農(nóng)田重金屬污染治理技術(shù)實施情況探究

李功名

摘 要 根據(jù)湖南省對農(nóng)業(yè)環(huán)境的多年定位監(jiān)測結(jié)果可知，目前污染農(nóng)田的重金屬主要是鎘、鉛、汞、砷和鉻，其中以鎘污染尤為突出?！版k米風波”對湖南省乃至整個南方稻米產(chǎn)業(yè)造成了極大沖擊，也對目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)安全和生態(tài)環(huán)境保護敲響了警鐘，引起了社會的普遍關(guān)注和政府的高度重視，迫切需要對農(nóng)田重金屬的治理方法進行研究?；诖耍院鲜∮乐菔衅铌柨h白水、肖家兩個項目片區(qū)為例，介紹農(nóng)田重金屬污染治理技術(shù)的實施概況。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田;重金屬;污染治理;修復技術(shù);湖南省祁陽縣

中圖分類號：S156 文獻標志碼：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.06.078

農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量關(guān)系到農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)和農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)安全[1]。2012年底，湖南省耕地質(zhì)量調(diào)查表明，湖南省耕地重金屬污染總體呈現(xiàn)出從輕度污染向重度復合型污染發(fā)展、從局部污染向區(qū)域污染發(fā)展的趨勢。全省城郊區(qū)、工礦區(qū)和污水灌區(qū)的產(chǎn)地安全調(diào)查以及相關(guān)數(shù)據(jù)初步估算，全省被重金屬污染的耕地占全省耕地面積的25%。

經(jīng)過2014—2018年的前期調(diào)研、培訓等一系列工作準備，2019年湖南省開始正式按方案進行農(nóng)田重金屬污染治理工程實施。湖南省永州市祁陽縣作為其中的重點項目縣，實施進度和工作成效一直保持在全省前列。

1 項目片區(qū)現(xiàn)狀分析

1.1 白水片區(qū)

1.1.1 示范點基本情況

白水項目片區(qū)是2019年正式進行修復治理示范的片區(qū)，示范區(qū)農(nóng)田重金屬污染情況如下：平均稻米鎘含量為0.43 mg·kg-1，砷含量為0.34 mg·kg-1;土壤總鎘含量為0.46 mg·kg-1，總砷含量為19 mg·kg-1，土壤pH為5.3，有機質(zhì)含量為30～45 g·kg-1?？梢?，本區(qū)域稻米重金屬污染為鎘高風險、砷中風險;土壤重金屬污染為鎘低風險、砷無風險，土壤為酸性，有機質(zhì)含量中等。

根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品和土壤重金屬污染風險級別，本示范區(qū)應在采用鎘砷低吸收品種+鎘砷同步鈍化劑的前提下，有機結(jié)合土壤酸性調(diào)理和葉面阻控技術(shù)，同時實行秸稈離田措施，促使稻米鎘、砷含量達到國家相關(guān)標準。此外，還可增施一定量的有機肥，對土壤進行提質(zhì)擴容。

但鑒于當?shù)胤N植習慣（一季稻-再生稻）和農(nóng)民意愿（農(nóng)民已經(jīng)育秧，品種為天龍1號），種植鎘砷同步低積累品種已不可能，且水稻品種篩選試驗暫未進行，適合本地的鎘砷同步低積累水稻品種暫未篩選出。因此，本方案以鎘砷同步鈍化劑（采購自晨露環(huán)保公司的鎘砷同步鈍化土壤調(diào)理劑）為核心，采用土壤酸性調(diào)理、水分優(yōu)化管理、噴施葉面阻控劑阻控等技術(shù)手段，并結(jié)合施用有機肥進行土壤提質(zhì)擴容，結(jié)合秸稈離田實現(xiàn)土壤鎘砷凈化，達到稻米鎘砷同步降低的目的，2020年則再根據(jù)試驗結(jié)果和本項目地區(qū)鎘砷低積累水稻品種篩選試驗進行方案優(yōu)化[2]。

1.1.2 具體技術(shù)內(nèi)容

在插秧前7天左右施用石灰復合材料、鎘砷同步鈍化劑、腐熟有機肥，并結(jié)合翻耕整地使其與土壤充分混勻。水稻灌漿期前后14 d進行深淹水管理，其他時間可采用濕潤管理或者常規(guī)管理方式進行，分蘗盛期曬田

