景觀稻協(xié)同土壤調理劑治理重金屬污染的研究

雷星宇 龍岳林 雷鳴 羅璇 龍夕

【摘要】：水稻具有富集土壤重金屬的作用，但是單一地通過水稻富集重金屬后的稻谷具有重金屬超標的風險，收集后的秸稈處理不當易造成重金屬的二次污染。本文采用既有觀賞能力又具有超富集重金屬能力的景觀稻作為實驗的植物材料，再施用了特別調制的土壤調理劑，以皮影戲之鄉(xiāng)，靖港古鎮(zhèn)為實驗地點，實驗證明了運用景觀稻協(xié)同土壤調理劑治理重金屬污染的方法能保證生產出的稻谷可食用，且具有多種效益。

【關鍵詞】：景觀稻;重金屬污染;土壤修復;農耕文化

【Abstract】：One of the important function of Rice is accumulation heavy metals. But，it is easy cause the risk of heavy metal rice and secondary pollution soil ，if the stem and leafs did not have appropriate treatment ，even only use rice to accumulate heavy metals .In this article ，we use ornamental rice as treatment materials. It is not only have the ability of treat heavy metal pollution soil， but also can beautify the environment. We use special soil conditioner; shadow ?play Town ，Jinggang ，as experimental site; The experiment results show that the method of Ornamental Rice with soil conditioner can product qualified rice and has many benefits.

【Key words】： ornamental rice， heavy metals pollution，Soil remediation ，farming culture

1、景觀稻

1.1景觀稻的含義

景觀稻，顧名思義就是不僅擁有水稻本有的食用價值和經濟價值，還擁有觀賞和美化環(huán)境價值的一類水稻。

1.2 景觀稻的種類

觀色葉型：指色葉可以用來觀賞的一類水稻，主要有紫葉稻、黃葉稻、白色條紋葉稻。紫葉稻為最常見和最具觀賞價值的景觀稻品種，其次為比較少見的黃葉稻，其為葉片中葉綠體的突變而形成的種類。白色條紋葉稻僅水稻抽穗期葉子才呈現這種狀態(tài)，后期恢復成綠色。

觀色穗型：指在水稻成熟期，其穗色可以用來觀賞的一類水稻。穗色常見的有紫色（也就是常說的黑米）、紅色、棕色。

觀形態(tài)變異型：指植株形態(tài)與常規(guī)的形態(tài)差異較大的一類水稻。有小穗簇生而形成的復粒稻，有稻穗較長的長芒稻，適合用于園藝盆景的矮小型稻等[1]。

在選擇景觀水稻種類時，我們偏向于選擇生產周期長、產量高、口味獨特、管理維護成本較低的景觀稻種類。

2、土壤調理劑及重金屬污染的有關概念

2.1 土壤調理劑

土壤調理劑是具有調整修復障礙性土壤的土肥產品，同時還具有增加土壤肥力、透氣性，減少土壤病蟲害物質[2]。

2.2重金屬污染區(qū)的概念

重金屬污染指由重金屬或其化合物所造成的環(huán)境污染。目前耕地重點防控的是：鉛、鎘、汞、砷、鉻，其來源主要由燃燒化石能源產生的CO2、SO2、SO3、NO2形成酸雨對土壤的浸溶，造成中量元素流失，從而導致土壤對重金屬失去拮抗能力[3]。采礦、廢氣、污水灌溉或使用重金屬超標制品等都能產生重金屬污染。當人們的生活環(huán)境中重金屬超出正常范圍時，就會直接危害人體健康。不同的重金屬對人體的傷害不同，比如鉛會損害人的神經系統(tǒng);鎘會使骨骼病變，骨頭易折斷，引起骨痛病;砷過量接觸引起皮膚癌，食用累積過量引起肝癌等。

2.3治理重金屬常用方法

治理重金屬常用的方法分為：物理方法、化學方法、生物方法等。物理方法有多種：機械分離、客土、深翻、改變耕作制度、控制土壤氧化等方式;化學方法常用的是施加土壤調理劑、化學淋溶等;生物方法則是微生物吞噬法、或者種植能富集重金屬同時又不需直接被食用的植株等。

