胡含秀 周曉天 王垚 劉瑩 馬中文 陳勇 馬友華

摘要：為探究修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑對(duì)鎘污染農(nóng)田水稻的安全生產(chǎn)效果，對(duì)鎘污染耕地進(jìn)行安全利用和修復(fù)治理，保障水稻糧食安全，篩選出耕地安全利用經(jīng)濟(jì)可行的農(nóng)藝方法，在某鎘污染耕地開(kāi)展修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑修復(fù)水稻田間試驗(yàn)，對(duì)土壤pH值、有效態(tài)鎘含量、水稻籽粒、秸稈鎘含量、土壤養(yǎng)分含量及水稻養(yǎng)分含量進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，空白處理的籽粒鎘含量超出國(guó)家食品安全限量值（Cd含量>0.2 mg/kg），經(jīng)復(fù)合鈍化劑、修復(fù)復(fù)合肥、石灰+有機(jī)肥、竹炭、修復(fù)復(fù)合肥+竹炭、紫云英、修復(fù)復(fù)合肥+紫云英等處理后水稻籽粒鎘含量均可至國(guó)家食品安全限量值以下，各處理較CK降低水稻籽粒鎘含量40.18%～59.10%，降低水稻秸稈鎘含量25.39%～48.20%，提升土壤pH值0.55～0.88，降低土壤鎘有效態(tài)鎘含量13.38%～34.45%，降低水稻籽粒鎘富集系數(shù)37.31%～57.17%，降低土壤鎘的生物有效性系數(shù)8.87%～31.60%，綜合提升土壤養(yǎng)分含量和植株養(yǎng)分含量，對(duì)水稻產(chǎn)量沒(méi)有顯著性影響。修復(fù)復(fù)合肥和選用的鈍化劑對(duì)鎘輕度污染耕地水稻均具有較好的安全利用效果，綜合安全利用效果、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益分析，修復(fù)復(fù)合肥具有更強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)性和可操作性，實(shí)現(xiàn)了施肥與鎘污染農(nóng)田安全利用的結(jié)合，同時(shí)綜合提升土壤全氮、有效磷、堿解氮、速效鉀和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量，促進(jìn)水稻對(duì)氮磷鉀等養(yǎng)分吸收。研究結(jié)果可為長(zhǎng)江流域中輕度鎘污染耕地安全生產(chǎn)提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：修復(fù)復(fù)合肥；竹炭；鎘污染；水稻；安全利用

