閔建美

（山東省農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站，山東濟(jì)南 250100）

我國土壤類型多，性質(zhì)差別較大，整體上呈現(xiàn)“南酸北堿”的實(shí)際情況，且不同區(qū)域土壤受重金屬鎘污染的程度不同，其中安全利用類農(nóng)田土壤中受輕度和中度鎘污染的農(nóng)田面積較大[1]。當(dāng)前我國部分地區(qū)耕地重金屬鎘污染問題突出，繼“鎘米”之后，“鎘麥”事件已成為環(huán)境、健康等領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)。近年來，隨著采礦、冶煉金屬行業(yè)的發(fā)展，工業(yè)“三廢”排放增多，以及農(nóng)藥和農(nóng)用化學(xué)品施用的增加，導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品鎘含量超標(biāo)現(xiàn)象常有發(fā)生，給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了隱患。鎘是一種具有較強(qiáng)生物毒性和環(huán)境遷移能力的重金屬污染物，可通過污染土壤-農(nóng)作物-食物鏈遷移和積累，最終危害人體和生態(tài)健康。因此實(shí)施輕中度鎘污染耕地安全利用技術(shù)，對(duì)改善土壤鎘污染、全面提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、保障食品安全具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 研究對(duì)象

本次選取的輕中度鎘污染耕地，種植農(nóng)作物主要是小麥、玉米，耕作制度以小麥-玉米輪作為主，部分耕地單獨(dú)種植玉米等秋季作物，土壤類型為石灰性褐土。根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬普查和農(nóng)用地土壤污染狀況詳查成果，該耕地地塊pH 值大于6.5，主要污染物為鎘、鉛，以單項(xiàng)污染為主，有一定量的復(fù)合污染。

2 安全利用技術(shù)概述

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳印發(fā)的《輕中度污染耕地安全利用與治理修復(fù)推薦技術(shù)名錄（2019 年版）》[2]中推薦的技術(shù)措施主要有農(nóng)藝調(diào)控類、土壤改良類、生物類和綜合類。其中，農(nóng)藝調(diào)控類技術(shù)主要包括石灰調(diào)節(jié)、優(yōu)化施肥、品種調(diào)整、水分調(diào)控、葉面調(diào)控、深翻耕等，土壤改良類技術(shù)主要包括原位鈍化、定向調(diào)控等，生物類技術(shù)主要包括微生物修復(fù)、植物提取等。

2.1 石灰調(diào)節(jié)

石灰為常用堿性物料，在酸性土壤（土壤pH 值一般在6.5 以下）中適量施用石灰，可以提高土壤pH值，促使土壤中重金屬陽離子發(fā)生共沉淀作用，降低土壤中重金屬陽離子的活性[2]，減少重金屬進(jìn)入農(nóng)產(chǎn)品，有效降低超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，還可為作物提供鈣素營養(yǎng)。

楊夢麗等田間試驗(yàn)表明，在鎘輕度污染小麥農(nóng)田上（土壤pH 值為5.88）石灰、石灰+生物炭、石灰+生物有機(jī)肥、石灰+多孔陶瓷納米材料等對(duì)鎘污染土壤的修復(fù)，75 kg/667 m2的石灰用量降低了小麥籽粒Cd含量，且并未造成小麥的減產(chǎn)[3]。張麗等研究表明，土壤pH 值隨著生物炭用量的增加呈上升趨勢[4]。石灰調(diào)理適用于pH 值小于6.5 的酸性土壤，不適用于砷超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的農(nóng)田。采用石灰調(diào)理應(yīng)先開展兩年以上的小區(qū)域大田實(shí)驗(yàn)，確定不造成二次污染和土壤質(zhì)量損傷后方可應(yīng)用。

2.2 優(yōu)化施肥

施肥是滿足作物生長所需養(yǎng)分的重要途徑，同時(shí)可以對(duì)重金屬活性產(chǎn)生較大影響[2]。優(yōu)化施肥是提高作物產(chǎn)量和改善產(chǎn)品品質(zhì)的重要手段，根據(jù)土壤環(huán)境狀況與作物特征，結(jié)合當(dāng)?shù)馗髦贫?、氣候、土壤、水利等情況，優(yōu)化有機(jī)肥、化肥的種類與施用量，選擇適宜的氮、磷、鉀肥料種類，避免化學(xué)肥料活化重金屬污染物。