本文所討論到的方法是螯合移取法：通過施用土壤調理劑先將大部分的有害重金屬鈍化螯合，然后用種植超富集重金屬能力的植物將重金屬從土壤中吸收，最后將植物富集的重金屬集中處理，從而達到修復土壤的目的[4]。

3、景觀稻協(xié)同土壤調理劑治理重金屬能力的探究

3.1 實驗步驟

3.1.1實驗地點與目的：根據省農環(huán)站提供的土壤背景值，我們和長沙多個水稻種植專業(yè)戶取得聯系，最終選取實驗地點在湖南長沙望城區(qū)新康鄉(xiāng)（靖港古鎮(zhèn)）某種植種糧大戶，將其土壤進行取樣化驗。選用鎘背景值0.5～1.0ppm，砷的背景值150～400ppm，鉛的背景值70～90 ppm的土壤作為實驗土壤，最終和該專業(yè)戶達成種植景觀稻并修復土壤的協(xié)議，意求與當地皮影發(fā)源地的特色相結合達到開發(fā)旅游觀光，宣傳農耕文化，保障飲食健康的示范基地，

3.1.2實驗材料：選用土壤調理劑，湖南農業(yè)大學重金屬實驗室提供土壤調理劑40噸，景觀稻用田108畝

3.1.3實驗過程：

（1）育秧，采用工廠化集中化育秧，機械化插秧的方式來培育景觀稻。

（2）整田，在秧齡期前20天時，開始整田、首先將土壤調理劑按400千克/畝，均勻撒入田間，然后翻耕，其深度不少于15cm，隨即放水旋耕整平。

（3）插秧，首先檢查土壤的PH值，當PH<8時，方可插秧。

（4）田間管理：與按常規(guī)稻培管相同，但需注意禾苗長勢，控制其瘋長，以免倒伏。

3.2結果的檢驗與方法

檢測步驟：首先選取按規(guī)范的方式種植的景觀稻，然后分七處不同的地點抽取水稻植株做檢測樣品，并對水稻的根、莖、葉的重金屬成分進行檢測，對比分析，整理數據，最終對水稻的重金屬富集能力得出結論。

檢測的方法：

汞：玻璃電極法;

鉛：石墨爐原子吸收分光光度法;

鎘：石墨爐原子吸收分光光度法;

總汞：原子熒光法;總砷：原子熒光法;

總鉻：火焰原子吸收光光度法;

測量的儀器與型號：

汞：PH計PHS-3C;

鉛：石墨爐原子吸收光譜儀iCE3400GF;

鎘：石墨爐原子吸收光譜儀iICE3400GF;

總汞：原子熒光光度計AFS-230E;

總砷：原子熒光光度計AFS-230E;

總鉻：火焰原子吸收光光譜儀iCE3300FL;