中圖分類號(hào)：X53? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）23-0203-08

近年來(lái)，我國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展，礦產(chǎn)、電鍍、冶金等工業(yè)排放、汽車尾氣排放及農(nóng)業(yè)投入品過(guò)量使用導(dǎo)致土壤中大量重金屬的人為輸入［1-2］。目前，中國(guó)耕地重金屬污染問(wèn)題較為突出，鎘是造成我國(guó)土壤污染面積最大、危害最嚴(yán)重的重金屬［3-4］。該元素富集性強(qiáng)，降解難度高，容易經(jīng)農(nóng)產(chǎn)品富集進(jìn)入人體，造成人體慢性鎘中毒。當(dāng)農(nóng)田土壤鎘含量超出正常水平時(shí)，易造成作物光合作物抑制，從而導(dǎo)致作物減產(chǎn)［5-8］。農(nóng)產(chǎn)品鎘含量若超出GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》所規(guī)定的限量值（Cd含量<0.2 mg/kg），將無(wú)法作為商品糧銷售，給農(nóng)民造成經(jīng)濟(jì)損失［9］。本研究通過(guò)修復(fù)復(fù)合肥與選取的多種鈍化劑進(jìn)行田間試驗(yàn)比較研究，探索環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與食品安全效益相結(jié)合的新模式，為當(dāng)前鎘污染耕地的安全利用提供有效依據(jù)，為鎘污染農(nóng)田水稻的安全生產(chǎn)提供新思路。目前在土壤鎘污染治理中，通常采用2種途徑：一是改變鎘在土壤中的賦存形態(tài)和化學(xué)形態(tài)，降低其生物有效性；二是減少土壤中鎘的總量，使其降低至農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值以下［10-16］。其中原位鈍化技術(shù)在鎘污染土壤修復(fù)實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用，采用鈍化劑來(lái)降低污染物在土壤中的活性，抑制作物對(duì)土壤污染物的吸收，其修復(fù)周期短、效果好［17-22］。原位鈍化修復(fù)常使用石灰、有機(jī)肥、生物炭等鈍化劑。相關(guān)研究表明，在偏酸性農(nóng)田土壤中，采用石灰等堿性修復(fù)材料，能夠顯著降低土壤中鎘離子生物有效性，但是石灰長(zhǎng)期單施易導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)和速效鉀含量降低［23］。有機(jī)肥可以提升土壤中有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分含量，同時(shí)降低土壤中的水溶性和可交換態(tài)重金屬［24］，石灰與有機(jī)肥復(fù)配較石灰單施對(duì)土壤中的鎘可以產(chǎn)生更佳的鈍化效果［25-26］。竹炭表面附著大量含氧官能團(tuán)，帶有大量的負(fù)電荷，可以吸附固定土壤中的重金屬離子［27］。復(fù)合材料是近年來(lái)興起的鈍化劑，通常無(wú)機(jī)材料養(yǎng)分含量低，單獨(dú)施用易造成土壤板結(jié)、破壞土壤團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，而有機(jī)材料可以補(bǔ)充土壤腐殖酸，同時(shí)也在一定程度上與重金屬發(fā)生絡(luò)合作用，固定土壤重金屬［28］。紫云英作為綠肥，同時(shí)也是一種有機(jī)鈍化劑。相關(guān)研究表明，在紫云英翻壓后的農(nóng)田中種植水稻，水稻籽粒中鎘含量明顯降低［29］。優(yōu)化施肥是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部推薦的《輕中度污染耕地安全利用與治理修復(fù)技術(shù)名錄》中的一種農(nóng)藝調(diào)控措施，以鈣鎂磷肥替代磷酸一銨，以硫酸鉀替代氯化鉀，優(yōu)化銨態(tài)氮與硝態(tài)氮的施用比例。國(guó)內(nèi)外研究表明，鈣鎂磷肥與硫酸鉀能夠與重金屬離子形成難溶性沉淀物來(lái)降低重金屬離子的生物有效性，減少植物對(duì)重金屬的吸收［30-31］。在實(shí)際的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，原位鈍化修復(fù)時(shí)鈍化劑的施用不僅額外增加了農(nóng)民的耕作成本，在施用基肥前額外施用鈍化劑還導(dǎo)致操作不便。修復(fù)復(fù)合肥是以“優(yōu)化施肥”為技術(shù)指導(dǎo)，對(duì)相應(yīng)的氮、磷、鉀肥進(jìn)行合理配比的新型降鎘肥料，同時(shí)該肥料具備作物生長(zhǎng)的必需養(yǎng)分，不必額外施用鈍化劑和基肥，減輕了作物生產(chǎn)成本，一次性施用肥料更加省時(shí)省力，操作簡(jiǎn)單。目前修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑原位鈍化修復(fù)的技術(shù)模式缺乏安全利用效果比較研究。本試驗(yàn)在安徽省池州市貴池區(qū)某地開(kāi)展鎘污染耕地田間小區(qū)試驗(yàn)，選取多種鈍化劑與修復(fù)復(fù)合肥進(jìn)行水稻籽粒鎘含量、水稻產(chǎn)量、水稻養(yǎng)分含量、土壤有效態(tài)鎘含量及土壤養(yǎng)分含量等試驗(yàn)效果比較，并對(duì)其經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，以評(píng)價(jià)多種技術(shù)模式對(duì)耕地鎘污染的修復(fù)作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與供試材料

本試驗(yàn)為田間試驗(yàn)，試驗(yàn)時(shí)間是2021年5—9月的水稻生長(zhǎng)季節(jié)，在安徽省池州市貴池區(qū)進(jìn)行。

