VIP+n技術(shù)對(duì)重金屬污染土壤和稻谷降鎘效果研究

謝敏+黎良平+戴典

摘要：早稻以中早39和株兩優(yōu)819為供試品種，晚稻以H優(yōu)518和金優(yōu)59為供試品種，在瀏陽市北盛鎮(zhèn)以鎘為主的重金屬污染土壤大田里，研究了VIP+n修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤和大米的降鎘效果。結(jié)果表明：VIP+n修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤的降鎘作用不明顯，對(duì)稻谷的降鎘作用效果顯著，是否使用低鎘水稻品種無顯著差異。在早稻谷降鎘表現(xiàn)中，T4、T5、T6、T8、T10處理的降鎘效果達(dá)極顯著水平；在晚稻谷降鎘表現(xiàn)中，T6、T8處理降鎘效果達(dá)到極顯著水平。結(jié)論：在早稻生產(chǎn)中，施用生石灰可極顯著降低稻谷總鎘含量；在晚稻生產(chǎn)中，“IP”和“VIP+土壤調(diào)理劑”處理，可極顯著降低稻谷總鎘含量。

關(guān)鍵詞：重金屬；污染；土壤；稻谷；VIP+n技術(shù)

中圖分類號(hào)： X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A DOI編號(hào)： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.08.034

湖南省是我國(guó)重要的重金屬礦區(qū)之一，含有種類繁多的重金屬[1]，由于重金屬會(huì)干擾植物的正常生長(zhǎng)[2-5]，重金屬土壤污染越來越為人們關(guān)注。為了降低土壤重金屬污染程度，改善土壤質(zhì)量，確保農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)安全和產(chǎn)量，湖南省農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境保護(hù)管理站牽頭，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國(guó)亞熱帶研究所等科研單位共同參與，研究降低土壤和農(nóng)產(chǎn)品（主要為水稻）以鎘為主要重金屬含量的方法，以VIP+n修復(fù)技術(shù)為主要研究方法，探索具有最佳修復(fù)效果的組合，以期為降低湖南省重金屬污染土壤鎘含量和提高農(nóng)產(chǎn)品安全性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試品種和試驗(yàn)用地

試驗(yàn)品種：早稻為：中早39和株兩優(yōu)819。晚稻為：H優(yōu)518和金優(yōu)59（其中，株兩優(yōu)819和金優(yōu)59為湖南省農(nóng)委聘請(qǐng)專家推介的低鎘吸附水稻品種）；供試基地：在北盛鎮(zhèn)馬站村，大田面積為900平方米，基礎(chǔ)土樣重金屬鎘背景值為0.30毫克/公斤。大田分為面積相等的30個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)為6米×5米的規(guī)格。共有T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10十個(gè)不同的處理，每個(gè)處理重復(fù)三次。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

將T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10隨即排序在大田試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)，如表1-1所示。處理內(nèi)容如表1-2所示。

1.3 試驗(yàn)方法

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP -MS）分析方法具備精密度高、簡(jiǎn)便快速、干擾少、線性范圍寬、可多元素同時(shí)分析等特點(diǎn)[6-7]，在準(zhǔn)確度和精密度達(dá)到檢測(cè)要求的同時(shí)，能大大提高分析效率。本文采用 ICP-MS 法測(cè)定了土壤和大米中重金屬Cr、Cu、Zn、Cd、Pb 元素含量[8]，本文只對(duì)Cd含量進(jìn)行了分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 VIP+n對(duì)早稻土壤有效態(tài)鎘含量的影響

由表2-1可知，T1至T10處理的土壤含鎘量無顯著性差異，說明該十項(xiàng)修復(fù)技術(shù)對(duì)早稻土壤有效態(tài)鎘含量降低作用不顯著。

2.2 VIP+n對(duì)早稻谷總鎘含量的影響

由表2-2可知，T4至T10處理與對(duì)照組相比，鎘含量顯著降低，T2和T3處理與對(duì)照組相比無顯著差異，說明只使用低鎘吸附水稻品種或者只進(jìn)行水分管理，都不能降低早稻谷重金屬鎘含量；撒生石灰、使用低鎘吸附水稻品種和撒石灰、使用水分管理和撒生石灰、使用低鎘吸附水稻品種和撒生石灰的同時(shí)，進(jìn)行水分管理、三項(xiàng)操作（撒生石灰、進(jìn)行水分管理、使用低鎘吸附水稻品種，以下簡(jiǎn)稱三項(xiàng)），并分別配備土壤調(diào)理劑、葉面阻控劑和有機(jī)肥，都可使早稻谷含鎘量極顯著降低，且低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 VIP+n對(duì)晚稻土壤有效態(tài)鎘含量的影響

