As 含量超標(biāo)。

圖5 不同葉面阻控劑處理對糙米重金屬含量的影響

2.2 不同土壤調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量的影響

不同土壤調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量的影響表明（圖6），諾地康（增幅55.55%，增產(chǎn)233.3 kg/畝）>炭基土壤重金屬鈍化劑（增幅45%，增產(chǎn)240 kg/畝）>特貝鈣（增幅25.35%，增產(chǎn) 120 kg/畝）>農(nóng)地樂（增幅 9.88%，增產(chǎn) 53.3 kg/畝）>維地康（增幅 5.68%，增產(chǎn) 33.3 kg/畝）>楚戈（降幅 4.29%，減產(chǎn) 20 kg/畝）>天象 1 號（降幅7.41%，減產(chǎn)40 kg/畝），除楚戈和天象1 號外，其余土壤調(diào)理劑施用均能提高水稻產(chǎn)量。

圖6 土壤調(diào)理劑試驗區(qū)產(chǎn)量統(tǒng)計

不同葉面阻控劑處理對水稻產(chǎn)量的影響表明（圖 7），猛降鎘（增幅 42.9%，增產(chǎn) 240 kg/畝）>諾果康（增幅 20.78%， 增產(chǎn) 106.66 kg/畝）>降鎘靈 （增幅9.09%，增產(chǎn) 46.66 kg/畝）>鎘無憂（與 CK 相同）＝鎘盾（與CK 相同），可見施用葉面阻控劑猛降鎘顯著提高水稻的產(chǎn)量。

圖7 葉面阻控劑試驗區(qū)產(chǎn)量統(tǒng)計

3 結(jié)論

綜上所述，低積累水稻品種、土壤調(diào)理劑和葉面阻控劑對試驗地水稻土有效態(tài)重金屬含量、 糙米重金屬含量及水稻產(chǎn)量的影響有以下幾點。

（1）針對重金屬Cd 超標(biāo)酸性水稻土，甬優(yōu)1540重金屬Cd 含量最低（0.13 mg/kg），且其他重金屬含量均未超過限量值，則推薦甬優(yōu)1540 作為低積累水稻品種。

（2）選用的7 種土壤調(diào)理劑中，從不同土壤調(diào)理劑對土壤有效態(tài)重金屬影響的角度分析， 天象1 號可以顯著降低土壤有效態(tài)Cd 含量，且不會提高其他有效態(tài)重金屬的含量， 可以推薦使用天象1 號作為重金屬Cd 超標(biāo)酸性水稻土的土壤調(diào)理劑；從不同土壤調(diào)理劑對糙米中重金屬含量影響的角度分析，楚戈的治理效果最佳，但不適用于重金屬Cd、Cr、As 混合超標(biāo)水稻土。 楚戈和天象1 號土壤調(diào)理劑的施用雖會降低水稻產(chǎn)量，但降幅不大，可以忽略。

（3）針對重金屬Cd 污染的酸性水稻土，葉面阻控劑中猛降鎘可顯著提高水稻的產(chǎn)量。 含有機硅的葉面阻控劑雖然有一定的鈍化效果， 但存在導(dǎo)致糙米As 含量超標(biāo)的情況，建議存在Cd、As 污染的酸性水稻土田間慎用有機硅葉面阻控劑， 或繼續(xù)研究篩選適宜的其他阻控劑。