試驗(yàn)地土壤為黃棕壤水稻土，土壤基本理化性質(zhì)為pH值5.08，鎘含量為0.60 mg/kg，汞含量為0.131 mg/kg，砷含量為21.8 mg/kg，鉛含量為 46 mg/kg，鉻含量為47 mg/kg，鎘含量超出《土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn) 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值和管制值（試行）》中所規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值（pH值≤5.5，全量Cd含量>0.3 mg/kg），屬于輕中度鎘污染土壤，供試水稻品種為和兩優(yōu)1177。

供試材料為修復(fù)復(fù)合肥、復(fù)合鈍化劑、竹炭、石灰、有機(jī)肥、紫云英。修復(fù)復(fù)合肥購(gòu)買于中鹽安徽紅四方股份有限公司，材料的主要成分為鈣鎂磷肥（20%）、硫酸鉀（10%）、尿素（15%）；復(fù)合鈍化劑購(gòu)買于安徽省合肥市農(nóng)用品市場(chǎng)，主要成分為膨潤(rùn)土（5%）、海泡石（10%）、有機(jī)肥（20%）。修復(fù)復(fù)合肥與復(fù)合鈍化劑的具體成分配比受國(guó)家發(fā)明專利保護(hù)。竹炭、石灰、有機(jī)肥、復(fù)合肥（N、P2O5、K2O含量均為17%）在池州市貴池區(qū)當(dāng)?shù)剞r(nóng)用品市場(chǎng)購(gòu)買。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置8個(gè)處理，每個(gè)處理3次重復(fù)：空白對(duì)照、復(fù)合鈍化劑、修復(fù)復(fù)合肥、石灰+有機(jī)肥、竹炭、修復(fù)復(fù)合肥+竹炭、紫云英、修復(fù)復(fù)合肥+紫云英，試驗(yàn)材料及施用量見(jiàn)表1。

小區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用區(qū)組隨機(jī)分布，每個(gè)小區(qū)為20 m2，各小區(qū)用塑料薄膜覆蓋的埂分開(kāi)，保證每個(gè)處理均清水灌溉，截?cái)辔廴驹?。水稻種植密度為 13 cm×30 cm，栽培方式采用移栽。

2021年6月，施用復(fù)合肥作基肥，鈍化劑等與肥料先施入各小區(qū)，加入鈍化劑時(shí)，水田為稀泥狀態(tài)，用旋耕機(jī)混勻，翻耕期間直至種植作物前，田中水不外排，翻耕后7 d移栽水稻，20 d后追施分蘗肥，于水稻孕穗期追施穗肥。

1.3 樣品采集

水稻成熟后每個(gè)小區(qū)單獨(dú)測(cè)產(chǎn)，測(cè)定每個(gè)小區(qū)的實(shí)際產(chǎn)量，并同步采集土壤和水稻樣品。土壤樣品按小區(qū)內(nèi)多點(diǎn)隨機(jī)取樣法采集，采集0～20 cm耕層土壤，經(jīng)自然風(fēng)干后，研磨過(guò)100目篩（0.150 mm）和10目篩（2 mm），各樣品研磨粉碎后過(guò)100目篩保存?zhèn)溆谩Ｋ境墒炱谶M(jìn)行實(shí)際測(cè)產(chǎn)，并按梅花形取樣法每個(gè)小區(qū)采取水稻5株，分籽粒和秸稈兩部分收集，秸稈樣品用超純水清洗后，在烘箱于105 ℃下殺青 30 min，籽粒部分在70 ℃烘干，脫粒去殼后制得籽粒（糙米）樣品，研磨粉碎過(guò)100目篩保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 樣品分析方法