劉安輝等研究表明，施用不同氮肥可對(duì)土壤pH值和土壤有效態(tài)鎘含量產(chǎn)生影響，比如硝酸鈣能提高土壤pH 值，使土壤中有效態(tài)鎘含量增加；包膜尿素對(duì)土壤pH 值影響不大，但能明顯降低土壤有效態(tài)鎘含量[5]。肥料施用應(yīng)把握適度原則，使施肥量既能滿足作物生長所需養(yǎng)分，也能促進(jìn)土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到修復(fù)污染土壤的作用，防止過量施肥引起土壤鹽化、土壤酸化、養(yǎng)分不平衡等問題及可能的二次污染。

2.3 品種調(diào)整

不同作物種類或同一種類作物的不同品種對(duì)鎘的積累有較大差異，選用低鎘積累的作物品種，可有效降低作物可食部位中鎘含量，減少作物鎘污染風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)踐中已篩選出多種低鎘積累作物品種，如水稻、小麥等。低積累品種的選擇要充分考慮當(dāng)?shù)貐^(qū)域性特點(diǎn)，在相同產(chǎn)地環(huán)境和種植條件下，選用對(duì)鎘富集能力較弱，同時(shí)與當(dāng)?shù)刂髟云贩N相比，產(chǎn)量、品種和抗性等方面仍具備一定的優(yōu)勢的作物品種進(jìn)行種植，既實(shí)現(xiàn)作物鎘低積累，又能保證產(chǎn)量和質(zhì)量。該措施的實(shí)施，要充分考慮作物品種的適宜性。

2.4 水分調(diào)控

酸性土壤在淹水條件下，土壤環(huán)境呈還原狀態(tài)，土壤pH 值顯著升高，鎘容易形成硫化物沉淀，活性隨之降低，從而減少作物對(duì)鎘的吸收。淹水灌溉期間，要加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測，確保灌溉水中重金屬含量達(dá)到農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.5 葉面調(diào)控

施用葉面調(diào)理劑不僅能夠促進(jìn)作物生長，還能夠通過離子拮抗作用降低作物對(duì)土壤中重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，從而降低作物對(duì)重金屬的富集作用。

韓瀟瀟等研究表明，葉面噴施鋅、硅等元素，能夠顯著降低水稻籽粒中的鎘含量[6-7]。趙瑞軍等研究表明，噴施含鋅、硒、硅等元素的葉面調(diào)理劑能夠降低小麥籽粒中鎘的含量[8]。一方面鋅、硅是小麥必需的營養(yǎng)元素，噴施這些營養(yǎng)元素可提高小麥抗逆性，抑制小麥根系向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)鎘，降低籽粒鎘含量；另一方面這些營養(yǎng)元素與鎘發(fā)生競爭吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)作用，進(jìn)而抑制小麥對(duì)鎘的累積。根據(jù)作物的生長發(fā)育及營養(yǎng)狀況，選擇適宜的葉面調(diào)理劑，濃度和用量要適當(dāng)。配制溶液要均勻，噴灑霧點(diǎn)要?jiǎng)蚣?xì)，噴施次數(shù)要根據(jù)需要決定。合理掌握葉面調(diào)理劑的噴施時(shí)期和時(shí)間，一般在小麥拔節(jié)期、孕穗期和灌漿期噴施，盡量錯(cuò)開開花期，以免影響小麥的正常授粉和受精而降低結(jié)實(shí)率。

2.6 深翻耕

根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植習(xí)慣、土壤類型和耕作層的深淺，可在冬閑或春耕翻地時(shí)采取機(jī)械深翻耕。為保證深翻耕的效果，在深耕前必須進(jìn)行耕層和亞耕層土壤重金屬含量分析，將鎘含量較高的耕層與亞耕層的潔凈土壤充分混合，稀釋耕地土壤污染物含量，若亞耕層土壤重金屬含量高則不宜進(jìn)行深翻耕。

由于土壤有機(jī)質(zhì)與養(yǎng)分多集中在耕地表層，深翻耕在降低耕地表層鎘含量的同時(shí)，也會(huì)降低表層土中有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量[2]，深耕后土壤庫容增大，底土上翻，應(yīng)注意結(jié)合秸稈還田，或配施有機(jī)肥，以創(chuàng)造良好土壤結(jié)構(gòu)，增厚耕作層，滿足作物生長需求。

