耕地重金屬污染防治技術(shù)試驗分析

譚斯坦　朱安繁　夏文建

摘 要：土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點，當(dāng)其積累到一定程度后爆發(fā)出來時，不但會破壞土壤理化性狀，惡化水文環(huán)境，導(dǎo)致農(nóng)作物生長失調(diào)，使糧食減產(chǎn)；更會通過食物鏈富集到農(nóng)作物、水產(chǎn)品及畜產(chǎn)品中進(jìn)入人體，誘發(fā)高危疾病，直接危害人類身體健康。因此，加強對土壤重金屬污染的防范與治理工作刻不容緩。

關(guān)鍵詞：耕地重金屬；污染防治項目；試驗分析

中圖分類號：F301.21 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20160923001

引言

土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是廣大農(nóng)民的生存之本，是經(jīng)濟活動中最基本的生產(chǎn)要素。然而隨著南昌市工業(yè)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，工業(yè)“三廢”、機動車尾氣、污水灌溉和農(nóng)藥、除草劑、化肥等的使用嚴(yán)重污染了土壤，尤其是城郊農(nóng)業(yè)區(qū)重金屬污染問題更為突出。為此，南昌市啟動了耕地重金屬污染防治項目，通過試驗示范，篩選出經(jīng)濟高效的重金屬污染治理技術(shù)，保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，保障農(nóng)民種植效益。

1 試驗設(shè)計

耕地重金屬污染主要來源包括工業(yè)污染物排放、土壤酸化導(dǎo)致重金屬活性增加、不合格農(nóng)業(yè)投入品（農(nóng)藥農(nóng)膜化肥等）的使用等因素，針對以上因素分別制定：生物源石灰調(diào)酸、土壤改良劑使用（包括秸稈、草木灰、廄肥、微生物肥、磷灰石等）、土壤吸附劑應(yīng)用、植物修復(fù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)等5種試驗，比較其對重金屬污染的治理效果，篩選經(jīng)濟有效、適宜推廣的方式。

1.1 生物源石灰試驗

本試驗選用生物源石灰，是由貝殼等進(jìn)行加工而成的石灰，既適用于南方酸性土壤的改良和農(nóng)作物鈣質(zhì)補充，同時又避免了礦物源石灰可能導(dǎo)致的土壤板結(jié)等問題。試驗設(shè)置4個處理，分別為1水平（30kg/667m2）、2水平（40kg/667m2）、3水平（50kg/667m2）和空白對照，處理小區(qū)面積一般為50m2。

1.2 土壤改良劑修復(fù)試驗

土壤改良劑有著操作簡便、投入較低的優(yōu)勢，它能改變土壤中重金屬形態(tài)，可以降低其釋放性，減少作物對重金屬的吸收。試驗設(shè)置6個小區(qū)，分別為1處理（施用秸稈小區(qū)）、2處理（施用草木灰小區(qū)）、3處理（施用廄肥小區(qū)）、4處理（施用微生物肥小區(qū)）、5處理（施用磷灰石小區(qū)）和空白對比小區(qū)，處理小區(qū)面積一般為50m2。

1.3 土壤吸附劑修復(fù)試驗

土壤重金屬吸附劑能夠吸附固定土壤中的重金屬離子，降低其活性，減輕污染危害。本試驗選用的是膨潤土進(jìn)行修復(fù)，該物質(zhì)為層狀鋁硅酸鹽，具有較強的吸附性和陽離子交換容量，可以通過孔道吸附、表面吸附和層間陽離子交換作用等多種方式吸附土壤中的重金屬離子。試驗設(shè)施用區(qū)和空白區(qū)2個處理，在施用區(qū)每667m2施150kg膨潤土（按60g/kg用量，20cm耕層的壤土地耕層土壤畝重量約150000kg），空白區(qū)不施用膨潤土，處理小區(qū)面積一般為50m2。膨潤土施用時間為下基肥前，于耕地翻耕的同時一起翻耕進(jìn)土壤。