土壤pH值采用蒸餾水浸提（土水質(zhì)量比1 ∶2.5），精密pH計(jì)測(cè)定。土壤有效態(tài)鎘測(cè)定參照GB/T 23739—2009《土壤質(zhì)量 有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定 原子吸收法》，水稻秸稈、籽粒樣品測(cè)定參照GB/T 5009.15—2003《食品中鎘的測(cè)定》。采用原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行土壤及水稻植株鎘含量測(cè)定。土壤有效態(tài)鎘、鉛測(cè)定參照GB/T 23739—2009《土壤質(zhì)量 有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定 原子吸收法》。水稻植株氮、磷、鉀的測(cè)定采用H2SO4-H2O2消煮法。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析分別采用Excel 2020 和 SPSS 26.0，采用單因素方差分析（ANOVA），處理間的差異用Duncans法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)（α=0.05和α=0.01）。可視化分析作圖采用Origin 2022。

水稻某部位鎘含量富集系數(shù)（BCF）=水稻某部位鎘含量/土壤全量鎘含量。

水稻某部位鎘含量有效富集系數(shù)（BAF）=水稻某部位鎘含量/土壤有效態(tài)鎘含量。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（TF）=水稻籽粒中鎘含量/水稻秸稈中鎘含量。

土壤重金屬生物有效性系數(shù)（K）=土壤有效態(tài)鎘含量/土壤全量鎘含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑對(duì)土壤pH值、有效態(tài)鎘含量的影響

水稻成熟期的土壤pH值和有效態(tài)鎘含量如圖1所示。試驗(yàn)表明，經(jīng)修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑處理后，各土壤調(diào)理劑處理的土壤pH值較CK處理顯著提升了0.55～0.88，各土壤調(diào)理劑處理之間不存在顯著性差異。同時(shí)，各小區(qū)土壤有效態(tài)鎘含量相較于空白處理有不同程度的下降，降幅為13.38%～34.45%，其中XT相較于其他處理對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的降低效果最為顯著，與其他處理（XS除外）均存在顯著差異性，其數(shù)值為0.185 mg/kg，XS的降低效果次之。XT、XS為修復(fù)復(fù)合肥與竹炭、紫云英的聯(lián)合施用處理，較修復(fù)復(fù)合肥、竹炭或紫云英單獨(dú)施用的降低土壤有效態(tài)鎘效果更佳。

2.2 修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑對(duì)水稻重金屬吸收的抑制效果

水稻各部分鎘含量如圖2所示。水稻秸稈鎘含量為0.218～0.420 mg/kg，各土壤調(diào)理劑處理水稻秸稈鎘含量與CK相比均顯著降低，降幅為25.39%～48.20%，其中XT、XS與其他處理存在顯著差異，對(duì)水稻秸稈鎘含量有更佳的降低效果。水稻籽粒鎘含量為0.113～0.277 mg/kg，各土壤調(diào)理劑處理水稻籽粒鎘含量與CK相比同樣均顯著降低，降幅為40.18%～59.10%，其中XT對(duì)籽粒鎘含量的降低效果最明顯，其數(shù)值僅為CK的40.87%，其次是ZT。上述結(jié)果表明，經(jīng)修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑處理后，秸稈對(duì)土壤中鎘的吸收量明顯降低，進(jìn)而抑制了籽粒對(duì)鎘的吸收量。該污染土壤中CK的水稻籽粒鎘含量超國(guó)家食品安全限量值，經(jīng)修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑等處理后的水稻籽粒鎘含量符合該標(biāo)準(zhǔn)。