3.3結果分析與討論

（表1）景觀稻根對土壤5大重金屬富集能力抽樣檢測表 單位：mg.kg-1

編號 Cr（鉻） As（砷） Cd（鎘） Hg（汞） Pb（鉛）

根8.16-1 55.21 211.64 1.52 0.41 13.74

根8.16-2 33.23 157.03 1.53 0.09 3.29

根8.16-3 19.76 191.17 1.69 0.13 9.32

根8.16-4 61.78 289.20 1.91 0.10 17.54

根8.16-5 8.68 262.20 1.73 0.09 4.36

根8.16-6 44.39 252.11 1.59 0.11 9.04

根8.16-7 11.39 267.85 1.52 0.09 7.31

（表2）景觀稻莖對土壤5大重金屬富集能力抽樣檢測表 單位：mg.kg-1

編號 Cr（鉻） As（砷） Cd（鎘） Hg（汞） Pb（鉛）

莖8.16-1 9.74 6.27 0.33 0.05 0.75

莖8.16-2 4.77 1.72 0.48 0.03 0.39

莖8.16-3 6.18 4.98 0.15 0.03 0.39

莖8.16-4 6.05 4.83 0.20 0.03 0.37

莖8.16-5 5.78 4.49 0.65 0.06 0.38

莖8.16-6 8.57 8.52 0.28 0.04 0.72

莖8.16-7 7.16 6.14 0.30 0.04 0.68

（表3）景觀稻葉土壤5大重金屬富集能力抽樣檢測表 單位：mg.kg-1

編號 Cr（鉻） As（砷） Cd（鎘） Hg（汞） Pb（鉛）

葉8.16-1 4.01 3.46 0.51 0.07 0.45

葉8.16-2 2.86 1.68 0.47 0.03 0.78

葉8.16-3 1.84 3.83 0.31 0.07 0.36

葉8.16-4 3.62 3.73 0.38 0.07 2.70

葉8.16-5 3.11 5.92 0.35 0.07 0.36

葉8.16-6 4.90 4.81 0.89 0.08 1.26

葉8.16-7 1.05 6.32 0.49 0.06 0.48

（表4） 施用土壤調理劑后稻谷重金屬抽樣檢測數據表 單位：mg.kg-1

樣品名稱 Cr（鉻） As（砷） Cd（鎘） Hg（汞） Pb（鉛）

稻谷1 0.14 0.16 0.026 未檢出（1.5×10-4） 未檢出（<0.005）

稻谷2 0.34 0.18 0.024 未檢出（1.5×10-4） 未檢出（<0.005）

稻谷3 0.30 0.16 0.027 未檢出（1.5×10-4） 未檢出（<0.005）

稻谷4 0.00 0.20 0.030 未檢出（1.5×10-4） 未檢出（<0.005）

稻谷5 0.02 0.20 0.120 未檢出（1.5×10-4） 未檢出（<0.005）

稻谷6 0.01 0.16 0.037 未檢出（1.5×10-4） 未檢出（<0.005）

稻谷7 0.01 0.20 0.083 未檢出（1.5×10-4） 未檢出（<0.005）

（表5）景觀稻配合施用土壤調理劑種植后土壤重金屬全量抽樣檢測表 ：mg.kg-1

土壤全量 Cr（鉻） As（砷） Cd（鎘） Hg（汞） Pb（鉛）

8.16-1 51.83 244.23 0.70 0.43 71.39

8.16-2 55.24 125.00 0.74 0.63 76.06

8.16-3 55.38 154.06 0.53 0.51 83.68

8.16-4 49.18 359.36 0.70 0.55 87.33

8.16-5 48.30 799.77 0.81 0.59 88.22

8.16-6 50.08 153.31 0.55 0.48 74.67

8.16-7 55.03 324.18 0.57 0.69 89.57

（表6）景觀稻配合施用土壤調理劑種植后土壤重金屬有效態(tài)抽樣檢測表mg.kg-1

土壤有效態(tài) Cr（鉻） As（砷） Cd（鎘） Hg（汞） Pb（鉛）

8.16-1 0.20 0.58 0.15 0.27 11.56

8.16-2 0.21 0.77 0.15 0.63 13.89

8.16-3 0.06 0.24 0.37 0.00 23.66

8.16-4 0.00 0.20 0.43 0.01 18.27

8.16-5 0.04 0.18 0.24 0.00 12.16

8.16-6 0.01 0.15 0.24 0.00 11.55

8.16-7 0.01 0.20 0.26 0.01 18.07

（表7） 秸稈和稻谷移除土壤中重金屬的總量 單位：mg

Cr（鉻） As（砷） Cd（鎘） Hg（汞） Pb（鉛）

秸稈（400kg） 2760 2112 136 16 ? 212

稻谷（400kg） 47 72 19 未檢出 未檢出

合計 2807 2184 158 16 ? 212

說明：

1.400Kg分別是一畝稻田秸稈和稻谷的重量

2.秸稈含莖和葉。

3.數據皆為七個樣品的平均值。

4.以上數據為一畝景觀稻吸收移出的重金屬總量。

（1）種植景觀稻配合施用土壤調理劑后，土壤中五大重金屬的有效態(tài)含量顯著下降。由（表5）和（表6）對比農環(huán)站提供的土壤重金屬有效態(tài)，可以發(fā)現，施用土壤調理劑后，有效態(tài)的數值比施用前降低了數倍。

（2）景觀稻具有富集土壤重金屬的能力，且景觀稻重金屬的含量由根到葉呈遞減的狀態(tài)。由（表7）可以得出，景觀稻對于重金屬都有不同程度的富集能力，有效地移取了土壤中的重金屬;由（表1）到（表4）我們可以看出水稻根富集重金屬的能力大于莖且大于葉，也大于了稻谷的富集能力，且呈遞減的狀態(tài)。

