關(guān)鍵詞：土壤調(diào)理劑；有效鎘含量；重金屬；水稻

0引言

麻江縣地處貴州省中部，處于云貴高原向湘桂丘陵過(guò)渡的斜坡地帶，總面積960km2，全縣轄7個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（街道）63個(gè)村，2021年底，全縣戶籍人口51224戶171115人。麻江縣礦產(chǎn)資源豐富，通過(guò)調(diào)查評(píng)價(jià)與勘查工作，發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)多達(dá)24種，礦物質(zhì)的豐富與開(kāi)采，伴隨而來(lái)的就是土壤重金屬的高背景值與污染，進(jìn)而影響到農(nóng)產(chǎn)品安全。為了探索適宜在大田生產(chǎn)中推廣運(yùn)用的修復(fù)治理方法，緩減土壤中重金屬的釋放量，降低土壤重金屬的生物有效性，麻江縣在耕地生產(chǎn)障礙修復(fù)治理方面做了一定工作，施用土壤調(diào)理劑是其中的措施之一。試驗(yàn)田選在麻江縣杏山街道有生產(chǎn)障礙的耕地，用4種土壤調(diào)理劑作對(duì)比試驗(yàn)，后期收集稻田土壤和稻谷樣品進(jìn)行化驗(yàn)分析，研討土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH值及重金屬含量的影響和稻米的鎘、汞、砷、鉛、鉻、硒和鍺等重金屬同步降低效應(yīng)，為受重金屬污染耕地進(jìn)行“邊生產(chǎn)、邊修復(fù)”的生產(chǎn)障礙修復(fù)治理提供試驗(yàn)數(shù)據(jù)和科學(xué)指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

（1）試驗(yàn)田選在麻江縣杏山街道某田塊進(jìn)行，試驗(yàn)田面積為0.058hm2，該試驗(yàn)田地勢(shì)平坦，土壤類型為水稻土。試驗(yàn)前對(duì)土壤檢測(cè)。供試土壤基本性質(zhì)如表1所示。

（2）供試水稻品種為中浙優(yōu)1號(hào)，育苗方式為水稻兩段育秧。

（3）供試土壤調(diào)理劑有楚戈土壤調(diào)理劑（湖南環(huán)保橋生態(tài)環(huán)境修復(fù)有限公司）、富力邦土壤調(diào)理劑（山西富邦肥業(yè)有限公司）、土沃寶土壤調(diào)理劑（浙江豐瑜生態(tài)科技股份有限公司）和改性天然礦物材料（貴州雛陽(yáng)環(huán)?？萍加邢薰荆?種。試驗(yàn)前對(duì)土壤調(diào)理劑進(jìn)行檢測(cè)。供試土壤調(diào)理劑重金屬含量如表2所示。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

（1）試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置5個(gè)處理：CK空白、A楚戈土壤調(diào)理劑施用量2250kg/hm2、B富力邦土壤調(diào)理劑施用量900kg/hm2、C土沃寶土壤調(diào)理劑施用量3000kg/hm2和D改性天然礦物材料施用量1500kg/hm2。試驗(yàn)設(shè)3次重復(fù)。每個(gè)小區(qū)試驗(yàn)面積為5mx4m，每次重復(fù)試驗(yàn)面積為5mx20m，整個(gè)試驗(yàn)面積為15mx20m。各小區(qū)間用竹木纖維板和農(nóng)膜處理，防止水分串灌和滲漏。

（2）土壤調(diào)理劑撒施為大田移栽前5d（2021年6月1日），結(jié)合整地施入小區(qū)，翻耕深度為30cm；6月6日移栽秧苗，種植密度為30cmx30cm，每小區(qū)計(jì)208株；按常規(guī)管理方式進(jìn)行田間肥水及病蟲(chóng)管理；9月23日收割。