水稻籽粒與秸稈的富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)及生物有效性系數(shù)如表2所示。修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑處理較CK均顯著降低了秸稈的富集系數(shù)，降幅為21.25%～46.87%，其中XS只與XT間不存在顯著性差異，與其他處理間均存在顯著性差異；各處理相較于CK對(duì)水稻籽粒鎘的富集也存在顯著的抑制，顯著降低了鎘在籽粒中的富集系數(shù)，降幅為37.31%～57.17%，其中XT只與ZT間不存在顯著性差異，與其他處理間均存在顯著性差異。上述結(jié)果說(shuō)明各處理對(duì)于水稻秸稈和籽粒對(duì)土壤鎘的富集均有抑制作用，其中XT、XS相較于其他處理對(duì)秸稈富集鎘的抑制作用更強(qiáng)，XT、ZT相較于其他處理對(duì)籽粒鎘富集具有更強(qiáng)的抑制作用。對(duì)于土壤鎘的有效態(tài)富集，SF、ZT、XT與XS顯著降低了水稻秸稈的有效富集系數(shù)，各處理均顯著降低了水稻籽粒的有效富集系數(shù)，降幅分別為17.22%～25.55%、15.20%～41.12%，表明SF、ZT、XT與XS抑制土壤鎘的有效態(tài)向秸稈的富集，各處理均抑制了土壤鎘的有效態(tài)向籽粒的富集，水稻籽粒、秸稈對(duì)有效態(tài)鎘的富集作用高于全量鎘。ZT、XT顯著降低了水稻鎘從籽粒向秸稈的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，降幅分別為22.22%、22.07%，表明ZT、XT對(duì)鎘從秸稈向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)起到了明顯的截留作用。整體上，經(jīng)修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑處理后土壤中鎘的生物有效性系數(shù)較CK均呈現(xiàn)顯著降低，降低8.87%～31.60%，其中XF、XT、XS與其他處理間均存在顯著性差異，表明XF、XT、XS降低土壤鎘的生物有效性的效果高于其他6個(gè)處理。

2.3 土壤有效態(tài)鎘含量與土壤pH值以及水稻秸稈、籽粒鎘含量、富集系數(shù)、轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的相關(guān)性分析

土壤有效態(tài)鎘含量與土壤pH值及水稻秸稈、籽粒鎘含量的相關(guān)性分析如表3所示。土壤有效態(tài)鎘含量與土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)（P<0.01），與水稻籽粒鎘、秸稈鎘含量、BCF（籽粒）、BCF（秸稈）均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01）。水稻籽粒鎘含量與秸稈鎘含量、BCF（籽粒）、BCF（秸稈）均呈極顯著正相關(guān)（P<0.01），與TF呈顯著正相關(guān)。BCF（籽粒）與TF呈顯著正相關(guān)（P<0.05）。上述結(jié)果表明，土壤pH值對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量有較強(qiáng)的影響；土壤有效態(tài)鎘含量影響水稻秸稈、籽粒鎘含量及其富集土壤鎘的強(qiáng)度；鎘由秸稈向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)量影響籽粒對(duì)土壤鎘的富集量。

2.4 修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑對(duì)土壤養(yǎng)分含量的影響

水稻成熟期試驗(yàn)土壤養(yǎng)分含量如表4所示。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)修復(fù)復(fù)合肥和鈍化劑等處理后土壤堿解氮含量與CK相比顯著提升了10.12%～23.70%；除ZT外，其他處理對(duì)土壤全氮含量均有顯著性提升，增幅為18.10%～85.71%；除XF外，其他處理均能顯著提升土壤速效鉀含量，增幅為12.05%～26.10%；FH、AS和XS對(duì)土壤有效磷含量呈現(xiàn)顯著性提升，增幅為21.66%～69.34%，各處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有略微提升，但是未呈現(xiàn)顯著性差異。通過(guò)對(duì)結(jié)果綜合比較發(fā)現(xiàn)，各處理對(duì)土壤氮磷鉀和有機(jī)質(zhì)等養(yǎng)分指標(biāo)均有不同程度的提升，能夠在降低水稻籽粒鎘含量的同時(shí)，提升土壤肥力。

2.5 修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑對(duì)水稻產(chǎn)量及植株養(yǎng)分吸收的影響