1.4 植物修復(fù)試驗

某些特殊植物能忍耐并在體內(nèi)超量積累重金屬，通過在發(fā)生了重金屬污染的土壤上種植該類植物，能起到吸附、去除土壤中重金屬的作用。本試驗采用東南景天作為修復(fù)植物，試驗設(shè)種植區(qū)、空白區(qū)2個處理，種植區(qū)種植東南景天，空白區(qū)種植常規(guī)農(nóng)作物，處理小區(qū)面積一般為50m2。通過對種植前后同小區(qū)以及不同小區(qū)土壤重金屬含量對比，掌握東南景天修復(fù)耕地重金屬污染的可行性。

1.5 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)試驗

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)主要是指應(yīng)用農(nóng)藝修復(fù)措施，包括調(diào)整施肥結(jié)構(gòu)、少施酸性肥料、降低含重金屬的農(nóng)藥用量、改善作物品種等措施。本試驗通過應(yīng)用測土配方施肥、減少農(nóng)藥用量等方式，在土壤上開展修復(fù)試驗。試驗設(shè)4個處理，分別為：P處理（測土配方施肥并且不施農(nóng)藥）、PN處理（測土配方施肥并且施農(nóng)藥）、C處理（常規(guī)施肥并且不施農(nóng)藥）、正常處理（常規(guī)施肥并且施農(nóng)藥）。處理小區(qū)面積一般為50m2。通過不同農(nóng)藝措施小區(qū)耕作前后土壤、農(nóng)作物中重金屬含量的對比，探討農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)重金屬污染的可行性。

2 取樣檢測

本項工作包括試驗示范田土壤樣品及農(nóng)作物樣品的采集與檢測工作，所涉及的技術(shù)操作步驟均參照中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中NY/T1121系列相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.1 采樣準(zhǔn)備

采樣人員要具有一定采樣經(jīng)驗，熟悉采樣方法和要求，了解采樣區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)情況。由于重金屬污染指標(biāo)檢出限低，為確保樣品不受污染采樣前要準(zhǔn)備好制定采樣工具（304不銹鋼或木制）、采樣袋（布袋或尼龍網(wǎng)袋）、采樣標(biāo)簽等。

2.2 采樣范圍及時間

試驗示范點土壤及農(nóng)作物樣品均在試驗小區(qū)內(nèi)取樣，土壤樣品采集時間為早稻或中稻試驗示范開展前（整地施基肥前）1次，試驗示范結(jié)束后（農(nóng)作物收割后）1次；農(nóng)作物樣品采集時間為試驗示范結(jié)束收割測產(chǎn)時。

2.3 采樣部分及方式

土壤樣品主要采集耕作層樣品，統(tǒng)一采樣深度為25cm，每個采樣點的取土深度和采樣量均勻一致，農(nóng)作物樣品采集水稻的稻穗部分，采樣時沿著一定的線路，按照“隨機”、“等量”和“多點混合”的原則進(jìn)行采樣。

2.4 樣品檢測

樣品采集完成后自然陰干，隨后送有資質(zhì)的檢測機構(gòu)進(jìn)行檢測。樣品檢測工作按照國家標(biāo)準(zhǔn)方法執(zhí)行，土壤檢測指標(biāo)為：鉛、汞、鎘、鉻、砷、pH值等；農(nóng)作物檢測指標(biāo)為鉛、汞、鎘、砷、水分等。

3 試驗結(jié)果分析

3.1 不同處理試驗前后土壤重金屬含量及pH值對比

3.1.1 石灰（調(diào)酸）試驗

與試驗前和空白區(qū)土樣檢測結(jié)果相比，各石灰處理土壤pH值均明顯升高，重金屬含量有所下降，其中石灰用量30kg/667m2處理中土壤鉛、砷含量最低，40kg/667m2處理鎘、鉻含量最低，50kg/667m2處汞含量最低，土壤pH 值提升幅度最大為40kg/667m2處理，pH值較試驗前增加了8.3%，較空白區(qū)增加了5.02%。由結(jié)果判斷，40kg/667m2石灰處理綜合效果最好。