2.7 土壤調(diào)理

通過施用鈍化劑、土壤調(diào)理劑等，可降低污染物在土壤中的活性，阻控作物對(duì)土壤污染物的吸收，如大分子有機(jī)物料、坡縷石、沸石、微生物菌劑等。

通過田間試驗(yàn)表明，大分子有機(jī)物料對(duì)小麥Cd吸收有影響，施加300 kg/667 m2的大分子有機(jī)物料能夠顯著降低小麥對(duì)Cd 的吸收[9]。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在小麥-土壤系統(tǒng)中，施加巰基修飾坡縷石(MPAL)能夠富集植物根際促生菌和Cd固定化菌，增強(qiáng)了根際土壤中硫酸鹽還原代謝，促進(jìn)小麥的生長、降低籽粒的鎘含量[10]。李娟[1]研究表明，在弱酸性輕度和中度鎘污染水稻田施用一定比例的生物炭、海泡石，可有效提高土壤pH值，降低土壤有效鎘含量，抑制鎘在水稻植株體內(nèi)的轉(zhuǎn)移，從而降低稻米中鎘含量；在弱堿性中度鎘污染小麥田施用一定比例的生物炭、海泡石和弱酸性黃腐酸微生物菌劑，可提高土壤有機(jī)質(zhì)，抑制鎘經(jīng)小麥植株向小麥籽粒轉(zhuǎn)移，降低小麥鎘和土壤有效鎘。鈍化技術(shù)效果和穩(wěn)定性與土壤類型、土壤性質(zhì)、重金屬種類及污染程度、種植作物品種，以及當(dāng)?shù)亟涤炅康让芮邢嚓P(guān)。在實(shí)施時(shí)，一方面，要正確選擇鈍化材料種類，精準(zhǔn)把握施用劑量，避免過度鈍化和造成二次污染；另一方面，要避免對(duì)土壤理化性質(zhì)及環(huán)境質(zhì)量等帶來負(fù)面影響。

2.8 微生物修復(fù)

利用天然或人工馴化培養(yǎng)的功能微生物（藻類、細(xì)菌、真菌等），通過生物代謝，從而降低污染物活性，防控生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)。微生物修復(fù)技術(shù)比較安全，二次污染問題較小，對(duì)環(huán)境的影響較小，適用于農(nóng)藥或重金屬污染耕地。卞超等對(duì)重金屬污染土壤的微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了分析[11]，張涵等對(duì)微生物修復(fù)鎘污染研究進(jìn)展進(jìn)行了探討，表明微生物修復(fù)治理效果好、操作簡便、綠色環(huán)保[12]。

2.9 植物提取

植物提取是當(dāng)前受污染耕地土壤治理修復(fù)主要采用的一類植物修復(fù)技術(shù)，主要是指利用超富集（高富集）植物吸收污染土壤中的重金屬并在地上部積累，收割植物地上部分從而達(dá)到去除土壤中重金屬污染物的目的。

植物提取可行性強(qiáng)、污染小、效率高同時(shí)具有經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)修復(fù)重金屬污染農(nóng)用地具有重要意義。孫月美等研究了耐受性油葵對(duì)鎘的富集能力，研究發(fā)現(xiàn)，油葵地上部最大吸鎘量為每株601.95 μg，對(duì)鎘污染土壤具有較好的修復(fù)效果，可以作為鎘污染土壤植物修復(fù)的優(yōu)選[13]。可見，根據(jù)植物的特點(diǎn)與當(dāng)?shù)貧夂蚪Y(jié)合，科學(xué)種植超富集（高富集）植物，可提高污染土壤的修復(fù)效率。

2.10 綜合類技術(shù)

針對(duì)輕中度鎘污染耕地土壤，集成優(yōu)化物理-化學(xué)-生物聯(lián)合技術(shù)措施，建立適合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況的農(nóng)田安全利用技術(shù)模式，例如利用葉面調(diào)控-土壤改良、葉面調(diào)控-低積累作物品種、葉面調(diào)控-低積累作物品種-土壤改良、葉面調(diào)控-土壤改良-優(yōu)化施肥、低積累作物品種-優(yōu)化施肥等綜合治理技術(shù)模式，克服了單一措施對(duì)控制農(nóng)作物可食部位污染物含量的不確定性。