1.3樣品采集及測(cè)定

（1）樣品采集根據(jù)《農(nóng)用地土壤樣品采集流轉(zhuǎn)制備和保存技術(shù)規(guī)定、農(nóng)產(chǎn)品樣品采集流轉(zhuǎn)制備和保存技術(shù)規(guī)定》（環(huán)辦土壤[2017]59號(hào)），9月14日按5點(diǎn)法采集稻谷樣品和土壤樣品；9月23日，按小區(qū)單打單收進(jìn)行測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收。

（2）樣品測(cè)定根據(jù)《全國(guó)土壤污染狀況詳查農(nóng)產(chǎn)品樣品分析測(cè)試方法技術(shù)規(guī)定》（環(huán)辦土壤函[2017]]1625號(hào)）和NY/T 398-2000《農(nóng)、畜、水產(chǎn)品污染監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》，測(cè)定土壤pH值、鎘、汞、砷、鉛、鉻、硒、鍺和有效態(tài)鎘等13個(gè)指標(biāo)，測(cè)定農(nóng)產(chǎn)品鎘、汞、砷、鉛、鉻、硒和鍺7個(gè)指標(biāo)。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖表制作，用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用最小顯著差異（least significant difference，LSD）法進(jìn)行多重比較，Plt;0.05認(rèn)為具有顯著性差異。

2結(jié)果與分析

2.1土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH值的影響

試驗(yàn)后對(duì)田塊土壤pH值進(jìn)行檢測(cè)，不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH值的影響如圖1所示。

由圖1可知，試驗(yàn)后田塊土壤pH值有所提高，對(duì)修復(fù)土壤酸化具有一定效果。不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH提高效果排序?yàn)镈gt;Cgt;Bgt;Agt;CK，提升率達(dá)0.65%～12.03%。經(jīng)DPS統(tǒng)計(jì)分析，處理D與CK、處理A和處理B達(dá)到顯著差異水平。

2.2土壤調(diào)理劑對(duì)土壤重金屬含量的影響

試驗(yàn)后對(duì)田塊土壤重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤重金屬含量的影響如表3所示。

由表3可知，試驗(yàn)后土壤中重金屬含量有所變化，具體如下。

（1）施用土壤調(diào)理劑后土壤重金屬鎘、汞和鉛總量有一定程度增加，增加范圍分別為0.012～0.099、0.025～0.035和0.8～1.2mg/kgo

（2）處理A、處理C和處理D的土壤有效鎘含量有所降低，減少量分別為0.028、0.028和0.039mg/kg，降幅為10.64%～14.83%。

（3）各處理土壤重金屬砷含量都有所降低，減少量依次分別為1.5、0.4、0.7和1.8mg/kg，降幅為2.9%～13%。經(jīng)DPS統(tǒng)計(jì)分析，處理D與處理CK達(dá)到顯著差異水平。

（4）各處理土壤重金屬鉻含量有下降，減少量依次為4.6、3.5、4.9和3mg/kg，降幅為3.3%～5.4%。經(jīng)DPS統(tǒng)計(jì)分析，處理A、處理B和處理C與處理CK達(dá)到顯著差異水平。

2.3土壤調(diào)理劑對(duì)稻米中重金屬含量的影響

試驗(yàn)后對(duì)稻米中土壤重金屬含量進(jìn)行檢測(cè)，不同土壤調(diào)理劑對(duì)稻米中重金屬含量的影響如表4所示。

經(jīng)對(duì)稻米中重金屬含量檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出以下結(jié)果。

（1）施用土壤調(diào)理劑后稻米中重金屬鎘均有不同程度降低，減少量依次為0.023、0.130、0.111和0.063mg/kg，降幅為7.80%～44.07%．不同土壤調(diào)理劑的降鎘效果排序?yàn)锽gt;Cgt;Dgt;Agt;CK。

（2）處理D能顯著降低稻米中砷含量，減少量為0.012mg/kg，降幅為17.91%。

（3）施用土壤調(diào)理劑對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中汞、鉛和鉻含量影響不大。