3.1.2 改良劑、吸附劑（外源添加物）試驗

與試驗前和空白區(qū)土樣檢測結(jié)果相比，除空白區(qū)對比微生物肥外，各處理pH值均有所提升，提升幅度最大的為秸稈處理，增幅分別為5.63%和2.4%；鎘含量降幅最大的為秸稈處理，降幅分別為22.64%和27.65%；鉛含量降幅最大的為秸稈處理，降幅分別為39.25%和23.76%；砷含量降幅最大的為膨潤土處理，降幅分別為39.33%和34.85%；鉻含量降幅最大的為廄肥處理，降幅分別為37.97%和4.55%，汞含量僅膨潤土處理下降，降幅分別為3.49%和3.71%。由結(jié)果判斷，秸稈處理綜合效果最好。

3.1.3 生態(tài)修復(fù)（農(nóng)藝措施）試驗

與試驗前和空白區(qū)土樣檢測結(jié)果相比，除空白區(qū)對比常規(guī)施肥（不用農(nóng)藥）處理外，各處理pH值均有所提升，提升幅度最大的為施配方肥（不用農(nóng)藥）處理，增幅分別為6.98%和3.71%；鎘含量降幅最大的為施配方肥（不用農(nóng)藥）處理，降幅分別為16.35%和21.76%；鉛含量降幅最大的為施配方肥（不用農(nóng)藥）處理，降幅分別為29.78%和11.88%；鉻含量降幅最大的為施配方肥（不用農(nóng)藥）處理，降幅分別為50.84%和24.35%；砷含量降幅最大的為施配方肥（農(nóng)藥）處理，降幅分別為9.11%和2.41%。由結(jié)果判斷，施配方肥（不用農(nóng)藥）處理綜合效果最好。

3.1.4 生物修復(fù)試驗

采用東南景天進(jìn)行的生物修復(fù)試驗，土壤pH值與試驗前和空白區(qū)檢測結(jié)果相比均有提升，而汞、鎘、鉛、砷、鉻5項重金屬指標(biāo)含量全部下降，雖然下降幅度與其它處理相比不是最大，但其它處理檢測結(jié)果中或多或少都存在某幾項重金屬元素含量增加的現(xiàn)象，因此在不考慮試驗外因素的情況下，生物修復(fù)試驗在土壤重金屬污染防治上的效果最為良好。

3.2 不同處理下水稻重金屬含量及產(chǎn)量對比

3.2.1 重金屬含量對比

水稻重金屬檢測基本情況為汞、鎘含量未超標(biāo)，鉛、砷、鉻含量超標(biāo)。其中汞含量最低的為施配方肥（農(nóng)藥）處理，鎘含量最低為微生物肥處理，鉛含量最低為秸稈處理，砷含量最低為膨潤土處理，鉻含量最低為空白處理。各試驗處理之間數(shù)據(jù)未見明顯規(guī)律，綜合比較則是石灰（40kg/667m2）、微生物肥、常規(guī)施肥（不用農(nóng)藥）等處理平均含量偏低。

3.2.2 產(chǎn)量對比

從產(chǎn)量來看，土壤改良劑試驗各處理平均產(chǎn)量均在480kg/667m2以上，其中產(chǎn)量最高的為草木灰處理，達(dá)到了506.13kg/667m2；石灰試驗中最高的為石灰（40kg/667m2）處理，產(chǎn)量482.43kg/667m2；生態(tài)修復(fù)試驗中最高的為施配方肥（農(nóng)藥）處理，產(chǎn)量470.58kg/667m2。