3 安全利用技術(shù)篩選

3.1 篩選原則

3.1.1 可行性

輕中度受污染耕地安全利用技術(shù)措施要因地制宜、合理可行，綜合考慮地塊的污染情況、成本因素及環(huán)境影響等，不能脫離當(dāng)前社會(huì)發(fā)展實(shí)際。

3.1.2 安全性

選擇的技術(shù)措施應(yīng)符合相關(guān)的法律、法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，具有環(huán)境友好性，不會(huì)對(duì)土壤造成二次污染，同時(shí)不會(huì)對(duì)施工人員、周邊人群健康及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害。

3.1.3 有效性

受污染耕地安全利用的目標(biāo)是保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，使得農(nóng)產(chǎn)品可食部分達(dá)標(biāo)生產(chǎn)，因此選擇的技術(shù)措施能夠有效降低污染物的毒性、遷移性或污染物濃度。

3.2 技術(shù)篩選

針對(duì)本次選取的輕中度鎘污染耕地現(xiàn)狀，依據(jù)篩選原則對(duì)各項(xiàng)技術(shù)措施進(jìn)行了詳細(xì)分析，詳見表1。

表1 輕中度污染耕地安全利用技術(shù)措施篩選表

3.3 技術(shù)模式確定

充分考慮本次選取的輕中度鎘污染耕地現(xiàn)狀，結(jié)合作物種植習(xí)慣等，采取優(yōu)化施肥、品種調(diào)整、葉面調(diào)控、深翻耕、土壤調(diào)理等技術(shù)措施，構(gòu)建適宜的安全利用技術(shù)模式。

3.3.1 深翻耕+優(yōu)化施肥+葉面調(diào)控

小麥播種前，對(duì)耕地進(jìn)行深翻耕，并進(jìn)行配套施肥，確保表層土中重金屬含量降低，且有機(jī)質(zhì)和養(yǎng)分含量滿足農(nóng)作物生長需要。

小麥生長期，通過無人機(jī)噴施葉面調(diào)控劑（糖醇鋅，稀釋100～200 倍），補(bǔ)充小麥所需鋅元素，提高小麥抗逆性，抑制小麥根系向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬，降低小麥籽粒重金屬含量。

玉米生長期，通過無人機(jī)噴施葉面調(diào)控劑（糖醇鋅，稀釋300～500倍），補(bǔ)充玉米所需養(yǎng)分及鋅元素，阻控玉米對(duì)重金屬元素的吸收積累，降低玉米籽粒重金屬含量。

3.3.2 葉面調(diào)控

小麥生長期，通過無人機(jī)噴施葉面調(diào)控劑（糖醇鋅，稀釋100～200倍）。玉米生長期，通過無人機(jī)分2次分別噴施葉面調(diào)控劑（糖醇鋅，稀釋300～500倍）、葉面調(diào)控劑（糖醇硅，稀釋100～200 倍）。通過施用葉面調(diào)控劑，既能補(bǔ)充小麥、玉米生長所需養(yǎng)分及鋅、硅等微量元素，又能抑制籽粒對(duì)重金屬的吸收積累，從而降低籽粒中重金屬的含量。

3.3.3 土壤調(diào)理+優(yōu)化施肥+葉面調(diào)控

對(duì)部分春季未耕種的耕地，在玉米播種前，以200 kg/667 m2的用量，對(duì)受污染耕地施用土壤調(diào)理劑，對(duì)部分地塊進(jìn)行優(yōu)化施肥，以20 kg/667 m2的用量，統(tǒng)一施用礦源腐殖酸鉀，用以改善土壤結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定土壤團(tuán)聚體、提高土壤有機(jī)質(zhì)，促進(jìn)玉米養(yǎng)分吸收，從而降低玉米對(duì)重金屬元素的吸收，提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)。

在玉米生長期，通過無人機(jī)分3 次分別噴施葉面調(diào)控劑（糖醇鋅，稀釋300～500 倍）、葉面調(diào)控劑（糖醇硅，稀釋100～200 倍）、葉面調(diào)控劑（糖醇鋅，稀釋300～500倍），補(bǔ)充玉米所需鋅、硅等微量元素，抑制籽粒對(duì)重金屬的吸收積累，從而降低籽粒重金屬含量。