10 d左右。在分蘗盛期復水后和孕穗期噴施葉面阻控劑，實現(xiàn)土壤鎘砷的同步鈍化和阻隔，確保稻米生產(chǎn)達標。

1）施用石灰復合材料。每667 m2施用石灰復合材料（石灰石∶白云石=7∶3）400 kg，以期實現(xiàn)鎘有效性顯著下降的同時不導致土壤砷大量活化，且該材料可有效提升土壤pH，但作用較石灰緩和，對土壤鎘具有長效鈍化作用。2）施用鎘砷同步鈍化劑。每667 m2施用研制的鎘砷同步鈍化劑300 kg，鈍化劑要求在插秧前7天與石灰質(zhì)材料同時施入，并結(jié)合翻田整地使鈍化劑與土壤混勻。3）施用腐熟有機肥。結(jié)合翻田整地，每667 m2施用腐熟的有機肥100 kg，對土壤進行提質(zhì)擴容，提升土壤肥力。4）優(yōu)化水分管理。在原有水分管理的基礎上適當增加曬田時間?；诒緟^(qū)域土壤砷含量較低的特點，結(jié)合水稻生長過程監(jiān)測（植株鎘、砷含量和土壤pH、Eh等）結(jié)果，適當減少淹水時間，增加曬田或采用干濕交替等水分管理方式（具體由技術(shù)專家根據(jù)監(jiān)測結(jié)果進行調(diào)整）。5）采用秸稈離田技術(shù)措施。根據(jù)當前稻米鎘砷含量，采用秸稈離田的方式，凈化土壤。6）超標稻米的管控。以實現(xiàn)稻米80%達標進行估算，另外20%的超標稻米應進行安全處置，用于釀酒或者生產(chǎn)酒精，杜絕流入口糧市場[3]。

1.1.3 修復效果預測

根據(jù)檢測結(jié)果可知，2019年試驗片區(qū)土壤全鎘平均含量為0.51 mg·kg-1，總砷含量為20.54 mg·kg-1，土壤pH為5.55，皆高于2018年。其原因可能是上半年的洪水帶進的大量污泥導致土壤重金屬含量加劇。因此，對整個項目片區(qū)來說，應加快灌溉水凈化等田間工程建設，確保清潔水源灌溉農(nóng)田，切斷污染源。

分析稻米重金屬含量發(fā)現(xiàn)，稻米總鎘含量為0.69 mg·kg-1，無機砷含量為0.18 mg·kg-1，砷含量達到食品安全國家標準，但鎘含量比2018年顯著增加，可見，2019年度技術(shù)措施顯著降低了稻米砷含量，但對稻米鎘含量的效果不理想。分析其原因可能是：1）洪水帶入的底泥，造成水稻對鎘的吸收積累增加;2）洪水過后進行了曬田消毒，降低了水分管理降鎘效果;3）大量洪水沖刷，導致施用的鈍化劑流失，降鎘效果顯著下降。因此，多方面的原因?qū)е铝私垫k效果不理想。

1.1.4 經(jīng)驗總結(jié)與建議

受2019年技術(shù)效果的啟發(fā)，2020年應加快灌溉水凈化工程實施力度，減少灌溉水對技術(shù)效果的影響。同時，應強化關(guān)鍵時期，尤其是分蘗盛期至灌漿期的淹水管理，確保降鎘技術(shù)效果。

1.2 肖家片區(qū)

1.2.1 基本情況

肖家項目片區(qū)稻米鎘污染風險屬于中風險、砷污染風險屬于無風險，土壤鎘污染、砷污染等級均屬于無風險，農(nóng)田外源中除稻草鎘含量超標外，其余無風險，生產(chǎn)管理屬于中風險?？梢猿醪脚卸?，肖家項目片區(qū)鎘污染風險主要為土壤污染、農(nóng)田外源污染及生產(chǎn)管理導致的污染，其應對的管控措施除采取農(nóng)藝管理和土壤修復措施外，還需進一步明確干濕沉降、品種和生產(chǎn)管理的影響。

1.2.2 2019年監(jiān)測結(jié)果分析

由于2019年未實施相關(guān)農(nóng)藝措施，因此，該項目片區(qū)重點是通過監(jiān)測查缺補漏。對項目區(qū)安全要求進行整體污染情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，項目區(qū)土壤全鎘含量為0.48 mg·kg-1，土壤總砷為11.77 mg·kg-1，表明土壤為鎘污染低風險，砷為無風險;項目區(qū)稻米鎘平均含量為0.28 mg·kg-1，稻米無機砷含量為0.18 mg·kg-1，鎘污染中低風險，而砷污染為無風險，但存在個別位點砷超標的現(xiàn)象，修復治理技術(shù)難度不大。