4 綜合分析

4.1 檢測數(shù)據(jù)對比

根據(jù)試驗前后各處理土壤pH值、重金屬含量檢測結(jié)果，水稻重金屬含量檢測以及產(chǎn)量測算結(jié)果，綜合分析如下：由土壤檢測結(jié)果來看，石灰（調(diào)酸）試驗中石灰（40kg/667m2）效果最好，改良劑、吸附劑（外源添加物）試驗中秸稈處理效果最好，生態(tài)修復(fù)（農(nóng)藝措施）試驗中施配方肥（不用農(nóng)藥）處理效果最好，全方面綜合效果最好的為植物修復(fù)（東南景天）試驗；由水稻檢測結(jié)果來看，石灰（40kg/667m2）、微生物肥、常規(guī)施肥（不用農(nóng)藥）等處理效果較好；由水稻測產(chǎn)結(jié)果來看，改良劑試驗全處理（秸稈、草木灰、廄肥、微生物肥、磷灰石），石灰（40kg/667m2）處理和施配方肥（農(nóng)藥）處理效果較好。

4.2 各項措施優(yōu)劣性

4.2.1 植物修復(fù)

采用種植東南景天的植物修復(fù)方式能在提高土壤pH值的同時全方面降低耕地各項重金屬元素含量，在本次試驗中效果最好，但種植東南景天成本較高，每667m2均用種成本就在5000元以上，而且種植過程中當(dāng)季農(nóng)田不能收獲，無法產(chǎn)生經(jīng)濟效益。此外在試驗中還發(fā)現(xiàn)，由于南昌市主要農(nóng)作物為水稻，東南景天生長需要通風(fēng)透氣環(huán)境，在水田中長勢欠佳。綜合經(jīng)濟、操作等方面因素，不建議在南昌市采用植物（東南景天）修復(fù)方式進(jìn)行耕地重金屬污染防治。

4.2.2 土壤調(diào)酸（石灰）

通過提高土壤pH值，能降低土壤中重金屬元素的活性，使其鈍化難以被作物吸收，此外石灰還有殺蟲殺菌、疏松土壤等作用，每667m2均投入不高（礦物質(zhì)石灰20～30元/667m2、生物源石灰50～70元/667m2，本試驗采用生物源石灰），操作簡便，對作物增產(chǎn)也有一定幫助。建議在南昌市采用石灰（40kg/667m2）處理進(jìn)行耕地重金屬污染防治。

4.2.3 改良劑、吸附劑（外源添加物）

使用改良劑、吸附劑的作用都是改變重金屬形態(tài)、降低作物吸收，此外改良劑還能起到改善耕地理化性狀、平衡肥力等作用。根據(jù)所用物資的不同，其成本也各有差異，各處理中秸稈、草木灰、廄肥、磷灰石、膨潤土等成本均不高（每667m2均0～20元），微生物肥畝均成本較難控制（每667m2均50～1000元），此外使用磷灰石、膨潤土等還要擔(dān)心產(chǎn)生二次污染，建議在南昌市推廣秸稈（前季秸稈腐熟還田）處理進(jìn)行耕地重金屬污染防治。

4.2.4 農(nóng)藝措施

通過科學(xué)合理使用化肥、農(nóng)藥等農(nóng)業(yè)投入品，降低重金屬污染危害。采用施用配方肥、不施農(nóng)藥等措施均能有效遏制土壤及水稻中重金屬污染，但不施農(nóng)藥的處理受病蟲害影響，水稻產(chǎn)量只有300kg/667m2左右，無法保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)出和農(nóng)民收入。為此，需要深入推廣測土配方施肥技術(shù)、綠色病蟲害防控技術(shù)，在防治重金屬污染的同時確保大田產(chǎn)量。

5 結(jié)論與建議

由于耕地重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點，一旦爆發(fā)危害極大。因此，建議參照耕地土壤普查結(jié)果，結(jié)合“糧油綠色高產(chǎn)創(chuàng)建”、“耕地質(zhì)量保護(hù)與提升”等項目，在污染較嚴(yán)重的地區(qū)開展土壤調(diào)酸（石灰）以及秸稈腐熟還田工作，在全市范圍內(nèi)推廣測土配方施肥、統(tǒng)防統(tǒng)治、綠色植保等先進(jìn)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)，消除重金屬污染隱患，確保農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、人民群眾身體健康，促進(jìn)南昌市農(nóng)業(yè)可持續(xù)性發(fā)展。