2.4土壤調(diào)理劑對(duì)稻米中硒含量的影響

試驗(yàn)后對(duì)稻米中硒含量進(jìn)行檢測(cè)，不同土壤調(diào)理劑對(duì)稻米硒含量的影響如圖2所示。

由圖2可知，施用土壤調(diào)理劑后稻米中硒含量均有不同程度增加，增加范圍為0.004～0.017mg/kg。經(jīng)DPS統(tǒng)計(jì)分析，處理C與CK、處理B達(dá)到顯著差異水平。稻米中硒含量排序?yàn)镃gt;Dgt;Agt;Bgt;CK。

2.5土壤調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

經(jīng)對(duì)試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行產(chǎn)量測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收，不同土壤調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響如表5所示。

由表5可知，施用土壤調(diào)理劑后對(duì)水稻產(chǎn)量有一定增產(chǎn)作用，但增產(chǎn)率較小，為1.2%～2.7%，經(jīng)方差分析，差異不顯著。

3討論

通常情況下，農(nóng)作物只吸收土壤中的有效態(tài)重金屬，不可能吸收全量重金屬，而土壤中有效重金屬受諸多因素影響，其中土壤pH值是影響土壤重金屬有效性的重要因素之一，同時(shí)也是最容易受人為調(diào)控的因素[1-2]。在對(duì)有生產(chǎn)障礙的酸性土壤進(jìn)行修復(fù)治理時(shí)，施用堿性土壤調(diào)理劑后，能提高土壤pH值，pH值的變化會(huì)影響土壤溶液的各種離子組成及土壤中的氧化還原反應(yīng)，促進(jìn)重金屬污染物由高有效性向低有效性轉(zhuǎn)化，進(jìn)而影響到土壤重金屬的含量和生物有效性，定向控制土壤中重金屬元素的遷移最終影響到植物對(duì)重金屬的吸收與積累。

（1）土壤調(diào)理劑可提高土壤pH值。由于使用的土壤調(diào)理劑都是由礦物質(zhì)加工而來(lái)，含有Ca2+、Mg2+、Na+和K+等離子，施入土壤后能與土壤溶液中H+和A13+離子發(fā)生交換反應(yīng)，使土壤水解性酸和代換性酸含量降低，從而提高了土壤pH值[3-4]。試驗(yàn)中，4種土壤調(diào)理劑都能使土壤pH值升高，只是所提升的幅度有差異，其中改性天然礦物材料提升最高。

（2）土壤調(diào)理劑能降低土壤中鎘的有效性，進(jìn)而影響水稻對(duì)鎘的吸收與積累。一般來(lái)講，土壤pH值越高，鎘的有效性越弱，主要原因是土壤pH值會(huì)升高，可促進(jìn)土壤鎘由有效態(tài)向絡(luò)合態(tài)與殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化。酸性條件下（pH值lt;6），鎘在黏土礦物或有機(jī)質(zhì)表面上的吸附為靜電吸附，易發(fā)生離子交換反應(yīng)，被土壤溶液中的鈣離子、氫離子交換下來(lái)，隨著pH值的增加，靜電吸附變?yōu)榻Y(jié)合力較強(qiáng)的專性吸附，氫離子濃度下降，專性吸附的比例增強(qiáng)，土壤有效態(tài)鎘的生物有效性下降[5-8]。在試驗(yàn)中，有楚戈、土沃寶和改性天然礦物3個(gè)處理的土壤有效態(tài)鎘含量減少，直接影響到水稻根系對(duì)鎘的吸收，進(jìn)而在稻米中鎘含量就會(huì)減少。