由表2-3可知，T1至T10處理的土壤含鎘量無顯著性差異，說明該十項(xiàng)修復(fù)技術(shù)對(duì)晚稻土壤有效態(tài)鎘含量降低作用不顯著。

2.4 VIP+n對(duì)晚稻谷總鎘含量的影響

由表2-4可知，T5至T10與對(duì)照組相比，鎘含量顯著降低，其中，T6和T8呈極顯著差異水平，T2至T4與對(duì)照組相比無顯著差異。說明只使用低鎘吸附水稻品種、單獨(dú)進(jìn)行水分管理或者單獨(dú)進(jìn)行撒生石灰，都不能降低晚稻谷重金屬鎘含量；使用低鎘吸附水稻品種和撒石灰、使用水分管理和撒石灰、使用低鎘吸附水稻品種和撒石灰的同時(shí)，進(jìn)行水分管理、三項(xiàng)并分別配備土壤調(diào)理劑、葉面阻控劑和有機(jī)肥，都可使晚稻谷含鎘量顯著降低，其中，使用水分管理和撒石灰、三項(xiàng)同時(shí)配備土壤調(diào)理劑可極顯著降低晚稻谷鎘含量標(biāo)準(zhǔn)，并遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié)論

鎘是一種重金屬元素，在冶金、塑料、電子等行業(yè)非常重 要， 但會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害。湖南鎘大米事件對(duì)湖南大米的形象產(chǎn)生了嚴(yán)重的損害，目前，我省越來越重視修復(fù)治理重金屬污染對(duì)稻谷和耕地土壤的影響，以期降低稻谷和土壤鎘含量，特別是稻谷鎘的含量，消除鎘對(duì)人體的危害。人們長(zhǎng)期使用鎘大米會(huì)引起神經(jīng)痛、骨痛等病痛，到了病患后期，甚至出現(xiàn)骨骼軟化、萎縮、脊柱變形等現(xiàn)象。

本試驗(yàn)用不同的處理方式，降低土壤和稻谷鎘含量，以期探索最佳的處理方式。試驗(yàn)表明：十種處理方式對(duì)土壤含鎘量的降低效果不顯著；在早稻谷降鎘中，T4撒生石灰、T5低鎘吸附水稻品種和撒石灰、T6水分管理和撒生石灰、T7低鎘吸附水稻品種和撒生石灰的同時(shí)，進(jìn)行水分管理、T8三項(xiàng)配備土壤調(diào)理劑、T9三項(xiàng)配合葉面阻控劑、T10三項(xiàng)配合有機(jī)肥，都可使早稻谷含鎘量極顯著降低，可見撒生石灰對(duì)早稻谷含鎘量的降低有顯著的促進(jìn)作用；在晚稻谷降鎘中，T5低鎘吸附水稻品種和撒石灰、T6水分管理和撒石灰、T8低鎘吸附水稻品種和撒石灰的同時(shí)，進(jìn)行水分管理、T8三項(xiàng)配備土壤調(diào)理劑、T9三項(xiàng)配合葉面阻控劑、T10三項(xiàng)配合有機(jī)肥，都可使晚稻谷含鎘量顯著降低，其中，T6水分管理和撒石灰、T8三項(xiàng)配備土壤調(diào)理劑可極顯著降低晚稻谷鎘含量標(biāo)準(zhǔn)。以上試驗(yàn)結(jié)果表明，施撒生石灰可極顯著降低早稻谷含鎘量，對(duì)晚稻生長(zhǎng)進(jìn)行撒石灰和水分管理、三項(xiàng)配備土壤調(diào)理劑管理可極顯著降低晚稻谷鎘含量。

4 討論

土壤重金污染存在污染范圍廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、污染比較隱蔽、無法被生物降解，并可能通過食物鏈不斷地在生物體內(nèi)富集[9]，甚至可轉(zhuǎn)化為毒害性更大的甲基化合物，對(duì)食物鏈中某些生物產(chǎn)生毒害，或最終在人體內(nèi)蓄積而危害健康。導(dǎo)致土壤重金屬鎘污染的原因主要有以下幾點(diǎn)：一是伴生鎘的鉛鋅礦等采、選、冶和有色金屬冶煉加工等通過大氣沉降和水源擴(kuò)散導(dǎo)致區(qū)域環(huán)境鎘污染；二是長(zhǎng)期施用磷肥對(duì)農(nóng)田鎘污染存在風(fēng)險(xiǎn)；三是土壤酸化加劇，致使土壤有效鎘含量增高；四是部分飼料添加重金屬元素，養(yǎng)殖廢棄物通過雨水沖洗進(jìn)入農(nóng)田溝渠，周邊稻田灌溉時(shí)被帶入土壤，長(zhǎng)時(shí)間積累引起超標(biāo)。

