CRA土壤調(diào)理劑固定鈍化鎘離子效應(yīng)研究

唐毓杰，胡九州，孟三宏

（1.永州市零陵區(qū)農(nóng)業(yè)局，湖南永州 425006；2.湖南原生生物科技股份有限公司，湖南長沙 410001）

CRA土壤調(diào)理劑固定鈍化鎘離子效應(yīng)研究

唐毓杰1，胡九州2，孟三宏2

（1.永州市零陵區(qū)農(nóng)業(yè)局，湖南永州 425006；2.湖南原生生物科技股份有限公司，湖南長沙 410001）

通過盆栽和大田試驗，研究了CRA土壤調(diào)理劑對污染土壤中鎘離子的固定鈍化效應(yīng)。盆栽試驗結(jié)果表明，在鎘污染的兩種土壤中施用CRA土壤調(diào)理劑，土壤中的鎘離子含量比對照下降，水稻糙米和稻草中的鎘含量分別比對照平均降低了44.75%和55.05%；大田試驗表明，在鎘污染的稻田上施用CRA土壤調(diào)理劑后，水稻糙米中的鎘含量分別比對照明顯降低；當(dāng)施用量為750 kg·hm-2時，第二季晚稻上的后效作用明顯，糙米中的鎘含量依然低于對照，且能滿足國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求。綜上，在鎘污染土壤中施用CRA土壤調(diào)理劑，對固定鈍化鎘離子、降低其移動性和生物利用性具有顯著綜合效應(yīng)。

土壤調(diào)理劑；鎘；固定；鈍化

鎘是一種嚴(yán)重污染環(huán)境，危害動植物及人體健康的重金屬元素。鎘可在生物體內(nèi)富集，并通過食物鏈進(jìn)入人體，在體內(nèi)形成鎘硫蛋白，選擇性地蓄積于肝、腎等器官中。其中，腎臟約可吸收進(jìn)入體內(nèi)的近1/3的鎘，是鎘中毒的“靶器官”。其他臟器如脾、胰、甲狀腺和毛發(fā)等也有一定量的蓄積，嚴(yán)重者可導(dǎo)致鎘中毒。

當(dāng)前，我國土壤鎘污染的主要來源如下：一是工業(yè)廢氣中的鎘隨風(fēng)擴散，經(jīng)自然沉降，蓄積于土壤；二是含鎘工業(yè)廢水灌溉農(nóng)田所導(dǎo)致的土壤鎘蓄積［1］。2006年3-4月，中山大學(xué)生物科技學(xué)院聯(lián)同香港浸會大學(xué)生物系抽查化驗中港兩地市面出售的楊桃，其中51%的樣本中鎘含量屬嚴(yán)重超標(biāo)；同年1月份，湖南省株洲市新馬村發(fā)生了震動全國的鎘污染事件，有2人因不明原因死亡，150名村民經(jīng)體檢被判定為慢性輕度鎘中毒。如何有效地治理鎘污染已成為當(dāng)前亟待破解的環(huán)境難題。目前，治理與修復(fù)鎘污染土壤的方法主要有以下兩種：一是將污染物鎘清除；另一種則是通過改變鎘在土壤中的存在形態(tài)，使其固定鈍化，從而降低其移動性和生物可利用性［2］。鑒于目前我國重金屬鎘污染土壤大多尚處在中輕度污染水平，探索快速有效的生物與理化綜合修復(fù)技術(shù)［3-4］，既可確保糧食質(zhì)量安全，又可繼續(xù)維持生產(chǎn)，對緩解我國人口與耕地資源矛盾具有十分重要的意義。因此，本研究擬針對綜合修復(fù)鎘污染土壤的CRA土壤調(diào)理劑技術(shù)進(jìn)行探索。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 CRA土壤調(diào)理劑RSP991菌劑的制備

RSP991菌劑選用的菌種為沼澤紅假單胞菌（Rhodop seudanonas palustris），購自中國微生物菌種保藏管理委員會農(nóng)業(yè)微生物中心的ACCC10649、ACCC00309、ACCC00311三種原始菌種，總有效活菌數(shù)≥20.0億·g-1［5］。

將上述3種原始菌種在無菌條件下分別接種于斜面培養(yǎng)基上，在30℃條件下培養(yǎng)48 h。培養(yǎng)基成分為：NaH2PO45.5mg·L-1，蘋果酸1.5mg· L-1，乙酸鈉2mg·L-1，NaOH2mg·L-1，NH4Cl1mg·L-1，MgCl20.25mg·L-1，CaCl20.05mg·L-1，酵母膏1mg·L-1，微量元素1mL· L-1（微量元素溶液為含有氯化亞鐵、氯化鈷、氯化鎳、氯化銅、氯化錳、氯化鋅、鉬酸鈉、五水亞硒酸鈉的復(fù)合溶液），pH值7.0。