（3）景觀稻配以土壤調理劑富集重金屬后，生長的稻谷重金屬含量遠低于國家所規(guī)定的安全數值，可以被安全食用。由表（6）可以得出，土壤施用土壤調理劑后，生長出的稻谷中的鉛和汞的含量已低于1.5×10-4ppm;其鎘、砷的重金屬含量為0.2ppm以下，鉻為0.34ppm以下，處于人體食用安全范圍之內。

3.4 分析

我們根據土壤的具體情況，種植景觀稻，合理施用土壤調理劑，可以收獲能夠被安全食用的稻谷。稻谷本身的富集能力對于土壤重金屬背景值高的地區(qū)還達不到一次性治理土地重金屬污染，同時又確保水稻可以被食用的目的。但是，不同的土壤重金屬背景值不同，依據實驗可以計算出需施用土壤調理劑的量，加上景觀稻的協(xié)同作用，可生產出合格的稻谷。經過常年秸稈回收處理，逐年減少其土壤中重金屬的含量。

土壤調理劑施用方法如：治理鎘元素，首先測量土壤鎘含量的背景值。一般地，當背景值 PH小于5.5時，鎘含量大于8ppm時，此類障礙性土壤水稻生長困難，需先施用土壤調理劑8～12噸/公頃;當背景值 PH大于5.5時，鎘含量小于8ppm時施用土壤調理劑6～8噸/公頃，并在水稻灌漿末期噴灑阻控劑，切斷重金屬向種子運輸通道，避免重金屬向種子富集。運用螯合加阻控的方法，結合景觀稻富集重金屬由根向果實遞減的規(guī)律，可以確保生產出合格的稻谷。

4、景觀稻治理重金屬污染發(fā)展旅游產業(yè)的討論與展望

4.1景觀稻運用的優(yōu)勢

具有良好的景觀效益：景觀稻在景觀的運用中具有觀賞期長，適應性強，周期換景快等優(yōu)點。景觀稻幼苗期可觀色葉，生長期可觀株形，成熟期可觀稻穗，而且可種早中晚稻三季，觀賞期長，幼苗成本低，成景快，很適合大面積景觀種植。

具有多種經濟效益：由于景觀稻生產多種顏色的稻米，除了可以售賣稻谷獲得一筆經濟收入外，作為體驗性的產品還能獲得更多的經濟收入。如大米加工可做成彩色米粉、彩色米線等特色食品;還可以做成彩色爆米花、鍋巴、粽子、湯圓、米花糖、等彩色點心;米酒釀是餐桌上常見佳品;米糠可提取糠醛做營養(yǎng)品;秸稈可回收，做成景觀樹種的肥料等。作為大地景觀的彩稻景觀還能吸引商家進行品牌宣傳，從而賺取一定的費用。水稻一身都是寶，只要合理的開發(fā)運用，就可以換取豐厚的經濟收入。

具有多種社會效益：運用景觀稻協(xié)和土壤調理劑協(xié)同治理重金屬污染的方法，在治理了土壤重金屬污染的同時還及促進了旅游業(yè)的發(fā)展、還安置了就業(yè)、宣傳了農耕文化、豐富了生物的多樣性，最終豐富了人們的精神生活。

4.2景觀稻的運用現狀方式

（1）先界定好區(qū)域，測量好當地土壤重金屬含量背景值，收集資料，了解能在當地生長良好的景觀稻的種類，確立好可以種植的品種。

（2）設計好所需要的圖案，在土地上畫好相應的區(qū)域，可以運用網格法布點，并確立不同類型的景觀水稻所需種植的位置。

（3）設計好不同種類的景觀稻種植的時間和種植的方法，調節(jié)好施用土壤調理劑的量，確保觀賞期景觀良好，最終果實可被安全食用。

4.3 景觀稻運用形式

我國現有多處地區(qū)種植景觀稻并取得了良好的示范效果，可以總結為以下幾個形式：

（1）組合式

組合式指用幾何拼接而成的景觀。具有觀賞角度多樣、易管理、操作方便等優(yōu)點，但表現力較弱。

如2004年9月“沈陽建筑大學水稻田景觀”建成（圖（1-1）），俞孔堅大師的優(yōu)秀之作。此案例曾榮獲，“2005年美國景觀設計師協(xié)會設計榮譽獎”，和“2007年世界青年建筑師獎”。此稻田景觀根據地勢由多個三角形和四邊形拼接形成。此設計為在校的學生提供了一個可游、可賞、可憩的良好去所。