（3）土壤調(diào)理劑可改變土壤硒的價(jià)態(tài)和形態(tài)，同樣會(huì)影響硒的生物可利用性。在自然狀態(tài)下，土壤中的硒以Se（-2）、Se （0）、Se（+4）和Se（+6）4種價(jià)態(tài)存在，其中以硒酸鹽（Se0）是最高價(jià)態(tài)，容易被植物吸收利用，它主要存在于堿性和通氣良好土壤中。土壤中水溶性硒含量與pH值呈極顯著正相關(guān)，隨著土壤pH值的升高硒的有效性也相應(yīng)提高。硒在酸性與中性土壤中，Se0，2是土壤中無(wú)機(jī)硒的主要形式，這種硒易被土壤膠體復(fù)合物吸收，尤其易與鐵、鋁氫氧化物形成難溶性復(fù)合體，而且這種吸附作用隨pH值的升高而下降；在堿性土壤中易被氧化為Se0，而Se042-是可溶性硒，比Se032-更易被植物吸收利用[9-11]。從試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，稻米中硒含量確實(shí)有所增加，并且土沃寶與富力邦及對(duì)照之間的差異達(dá)顯著水平，正好說(shuō)明了施用堿性土壤調(diào)理劑后，隨著土壤pH值的升高，土壤中水溶性硒更容易被環(huán)境生物（水稻）所吸收利用。

（4）土壤pH值的升高，同樣也會(huì)加快土壤鉻的遷移，進(jìn)而達(dá)到降低土壤鉻的含量。酸性條件下土壤中的鉻遷移較慢，土壤中濃度含量較低；而堿性條件下的土壤鉻的遷移較快。主要是氧化條件下土壤中共存的Fe3+競(jìng)爭(zhēng)吸附能力比Cr6+更強(qiáng)，更多地占據(jù)土壤的吸附點(diǎn)位，減小了土壤對(duì)鉻的吸附，從而促進(jìn)了鉻的遷移；而還原條件下的土壤中鉻發(fā)生還原反應(yīng)，使得Cr6+的還原抑制了鉻的遷移。說(shuō)明酸性條件下的土壤對(duì)鉻縱向遷移的“阻礙”明顯，主要表現(xiàn)為土壤對(duì)鉻的吸附作用，較中性和堿性條件下的土而言，酸性條件下的土中H+表現(xiàn)出更活躍的物理吸附能力及對(duì)鉻的化學(xué)作用[12]。在試驗(yàn)中，施用土壤調(diào)理劑后，土壤pH值升高、酸性減弱，土壤對(duì)鉻的物理吸附能力會(huì)減小，土壤鉻含量就會(huì)下降，其中有楚戈土、富力邦和土沃寶3個(gè)處理與對(duì)照的差異達(dá)顯著水平。

4結(jié)束語(yǔ)

在礦產(chǎn)豐富、耕地重金屬背景值高的地區(qū)，特別是鎘含量高的酸性耕地，在對(duì)這些耕地進(jìn)行生產(chǎn)障礙修復(fù)治理時(shí)，可通過(guò)施用堿性土壤調(diào)理劑來(lái)解決，它可以降低土壤中重金屬的含量和有效性，減少作物（稻谷）對(duì)重金屬的吸收和積累，從而達(dá)到“邊生產(chǎn)、邊修復(fù)’’的目的，這種措施方法簡(jiǎn)便、容易操作，有成效。

（1）可以提高土壤pH值。試驗(yàn)表明，施用后土壤pH值提升率達(dá)0.65%～12.03%。

（2）可以降低土壤中有效鎘的活性和減少稻谷對(duì)重金屬鎘的吸收。試驗(yàn)表明，施用后土壤中有效鎘含量降低10.64%～14.83%，稻米中鎘含量降低了7.80%～44.07%。

（3）不影響水稻產(chǎn)量。試驗(yàn)表明，在不同土壤調(diào)理劑處理下，水稻產(chǎn)量增加或減少差異都不明顯，說(shuō)明施用土壤調(diào)理劑不會(huì)影響水稻產(chǎn)量。

（4）可促進(jìn)稻米對(duì)硒的富集。試驗(yàn)結(jié)果表明，各處理的稻米硒含量均有增加，其增幅為0.004-0.017mg/kg，可為富硒農(nóng)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)創(chuàng)造有利條件。