目前，湖南省土壤重金屬污染修復(fù)方式主要有以下幾種：土壤修復(fù)技術(shù)措施。一是施用生石灰，是降低土壤鎘活性的簡(jiǎn)單、適用、低成本的方法，通過提高pH值，使土壤中有效鎘含量降低；二是長(zhǎng)期淹水管理。通過還原形成二價(jià)S2-，與Cd形成沉淀，能顯著降低鎘活性；三是施用有機(jī)肥。使有機(jī)質(zhì)與鎘絡(luò)合，能使稻米鎘含量降低5%左右；四是施用土壤調(diào)理劑，提高有效硅與鎘作用，形成硅酸鎘沉淀；五是深耕改土。以提高土壤的環(huán)境容量；六是種植綠肥紫云英。以促進(jìn)有機(jī)質(zhì)與鎘絡(luò)合。開展VIP+n試驗(yàn)，如本試驗(yàn)研究所示。開展農(nóng)作物替代種植區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)整，替代區(qū)結(jié)構(gòu)調(diào)整的主要內(nèi)容是開展非食用、非口糧作物替代種植。一是替代種植養(yǎng)蠶專用桑、紅黃麻、苧麻、蛋白飼料桑、花卉苗木、棉花等經(jīng)濟(jì)作物；二是替代種植非直接食用糧油作物；三是開展水稻種子生產(chǎn)。

本實(shí)驗(yàn)中的VIP+n技術(shù)，在湖南省修復(fù)重金屬污染土壤耕地中已廣泛使用，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程當(dāng)中，同時(shí)精準(zhǔn)推進(jìn)十項(xiàng)技術(shù)措施，難度大、不易操作，一方面需要大量專業(yè)的技術(shù)人員確保精確性，增加人力成本；另一方面也會(huì)消耗大量的原料（生石灰、有機(jī)肥、葉面阻控劑、土壤調(diào)理劑等），浪費(fèi)資源。如果能有精準(zhǔn)的降低鎘污染的試驗(yàn)技術(shù)，將大大節(jié)省人力物力成本，同時(shí)對(duì)大米降鎘起到更好的作用。本研究初步表明，施撒生石灰對(duì)降低早稻谷含鎘量有顯著作用，在種植晚稻過程中，撒生石灰和水分管理、三項(xiàng)配備土壤調(diào)理劑管理可極顯著降低晚稻谷鎘含量。

參考文獻(xiàn)

[1]雷丹.湖南重金屬污染現(xiàn)狀分析及其修復(fù)對(duì)策[J].湖南有色金屬，2012，28（01）：57-60.

[2]Liu D H.， Jiang W S， Wang W， et al. Effects of lead on root growth， cell division， and nucleolus of Allium cepa [J].Environmental Pollution，1994，（08）：1-4.

[3]Johnson W R.， Proctor J A. Comparative study of metal levels in plants from two contrasting lead mine sites[J].Plant and Soil，1977，（46）：251-257.

[4]Fargasova A. Effect of Pb， Cd， Hg， As and Cr on germination and root growth of Sinapis alba seeds[J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，1994，（52）：452-456.

[5]Van Assche F， Cliisters H. Effects of metals on enzyme activity in plants[J].Plant， Cell and Environment，1990，（13）：195-206.

[6]楊曉紅，張林群，周愛東.ICP-AES測(cè)定巖石中常量元素的不確定度評(píng)定[J].光譜試驗(yàn)，2011，28（06）：3303-3308.

[7]ZHU Y B，ITOH A，UMEMURA T，etal.Determination of REEs in Natural Water by ICP-MS with the Aid of AU-tomatic Column Changing System[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry，2010，（25）：1253-1258.

[8]黃麗娟，林文業(yè)，黃一帆，等.ICP-MS等離子體質(zhì)譜法測(cè)定土壤中鉻鎳銅鋅砷鎘鉛元素含量[J].大眾科技，2011，5：102-

103.

[9]惠琳.土壤重金屬污染及植物修復(fù)技術(shù)[J].黑龍江水專學(xué)報(bào)，2006，33（01）：102-104.

作者簡(jiǎn)介：謝敏，碩士研究生，中級(jí)農(nóng)藝師，研究方向：煙草生理生化。