圖（1-1）

（2）平面圖案式

平面圖案式不能在臨近稻田的道路上觀賞完整的圖案，視距較遠，易高空俯視，適合于中間低四周高的地形，或者在稻田中設置一個或者多個能高空觀景的觀景平臺。

湖南永州冷水灘伊塘用紫褐色的彩色水稻與常規(guī)水稻交錯在大地上“繪出”“伊人茶語”等平面圖案（圖（1-2）），猶如一幅美妙的藝術作品，引眾多游客前來觀看。

江西省，新余市仙女湖區(qū)昌坊度假村，用紫色、黃色、綠色稻相配，繪制出了一幅平面的蜻蜓圖案，占地面積2.5畝（圖（1-3））。

http：//mt.sohu.com/20160704/n457675492.shtml

圖（1-2）

http：//news.163.com/15/0812/01/B0PIT85100014SEH.html

圖（1-3）

（3）立體圖案式

立體圖案式在觀賞的角度方面具有局限性，優(yōu)點是能近距離觀賞最佳效果。適宜只有一側有道路的稻田上的景觀。

早期，景觀稻田在日本是處于先進水平，日本青森縣的田舍館村通過在稻田中繪制立體式的圖案，普通綠色的水稻是背景，紫稻、白稻分別充當黑白色，這個片稻田讓一個原本面臨村莊破產、財政困難的窘境，而成為小有名氣的旅游目的地（圖（1-4））。

長沙瀏陽古港梅田村14戶村民用彩色水稻在稻田里種植出立體式的吉祥福娃巨型圖案，展現了農村新的農耕藝術，八月正是水稻成熟季節(jié)，每天吸引了大量游人前往觀賞，為當地增加了許多經濟收入。

http：//roll.sohu.com/20140722/n402579442.shtml

圖（1-4）

http：//cs.focus.cn/msgview/6390/344665528.html

圖（1-5）

4.4 遵循的原則

我們在設計圖案的類型時，根據圖案與觀賞點的視距的關系，合理地選擇圖案類型。即可單一地運用一種類型，也可混合地使用多種類型。在使用時我們需遵循以下幾個原則：

（1）生態(tài)原則：在不同的景觀稻種植的同時要考慮到不同種類之間的相生或者互害的關系，考慮到生態(tài)系統(tǒng)的平衡、穩(wěn)定、健康、可持續(xù)的要求，。

（2）因地制宜原則：設計的圖案要尊重當地的民俗文化，地理氣候條件，不可設計出與當地的文化地理想違背的圖案。

（3）以人為本原則：要一切以尊重人的活動為出發(fā)點，不可一味追求經濟效益和視覺效果，而花費大量的人力和物力，違背了以人為本的要求。

四、結語

我國人多地少，發(fā)揮每一寸土地最大的經濟效益是我們必要考慮的問題，加上環(huán)境污染的現狀，利用景觀稻結合土壤調理劑修復重金屬污染土壤，既起到了增加經濟收入的作用，又美化了環(huán)境、增加了旅游新景點、弘揚了農耕文化。但是具體以怎樣的比例配植常規(guī)稻種和彩色稻種能取得經濟與景觀雙贏的效果、景觀面積與最佳視距的關系、怎樣因地制宜地選擇適合當地文化、地理、氣候的水稻種類等問題還需要進一步的探究。

鳴謝：

湖南農業(yè)大學園藝園林學院龍岳林教授、肖云教授

湖南農業(yè)大學資環(huán)院雷鳴教授

湖南農業(yè)大學農學院蔣奇晉、呂書記給予了分析數據的支持

參考文獻：

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[2]齊紹武，柏連陽，雷星宇，陳淑萍，張義，鐘治舜。一種利用城市垃圾制造土壤調理劑的方法：中國，CN201410285382.7[P].2014-09-17.

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