2 項目區(qū)其他工作情況

2.1 項目區(qū)鎘砷同步低吸收水稻品種篩選

2019年，通過專家組論證，由湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所承擔了祁陽縣的品種篩選工作。采用田間試驗方法，選擇白水鎮(zhèn)典型污染稻田，研究了15個供試水稻品種對鎘、砷的吸收累積差異，并對其稻米超標風險進行了評估。根據(jù)試驗結(jié)果，初步篩選出Y兩優(yōu)9918、桃優(yōu)香占、野香優(yōu)絲苗和野香優(yōu)莉絲等4個鎘、砷低吸收優(yōu)先推廣品種，但由于野香優(yōu)絲苗存在較大的產(chǎn)量風險，實際推廣時應慎重考慮。

研究結(jié)果表明，15個供試品種中，天龍一號和野香優(yōu)絲苗減產(chǎn)明顯，而荃優(yōu)絲苗和深兩優(yōu)5814等品種產(chǎn)量相對較高。15個供試品種的稻米鎘含量范圍為0.41～

0.81 mg·kg-1，超標率達100%，表明該區(qū)域水稻種植稻米鎘超標風險較大。15個品種稻米砷含量范圍為0.14～

0.21 mg·kg-1，其中桃優(yōu)香占和深優(yōu)9595存在稻米砷超標風險，天龍一號和C兩優(yōu)87稻米砷含量接近超標閾值，具有潛在超標風險。鎘的轉(zhuǎn)運效率以野香優(yōu)絲苗最高，荃優(yōu)絲苗最低，砷的轉(zhuǎn)運效率以隆兩優(yōu)華占最高，Y兩優(yōu)9918最低。15個品種稻米鎘富集系數(shù)平均值為0.94，其中C兩優(yōu)386、隆兩優(yōu)1988、隆兩優(yōu)華占和晶兩優(yōu)1212等4個品種的稻米鎘富集系數(shù)均高于1.0，說明其富集能力較強，稻米鎘超標風險相對較高。15個品種稻米砷富集系數(shù)平均值為0.006 3，且15個水稻品種稻米對土壤砷的富集系數(shù)遠小于1.0，說明在該土壤上稻米對土壤砷的富集作用較弱。15個品種對鎘的富集能力明顯高于對砷的富集能力，而水稻莖葉對鎘、砷的富集能力高于稻米。根據(jù)水稻品種鎘、砷富集系數(shù)風險評估等級劃分標準，其中鎘處于低風險Ⅱ的品種為4個，處于中風險Ⅲ的品種為10個，處在高風險Ⅳ為1個，說明15個品種在一定程度上均存在稻米鎘超標風險。15個供試水稻品種砷含量均處于低風險Ⅱ，說明該區(qū)域的稻米砷超標風險相對較低。由于水稻品種對鎘、砷的吸收積累不僅與品種本身有關(guān)，更受氣候等環(huán)境條件的控制，本試驗僅為一年的試驗結(jié)果，因此，建議下一年度繼續(xù)對所選品種鎘、砷吸收效果的穩(wěn)定性進行進一步驗證試驗。

2.2 農(nóng)藝措施實施

綜合考慮項目區(qū)鎘砷復合污染的實際情況，為確保試驗進度和提升項目執(zhí)行力度，本項目在白水片區(qū)進行鎘砷復合污染稻田的修復治理，2019年規(guī)模為34 hm2。

在確定規(guī)模后，按照項目農(nóng)藝措施實施程序，充分調(diào)研白水項目區(qū)鎘砷復合污染農(nóng)田的邊界，并與每個農(nóng)戶進行單獨溝通，劃定33.33 hm2農(nóng)藝技術(shù)措施實施邊界，實際實施34 hm2;按照招標采購程序，按照技術(shù)實施方案上報物資采購量。同時，積極與招標公司對接，落實土壤調(diào)理劑等的采購，2019年由農(nóng)藝措施實施主體共采購了中標單位湖南晨露環(huán)保公司的鎘砷復合修復產(chǎn)品

153 t，進行水分管理34 hm2，秸稈離田34 hm2，采購有機肥52 t，采購復合材料的石灰76.5 t，并順利在水稻種植前完成所有程序，確保2019年34 hm2試驗示范落地。此項目區(qū)的農(nóng)藝措施實施為后期農(nóng)田重金屬污染治理提供了參考，大力提升了項目組成員和項目實施人員的經(jīng)驗，為后續(xù)整個片區(qū)項目的順利開展奠定了基礎。