4 實(shí)施效果評(píng)價(jià)

4.1 投入品檢測

受污染耕地安全利用所使用的肥料、土壤調(diào)理劑、葉面調(diào)控劑等投入品中鎘、汞、砷、鉛、鎘等5項(xiàng)重金屬含量，不能超過農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，或者土壤中對(duì)應(yīng)元素的含量。因此，按照隨機(jī)抽取的方式，對(duì)施用的投入品進(jìn)行抽樣，委托具備相關(guān)資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測。通過對(duì)投入品中5 項(xiàng)重金屬含量的檢測，采用的投入品中重金屬含量均未超過規(guī)定的篩選值或者土壤中原有對(duì)應(yīng)元素的含量，符合工作要求。

4.2 農(nóng)產(chǎn)品檢測

輕中度鎘污染耕地，落實(shí)安全利用技術(shù)措施后，對(duì)產(chǎn)出的食用農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行抽樣檢測，以自然村作為檢測單元，采用網(wǎng)格法、隨機(jī)法等方法布設(shè)點(diǎn)位。原則上，每個(gè)檢測單元內(nèi)布設(shè)點(diǎn)位不少于3 個(gè)，每10 hm2至少布設(shè)1 個(gè)點(diǎn)位。對(duì)地形復(fù)雜、作物種植種類較多或者設(shè)施蔬菜等，適當(dāng)增加點(diǎn)位。在小麥、玉米等作物收獲期，采集混合樣品，按雙對(duì)角線、棋盤式、蛇形、梅花點(diǎn)等方法多點(diǎn)（5～20 個(gè)）采集，采樣方式參照《農(nóng)、畜、水產(chǎn)品污染監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（NY/T 398—2000）執(zhí)行。樣品處理完成后，委托具備相關(guān)資質(zhì)的檢測機(jī)構(gòu)，按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)鎘、汞、砷、鉛、鉻等5項(xiàng)重金屬進(jìn)行檢測。

4.3 效果判定

4.3.1 數(shù)據(jù)分析

小麥、玉米樣品中鎘、砷、鉛、鉻的測定均按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中多元素的測定》（GB 5009.268—2016）執(zhí)行；小麥、玉米樣品中汞的測定按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總汞及有機(jī)汞的測定》（GB5009.17）執(zhí)行。

通過檢測結(jié)果分析，小麥、玉米籽粒中汞含量均小于0.010 mg·kg-1；小麥、玉米籽粒中鉻含量均小于0.2 mg·kg-1；小麥籽粒中的鉛含量均小于0.05 mg·kg-1，玉米籽粒中鉛含量范圍為0.025～0.192 mg·kg-1；小麥籽粒中砷含量范圍為0.009 56～0.027 8 mg·kg-1g，玉米中籽粒砷含量范圍為0.002 5～0.012 9 mg·kg-1；小麥籽粒中鎘含量范圍為0.025 4～0.061 3 mg·kg-1，玉米籽粒中鎘含量范圍為0.002 5～0.013 5 mg·kg-1。

4.3.2 結(jié)果評(píng)價(jià)

檢測結(jié)果按《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2022）有關(guān)規(guī)定進(jìn)行評(píng)價(jià)，詳見表2。

表2 小麥、玉米籽粒中重金屬含量評(píng)價(jià)統(tǒng)計(jì)表

通過判定，小麥、玉米中鎘、汞、砷、鉛、鉻5項(xiàng)重金屬含量均未超過標(biāo)準(zhǔn)限量值，表明小麥、玉米均實(shí)現(xiàn)了達(dá)標(biāo)生產(chǎn)。

5 結(jié)論

本研究選取輕中度鎘污染耕地，針對(duì)小麥、玉米種植區(qū)，通過實(shí)施深翻耕+優(yōu)化施肥+葉面調(diào)控、葉面調(diào)控、土壤調(diào)理+優(yōu)化施肥+葉面調(diào)控等3種技術(shù)模式，均實(shí)現(xiàn)了小麥、玉米達(dá)標(biāo)生產(chǎn)，表明實(shí)施的技術(shù)模式對(duì)輕中度鎘污染耕地安全利用切實(shí)有效，可以為同類型受污染耕地安全利用工作的開展提供借鑒和參考。