水稻產(chǎn)量和水稻成熟期測(cè)定的水稻秸稈和水稻籽粒中營(yíng)養(yǎng)元素氮、磷、鉀含量如表5所示?？傮w上，經(jīng)修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑處理后水稻秸稈、籽粒中的氮磷鉀含量較CK均提升。其中，XF、ZT、XT、AS與XS對(duì)籽粒氮含量呈現(xiàn)顯著性提升，增幅為10.75%～21.98%；各土壤調(diào)理劑處理對(duì)籽粒磷含量和籽粒鉀含量呈現(xiàn)顯著性提升，增幅分別為12.15%～29.55%、9.52%～27.62%。上述結(jié)果表明：各土壤調(diào)理劑處理均可提升水稻秸稈對(duì)氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，進(jìn)而提升養(yǎng)分元素向水稻籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)，其中，XF、ZT、XT與XS可綜合提升水稻籽粒的氮、磷、鉀含量；各處理水稻產(chǎn)量為9 870～10 462 kg/hm2，無(wú)顯著性差異；雖然修復(fù)復(fù)合肥處理綜合提升了土壤養(yǎng)分含量與水稻植株氮磷鉀，但是對(duì)水稻產(chǎn)量未體現(xiàn)明顯的增產(chǎn)；經(jīng)修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑處理后水稻產(chǎn)量沒(méi)有顯著性變化。

2.6 修復(fù)復(fù)合肥與鈍化劑的經(jīng)濟(jì)效益比較

通過(guò)農(nóng)產(chǎn)品及土壤樣品檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對(duì)受污染耕地采用修復(fù)復(fù)合肥和鈍化劑進(jìn)行修復(fù)，均使受污染耕地達(dá)到安全利用的各項(xiàng)指標(biāo)。根據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)安全利用措施處理的水稻籽粒鎘含量達(dá)標(biāo)，但CK處理后的稻谷鎘含量不達(dá)標(biāo)。小區(qū)試驗(yàn)及示范試驗(yàn)的經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比如表6所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示，農(nóng)民當(dāng)季的生產(chǎn)總成本為9 220～22 165 元/hm2，根據(jù)當(dāng)?shù)厮井a(chǎn)量及商品糧價(jià)格，超標(biāo)的稻谷按飼料價(jià)格售賣，凈利潤(rùn)為3 206元/hm2；經(jīng)安全利用措施達(dá)標(biāo)后，凈利潤(rùn)為 3 497～17 082 元/hm2 （扣除農(nóng)業(yè)成本；超標(biāo)稻谷符合飼料標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)厥召?gòu)價(jià)按 1.3元/kg 計(jì)；達(dá)標(biāo)稻谷符合食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)?shù)厥召?gòu)價(jià)按2.6元/kg計(jì)；水稻產(chǎn)量為9 870～10 463 kg/hm2）。各處理的凈利潤(rùn)由高到低為 XF>XS>XT>AS>SF>ZT>FH>CK，產(chǎn)投比由高至低為XF>XT>XS>AS>SF>CK>ZT>FH。其中，XF、XS、XT和AS每季的凈利潤(rùn)均超過(guò)1萬(wàn)元/hm2，相較于空白處理增收 11 602～13 876元/hm2。綜上可知，安全利用措施投入低于治理達(dá)標(biāo)后的農(nóng)耕收益，表明通過(guò)修復(fù)復(fù)合肥和鈍化劑的施用，減少了農(nóng)民因耕地重金屬污染造成的商品糧無(wú)法銷售引起的損失。XF在這些處理中具有最高的凈利潤(rùn)和產(chǎn)投比，具有更可觀的經(jīng)濟(jì)收益，更易推廣。修復(fù)復(fù)合肥的施用不僅在上述試驗(yàn)結(jié)果中對(duì)水稻籽粒具有較好的降鎘效果，而且大幅度增加了農(nóng)民收入。