2.3 項目區(qū)試驗示范樣品檢測

按照項目程序，對白水、肖家兩個片區(qū)所有土壤、農(nóng)產(chǎn)品、灌溉水等樣品進行了檢測，2019年白水片區(qū)取樣75組，肖家片區(qū)取樣172組，順利進行了取樣送檢。同時，積極配合項目第三個質(zhì)量監(jiān)測單位對項目區(qū)監(jiān)測及檢測數(shù)據(jù)進行了估測和評價。

由于2019年上半年降雨太多，期間項目區(qū)全部被洪水淹沒，淹沒時間3 d，為積極應對項目區(qū)洪水淹沒引起的風險，在與省世行項目專家組溝通的基礎上，按照相關(guān)技術(shù)規(guī)范對洪水進行了取樣和送檢，以明確洪水對項目區(qū)的影響。同時，為減少洪水對項目區(qū)水稻產(chǎn)量及重金屬污染的影響，災后積極采取了排水、曬田、消毒等技術(shù)，大幅降低了水稻的減產(chǎn)風險，并在后期根據(jù)田間水分進行了淹水處理，以降低水稻鎘積累。此外，由于淹水時部分水稻正處于抽穗揚花期，淹水減產(chǎn)的風險沒法補救，根據(jù)項目區(qū)以前種植再生稻的習慣，當?shù)胤e極對接湖南省農(nóng)業(yè)科學院相關(guān)專家，指導生產(chǎn)再生稻，減少了農(nóng)民損失。

2.4 項目區(qū)田間工程建設措施

根據(jù)項目區(qū)實際情況以及項目片區(qū)方案，對項目區(qū)灌溉水凈化工程、機耕道等進行修整和清淤工作。灌溉水是農(nóng)田重金屬污染的重要來源，對灌溉水溝渠進行清淤可大幅度減少農(nóng)田重金屬污染風險。同時，項目區(qū)配套的沉沙池、生態(tài)濕地等在很大程度上凈化了灌溉水，提高了灌溉水質(zhì)量，并長期確保了項目區(qū)灌溉，提升了項目區(qū)整體灌溉水平。此外，對機耕道等田間工程進行整修，為項目區(qū)標準化農(nóng)田建設、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量，尤其是重金屬污染修復農(nóng)藝措施的實施、水稻的機械化生產(chǎn)提供了便利。

項目組在與田間工程設計單位和當?shù)剞r(nóng)民進行充分協(xié)調(diào)溝通的前提下，經(jīng)現(xiàn)場考察，進行建設方案的優(yōu)化設計，經(jīng)核查、審批，完成了項目區(qū)田間工程的設計、造價，并通過招標采購程序，給項目區(qū)重金屬污染修復治理奠定了基礎。

2.5 項目區(qū)技術(shù)培訓

農(nóng)田重金屬污染修復治理技術(shù)對于農(nóng)民及種植大戶來說是新的技術(shù)，與以前的水稻種植有很大區(qū)別。因此，加強對農(nóng)民和實施主體的技術(shù)培訓，有利于確保項目區(qū)各項工作的順利開展。重點采取在各村部集中培訓和田頭現(xiàn)場培訓方式相結(jié)合的方法對項目片區(qū)內(nèi)的農(nóng)民、種糧大戶及主要農(nóng)民專業(yè)合作組織進行培訓，宣傳項目背景、理念及建設目標，提高農(nóng)民對農(nóng)田重金屬污染的認識，強化項目農(nóng)藝技術(shù)、土壤修復技術(shù)的普及，保證項目相關(guān)技術(shù)的有效推廣，共計培訓農(nóng)民及技術(shù)人員420人。

本項目所有培訓皆通過招標采購程序，委托第三方進行，其培訓方式重點結(jié)合農(nóng)事季節(jié)安排，一般在生產(chǎn)活動開展前進行，而且將貫穿整個項目的實施過程。各階段的培訓應盡可能兼顧農(nóng)民的特點，將相關(guān)技術(shù)、政策、方案等需要農(nóng)民掌握和了解的內(nèi)容組合成一個完整的培訓資料。培訓機構(gòu)在培訓前應聘請農(nóng)田重金屬污染修復的相關(guān)技術(shù)專家撰寫培訓教材，并由中級及以上相關(guān)職稱的專家進行授課。培訓過程中，項目組應全程參與培訓，并進行監(jiān)督和協(xié)調(diào)管理。

2.6 鎘砷復合污染修復產(chǎn)品展示

為加快重金屬農(nóng)田污染綜合管理項目工作，由項目組安排，在白水項目區(qū)進行了鎘砷復合污染修復產(chǎn)品的展示，擬引進國內(nèi)外鎘砷復合污染農(nóng)田修復治理新產(chǎn)品，在項目區(qū)的鎘砷復合污染農(nóng)田開展新產(chǎn)品集中展示，展示區(qū)按照“三統(tǒng)”（統(tǒng)一管理、統(tǒng)一檢測、統(tǒng)一評價）“四盲”（盲產(chǎn)品、盲樣品、盲檢測、盲評價）的原則執(zhí)行，篩選適于湖南省的輕中度鎘砷復合污染修復新產(chǎn)品[4]。