將斜面培養(yǎng)的菌種在無菌條件下分別接種于液體培養(yǎng)基，在pH值7.0、溫度30℃條件下，160 r·min-1搖床培養(yǎng)48h。培養(yǎng)基配方：葡萄糖10 g、牛肉膏5g、酵母粉5g、淀粉10g、豆餅粉5 g、K2HPO40.5g、MgSO40.2g、水1L。

將搖床培養(yǎng)的菌種在無菌條件下分別接種于發(fā)酵罐培養(yǎng)基，配方為：玉米粉26kg、豆餅粉16kg、硫酸銨4kg、葡萄糖8kg、酵母粉2.5kg、蛋白胨1.7kg、加水至600kg。在pH7.0、罐壓0.5kg、溫度30℃、通風(fēng)量1∶1.1條件下，培養(yǎng)48h后，至每mL菌數(shù)大于1.0×1010個，80%菌體轉(zhuǎn)成芽孢時下罐，得到發(fā)酵液；然后將3種發(fā)酵液按照1∶1∶1的重量比例混合靜置1h，經(jīng)過濃縮干燥制備成混合孢子粉。

將混合孢子粉與海泡石粉、膨潤土按比例混合，并加入適量酶活物質(zhì)充分?jǐn)嚢杌靹?，加工成型得到RSP991菌劑。

1.1.2 CRA土壤調(diào)理劑的酸性調(diào)節(jié)因子制備

用于制備酸性調(diào)節(jié)因子的材料為：白石粉，CaCO3＞90%，SiO20.07%～1%；白泥粉，經(jīng)洗滌、過濾、脫水、烘干，含SiO210.3%，CaO 49.1%；七水硫酸鋅和食品級氧化鎂為市售。

將白石粉、白泥粉、硫酸鋅、氧化鎂按照51∶30∶4∶5的重量比例混合，粉碎過200目篩，攪拌均勻即成。

1.1.3 CRA土壤調(diào)理劑的制備

將按重量份計的RSP991菌劑10份、酸性調(diào)節(jié)因子90份，按比例混勻，加工得到CRA土壤調(diào)理劑。

1.2 處理設(shè)計

1.2.1 盆栽試驗

為研究CRA土壤調(diào)理劑對不同重金屬污染程度稻田土壤鎘離子的綜合修復(fù)效果，開展盆栽試驗，設(shè)置2個處理，各重復(fù)3次，隨機排列。處理1：每盆施用CRA土壤調(diào)理劑4.3g（折合大田用量為750kg·hm-2）；處理2對照（CK）：不施用CRA土壤調(diào)理劑。

試驗使用27cm×30cm（約0.057m2）的白色塑料盆缽，裝盆土壤分別采自湖南衡陽常寧市江河鄉(xiāng)高家咀村的砂泥田和湖南益陽沅江市四季紅鎮(zhèn)白泥村的湖泥田，土壤理化性質(zhì)詳見表1。裝盆前土壤經(jīng)風(fēng)干，過5目篩，每盆裝土層厚約20cm，重11.5kg。在每盆上施用45%復(fù)混肥（氮、磷、鉀有效養(yǎng)分含量各為15%）4.3g（折合大田用量為750kg·hm-2）。于水稻播種28d后，每盆再施尿素1.0g（折合大田用量為180kg·hm-2）。試驗期間各處理栽培管理措施與大田生產(chǎn)管理一致。

表1 盆栽試驗供試土壤的基本理化性狀

1.2.2 田間小區(qū)試驗

為研究CRA土壤調(diào)理劑對雙季稻產(chǎn)區(qū)水稻糙米吸收累積鎘的影響及其后效作用，開展田間小區(qū)試驗。試驗地點分別選在湖南衡陽常寧市江河鄉(xiāng)高家咀村的砂泥田和湖南益陽沅江市四季紅鎮(zhèn)白泥村的湖泥田。供試土壤的基本理化性狀詳見表2。

試驗共設(shè)置3個處理，每個處理小區(qū)面積0.33hm2，不設(shè)重復(fù)，隨機排列。處理1：對照（CK），不施用CRA土壤調(diào)理劑；處理2：施用CRA土壤調(diào)理劑600kg·hm-2；處理3：施用CRA土壤調(diào)理劑750kg·hm-2。各處理于第一季早稻時施用CRA土壤調(diào)理劑，即在翻耕整地前，將CRA土壤調(diào)理劑均勻撒施在土壤表面，然后平整栽種；第二季晚稻上不施用。各處理管理措施相同。