3 討論與結(jié)論

鎘從土壤向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)，需要經(jīng)過(guò)水稻根系的吸收，在該過(guò)程少量鎘會(huì)被水稻根系區(qū)隔化到液泡細(xì)胞中［32-33］。當(dāng)鎘離子進(jìn)入秸稈時(shí)，由于水稻在維管束木質(zhì)部薄壁細(xì)胞分泌植株防御素，大量鎘離子將在木質(zhì)部薄壁細(xì)胞中被截留，在此鎘形成鰲合物，不再向水稻籽粒中轉(zhuǎn)運(yùn)，因此通常水稻秸稈的富集量高于水稻籽粒［34］。本試驗(yàn)中BCF（秸稈）>BCF（籽粒）、BAF（秸稈）>BAF（籽粒）與TF（籽粒/秸稈）<1可證明上述研究。鎘在土壤的有效態(tài)主要為水溶態(tài)和可交換態(tài)，極易被水稻植株吸收，水稻對(duì)有效態(tài)鎘的富集量高于全量鎘，本試驗(yàn)中BAF（秸稈）>BCF（秸稈）、BAF（籽粒）>BCF（籽粒）可證實(shí)上述研究。

相關(guān)研究表明，鈍化劑主要通過(guò)影響土壤中鎘的生物有效性來(lái)降低籽粒對(duì)鎘的富集［35］。本試驗(yàn)中各土壤調(diào)理劑處理均顯著降低了K，但是僅有ZT、XT顯著降低了TF，可知各處理抑制水稻籽粒鎘富集的主要機(jī)制仍然是通過(guò)降低土壤鎘的生物有效性；同時(shí)竹炭單施、修復(fù)復(fù)合肥和竹炭聯(lián)合施用主要通過(guò)抑制鎘在土壤中的生物有效性和減少鎘從秸稈向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)途徑來(lái)降低水稻籽粒對(duì)鎘的富集量。相關(guān)性研究表明，降低土壤中鎘的生物有效性的主要機(jī)制是提高土壤pH值［36-37］。本試驗(yàn)中土壤有效態(tài)鎘含量與土壤pH值呈極顯著負(fù)相關(guān)（r=-0.549**），本試驗(yàn)中相關(guān)性分析結(jié)果與上述研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)中的修復(fù)復(fù)合肥富含硫酸鉀與鈣鎂磷肥。相關(guān)研究結(jié)果顯示，施用鈣鎂磷肥可以通過(guò)磷酸根離子與重金屬形成難溶性的磷酸鹽沉淀，降低重金屬在土壤中的生物有效性和遷移性［38］。Luo等研究發(fā)現(xiàn)，鈣鎂磷肥以37.5 g/m2的施用量可降低水稻籽粒鎘含量56.14%［39］。韓雷等的研究表明，鈣鎂磷肥的施用對(duì)鎘的鈍化率達(dá)87.7%以上［40］。硫酸鉀的施用量與土壤中有效態(tài)鎘含量成反比關(guān)系，可明顯降低植株對(duì)鎘的吸收［41］。Chen等的研究表明，硫酸鉀的施用降低了小麥對(duì)鎘的植物利用度。本試驗(yàn)中鈣鎂磷肥與硫酸鉀的施用可降低水稻籽粒鎘含量42.61%，降低土壤有效態(tài)鎘含量27.43%，與相關(guān)研究結(jié)果［42］基本一致。

相關(guān)研究結(jié)果顯示，竹炭作為生物炭的一種，具有較高的比表面積，內(nèi)部稀松多孔，表面附著大量含氧官能團(tuán)，帶有大量的負(fù)電荷，既可通過(guò)表面吸附直接吸附土壤中的重金屬，也可以與重金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)來(lái)降低其對(duì)植物的毒性［43-45］。倪幸等研究表明，當(dāng)竹炭添加量為5.0%時(shí)，抑制了土壤重金屬向小麥根部的轉(zhuǎn)運(yùn)，小麥籽粒鎘含量顯著降低了23.33%［27］。本試驗(yàn)中竹炭可降低水稻籽粒鎘含量50.35%，略高于小麥籽粒鎘含量，這可能是由于水稻較于小麥對(duì)鎘具有更強(qiáng)的富集作用［46］，施用鈍化劑作用效果更加明顯。