本項目地區(qū)作為典型的鎘砷復合污染區(qū)域，在本項目縣開展鎘砷復合污染修復產(chǎn)品集中展示，其結(jié)果可直接用于本項目區(qū)產(chǎn)品修復，為確保產(chǎn)品在本項目區(qū)的修復效果提供了有力保障。同時，本項目地區(qū)還積極配合實施單位進行了前期基礎土壤取樣、技術(shù)實施、取樣測產(chǎn)等工作。目前，所有田間試驗任務已經(jīng)完成，其檢測結(jié)果也已經(jīng)提交給了省項目辦，本項目組已積極配合世行項目鎘砷復合污染修復產(chǎn)品集中展示團隊完成了年度任務。

2.7 項目實施技術(shù)保障

為進一步推進重金屬農(nóng)田污染綜合管理項目，確保鎘砷復合污染農(nóng)田的修復效果，在項目區(qū)以農(nóng)業(yè)合作社、種植大戶或村民小組為實施主體，請重金屬污染修復治理相關(guān)的技術(shù)專家或團隊指導開展鎘砷復合污染農(nóng)田修復治理。項目通過招標采購程序，確定了劉昭兵副研究員（湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所）為祁陽縣所有項目區(qū)的技術(shù)指導專家，以項目片區(qū)為單元，由其對全縣所有片區(qū)的修復治理進行技術(shù)指導。

2.7.1 細化項目片區(qū)實施方案

項目片區(qū)應優(yōu)先使用湖南省農(nóng)業(yè)對外經(jīng)濟合作中心根據(jù)2018年鎘砷復合污染同步修復產(chǎn)品集中展示試驗總結(jié)報告推薦入圍產(chǎn)品，并對其配套技術(shù)措施進行合理優(yōu)化，包括增加降鎘、降砷土壤調(diào)理劑，種植鎘砷低積累水稻品種，優(yōu)化水分管理和施肥技術(shù)等，詳細方案中必須包含各項技術(shù)措施的物資使用量、施用時間、技術(shù)標準和重金屬降低效果等。試驗方案如有調(diào)整需要向縣項目辦進行備案，如果方案有較大調(diào)整，需世行項目專家組同意通過才可實施。

2.7.2 指導解決實施過程中的技術(shù)問題

項目區(qū)的技術(shù)指導專家應指導解決實施過程中存在的技術(shù)問題，檢查實施主要技術(shù)環(huán)節(jié)的合理性與到位程度。技術(shù)指導人員在每年度各項技術(shù)實施的關(guān)鍵時期（石灰、調(diào)理劑、有機肥等的施用時期）和水稻關(guān)鍵生育時期（分蘗期、齊穗期、灌漿期、成熟期等）應到項目片試驗田進行檢查監(jiān)督。截至目前，技術(shù)指導專家已經(jīng)按照任務要求，通過現(xiàn)場指導、電話咨詢、微信咨詢等方式完成了項目實施情況。

3 總結(jié)與建議

近年來，我國農(nóng)田土壤重金屬污染修復取得了長足進步，但還面臨著諸多挑戰(zhàn)，后續(xù)應當加強修復技術(shù)創(chuàng)新，加快修復技術(shù)集成與模式創(chuàng)新，加強污染調(diào)查和修復過程管理與評估。針對祁陽縣現(xiàn)狀，可在采用鎘砷低吸收品種+鎘砷同步鈍化劑的前提下，有機結(jié)合土壤酸性調(diào)理和葉面阻控技術(shù)，同時實行秸稈離田措施，促使當?shù)胤N植的水稻稻米鎘、砷含量達到國家相關(guān)標準。此外，還可冬季種植紫云英，增施一定量的有機肥，通過施用綠肥和有機肥改善土壤理化性狀，對土壤進行提質(zhì)擴容。2020年應加快灌溉水凈化工程實施力度，減少灌溉水對技術(shù)效果的影響;同時，強化關(guān)鍵時期，尤其是分蘗盛期至灌漿期的淹水管理，確保降鎘技術(shù)效果。應對的管控措施主要除采取農(nóng)藝管理和土壤修復措施外，還需進一步明確干濕沉降、品種和生產(chǎn)管理的影響。

參考文獻：

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（責任編輯：劉昀）