表2 田間小區(qū)試驗供試土壤的基本理化性狀

1.3 測定方法

土壤中重金屬鎘離子采用CaCl2浸提-原子吸收分光光度法（石墨爐）測定，水稻糙米和稻草中的重金屬鎘含量采用硝酸-高氯酸混合酸消解后，原子吸收分光光度法（石墨爐）測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用CRA土壤調(diào)理劑對盆栽土壤、糙米及稻草中鎘含量的影響

盆栽試驗結(jié)果表明，施用CRA土壤調(diào)理劑明顯降低了土壤中的鎘含量（表3），且在砂泥田與湖泥田上均有明顯效果［6］。土壤中的離子鎘是植物吸收利用鎘的主要形態(tài)，土壤中的鎘離子含量將直接影響植物對其的吸收積累。在盆栽試驗中，施用CRA土壤調(diào)理劑后，水稻糙米和稻草中的鎘含量也明顯降低，且能使糙米中的鎘含量降至國家糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（GB 2715-2005）范圍以內(nèi)。其中，砂泥田施用CRA土壤調(diào)理劑后，水稻糙米和稻草中的鎘含量分別比對照降低了49.1%和50.6%，湖泥田施用CRA土壤調(diào)理劑后，水稻糙米和稻草中的鎘含量分別比對照降低了42.4%和59.5%（表3）。這些結(jié)果表明，施用CRA土壤調(diào)理劑對污染土壤中的鎘離子有明顯的固定鈍化作用，可以有效降低其移動性和生物可利用性［7］，并進(jìn)而減少水稻中的鎘積累。

表3 施用CRA土壤調(diào)理劑對盆栽土壤、糙米及稻草中鎘含量的影響 mg·kg-1

2.2 施用CRA土壤調(diào)理劑對大田水稻糙米及稻草中鎘含量的影響

由表4可知，大田施用CRA土壤調(diào)理劑后，第一季早稻糙米和稻草中的鎘含量均明顯下降，且隨著CRA土壤調(diào)理劑添加量的增加，糙米和稻草中的鎘含量逐漸降低。砂泥田分別施用600和750 kg·hm-2的CRA土壤調(diào)理劑后，水稻糙米中的鎘含量分別比對照降低27.1%和50.6%；湖泥田施用600和750 kg·hm-2的CRA土壤調(diào)理劑后，水稻糙米中的鎘含量分別比對照降低23.2%和 42.4%；且兩種土壤上添加CRA土壤調(diào)理劑的處理下，水稻糙米中的鎘含量均滿足國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，表明在鎘污染大田中施用CRA土壤調(diào)理劑對鎘離子同樣具有明顯的固定鈍化效果。

對第一季施用過CRA土壤調(diào)理劑的稻田繼續(xù)進(jìn)行第二季晚稻種植，如表4所示，第二季晚稻糙米中重金屬鎘含量仍顯著低于對照。其中，砂泥田施用CRA土壤調(diào)理劑600和750 kg·hm-2兩個處理區(qū)晚稻糙米中的鎘含量分別比對照降低28.3%和33.2%；湖泥田上分別比對照降低28.2%和33.9%，表說明在雙季稻區(qū)施用CRA土壤調(diào)理劑有較好的后效作用。

表4 田間小區(qū)施用CRA土壤調(diào)理劑的效果mg·kg-1

3 小結(jié)與討論

本研究表明，CRA土壤調(diào)理劑對重金屬鎘污染的土壤具有明顯的綜合修復(fù)效果，適量施用CRA土壤調(diào)理劑可顯著降低土壤中鎘離子含量，減少作物對鎘的積累吸收。這一方面是由于CRA土壤調(diào)理劑中的RSP991菌生長繁殖迅速，其衍生物質(zhì)對鎘離子具有較強的吸附鈍化作用，此外施用CRA土壤調(diào)理劑后，還能迅速提高土壤pH值，使土壤中的鎘沉淀固化［8-9］。

在砂泥田和湖泥田中施用CRA土壤調(diào)理劑后，晚稻糙米中的鎘含量比對照明顯下降。從后效上來看，當(dāng)用量為600 kg·hm-2時，第二季晚稻糙米中的鎘含量不能滿足國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。因此建議鎘污染大田CRA土壤調(diào)理劑的施用量以750 kg·hm-2為宜。

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（責(zé)任編輯：高 峻）

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：0528-9017（2014）10-1607-03

文獻(xiàn)著錄格式：唐毓杰，胡九州，孟三宏.CRA土壤調(diào)理劑固定鈍化鎘離子效應(yīng)研究［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（10）：1607-1610.

2014-06-30

唐毓杰（1960-），男，本科，高級農(nóng)藝師，從事土肥技術(shù)研究推廣工作。E-mail：yztangyj@163.com。