本試驗(yàn)中對(duì)水稻籽粒鎘含量降低效果最為顯著的為XT，其次為ZT。經(jīng)XT作用的水稻籽粒鎘含量為CK的59.10%，土壤有效態(tài)鎘含量較CK降低34.45%，說(shuō)明修復(fù)復(fù)合肥和竹炭聯(lián)合施用比單施修復(fù)肥料或者竹炭對(duì)水稻籽粒鎘含量的降低效果效果更顯著，這可能是由于修復(fù)復(fù)合肥和竹炭聯(lián)合作用下土壤中的鎘離子形成螯合物并在竹炭表面或內(nèi)部被吸附，土壤中的鎘被牢固地固定且難以分解［47］。

本試驗(yàn)中AS、XS也具有出色的降鎘效果和經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)水稻籽粒鎘的降低率為42.00%、41.05%，對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量為20.06%、30.22%。AS與XS均采用了紫云英，紫云英為目前國(guó)內(nèi)常用的優(yōu)質(zhì)綠肥，有利于改善土壤環(huán)境。朱啟東等研究表明，紫云英可以通過(guò)降低土壤有效態(tài)鎘含量和降低鎘從秸稈向籽粒中的轉(zhuǎn)運(yùn)來(lái)降低水稻籽粒鎘含量，施用紫云籽降低成熟期水稻籽粒鎘含量57.6%，降低水稻鎘從籽粒向秸稈的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)52.2%［48］。該研究中紫云英降低水稻籽粒鎘的效果基本與本試驗(yàn)結(jié)果一致，但是本試驗(yàn)中紫云英施用降低水稻鎘從籽粒向秸稈的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)僅達(dá)15.07%，修復(fù)復(fù)合肥+紫云英提升了水稻鎘從籽粒向秸稈的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)14.31%，且均未呈現(xiàn)顯著性，該結(jié)果與本試驗(yàn)結(jié)果不符，有待進(jìn)一步深入探究。

綜上所述，可以得出如下結(jié)論：（1）復(fù)合鈍化劑、修復(fù)復(fù)合肥、石灰+有機(jī)肥、竹炭、修復(fù)復(fù)合肥+竹炭、紫云英、修復(fù)復(fù)合肥+紫云英均可有效降低土壤鎘的生物有效性，抑制鎘從土壤向水稻地上部的富集，使產(chǎn)出的水稻籽粒達(dá)到國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。

（2）修復(fù)復(fù)合肥和竹炭聯(lián)合施用相較于其他處理降低水稻籽粒鎘含量的效果最佳，降幅可達(dá)40.18%；其次是竹炭單施、修復(fù)復(fù)合肥單施，這可能是由于修復(fù)復(fù)合肥與竹炭聯(lián)合作用于土壤時(shí)對(duì)于鎘離子的螯合及吸附具有更強(qiáng)的協(xié)同作用。

（3）采用修復(fù)復(fù)合肥安全利用鎘污染耕地產(chǎn)生了最佳的經(jīng)濟(jì)效益，不僅顯著降低了水稻籽粒鎘含量，同時(shí)具有較高的凈利潤(rùn)和產(chǎn)投比，分別達(dá)到了 17 082元/hm2、2.85，相較于空白處理每季增收 13 876 元/hm2，可大幅度增加農(nóng)民收入，宜在污染農(nóng)田應(yīng)用。

（4）綜合對(duì)比空白、復(fù)合鈍化劑、修復(fù)復(fù)合肥、石灰+有機(jī)肥、竹炭、修復(fù)復(fù)合肥+竹炭、紫云英、修復(fù)復(fù)合肥+紫云英等處理產(chǎn)生的環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益與食品安全效益，修復(fù)復(fù)合肥單獨(dú)施用具有最佳的綜合效果，其可操作性強(qiáng)，減輕了農(nóng)民的生產(chǎn)成本與人工成本，能夠有效降低水稻籽粒鎘含量，同步提升土壤養(yǎng)分含量和水稻植株養(yǎng)分含量，能夠達(dá)到輕中度鎘污染耕地的安全利用，更適宜長(zhǎng)期開(kāi)展并進(jìn)一步推廣。

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