酸性輕、中度鎘污染稻田“VIP+n”綜合治理技術(shù)模式及效益分析

唐熙雯

摘 要：“VIP+n”農(nóng)田重金屬污染治理修復(fù)技術(shù)主要通過(guò)控制污染源頭、調(diào)節(jié)土壤pH值、優(yōu)化田間水分管理、推廣低累積鎘（Cd）品種加施用土壤調(diào)理劑、葉面阻控劑、植物提取、秸稈移除和生產(chǎn)改制等技術(shù)措施進(jìn)行土壤重金屬治理，主要適用于南方酸性輕、中度Cd污染稻田。該文詳細(xì)闡述了“VIP+n”綜合治理技術(shù)模式在南方酸性輕、中度重金屬Cd污染稻田中的應(yīng)用實(shí)踐，分析了生態(tài)效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，為后續(xù)構(gòu)建更科學(xué)精細(xì)的重金屬污染耕地修復(fù)治理體系提供參考。

關(guān)鍵詞：稻田;稻米鎘;“VIP”綜合治理技術(shù);鎘污染

中圖分類(lèi)號(hào) X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2020）09-0145-03

耕地重金屬污染具有隱蔽性、多源性和持久性等特點(diǎn)，且影響農(nóng)作物吸收與積累重金屬的因素眾多，其治理修復(fù)涉及農(nóng)學(xué)、土壤、環(huán)境和食品安全等多個(gè)學(xué)科，治理難度和復(fù)雜程度遠(yuǎn)超過(guò)工礦場(chǎng)地重金屬污染的修復(fù)，已成為世界性的難題[1]。隨著人們對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染認(rèn)識(shí)的深入以及對(duì)環(huán)境保護(hù)和人類(lèi)健康要求的提高，人們對(duì)農(nóng)田土壤修復(fù)也提出更高的要求，單一的修復(fù)技術(shù)較難滿足對(duì)復(fù)合污染的綜合治理，如何將各項(xiàng)修復(fù)技術(shù)合理地結(jié)合、切實(shí)在土壤污染修復(fù)方面取得突破性的進(jìn)展，成為目前乃至未來(lái)的重要發(fā)展趨勢(shì)。目前，包括物理、化學(xué)、生物學(xué)及農(nóng)藝措施在內(nèi)的諸多方法被廣泛應(yīng)用于農(nóng)田重金屬污染治理領(lǐng)域，但很多治理措施存在著成本高、操作復(fù)雜、對(duì)土壤肥力有損傷、二次污染等諸多問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)大面積推廣。對(duì)于輕度污染的農(nóng)田，實(shí)行單一或2～3種聯(lián)合的治理措施就能將糙米中Cd含量降至安全利用范圍內(nèi)，而對(duì)于污染程度中度及以上Cd污染的農(nóng)田則無(wú)法達(dá)到理想的效果，通常需要多種措施聯(lián)合使用、相互補(bǔ)充才可能會(huì)取得預(yù)期效果[2]。為此，從2014年起，在農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財(cái)政部的大力支持下，湖南省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳于長(zhǎng)株潭及湘江流域部分典型縣市區(qū)開(kāi)展農(nóng)田重金屬污染耕地修復(fù)治理工作，形成了“以農(nóng)藝調(diào)控為主，邊生產(chǎn)、邊修復(fù)的非工程性技術(shù)路徑”，并總結(jié)、提煉出“VIP+n”土壤重金屬污染治理的創(chuàng)新技術(shù)模式。該技術(shù)模式主要適用于南方酸性輕、中度Cd污染稻田（輕度污染區(qū)：土壤全Cd ≤ 0.6mg/kg，且中晚稻米Cd 0.2～0.4mg/kg的耕地;中度污染區(qū)：土壤全Cd 0.6～1.5mg/kg或中晚稻米Cd 0.4～0.6mg/kg的耕地;pH值為4.5～6.5），但不適用于重度污染稻田（土壤全Cd>1.5mg/kg或中晚稻米Cd含量>0.6mg/kg的耕地）。這種技術(shù)模式不僅能有效修復(fù)治理酸性輕、中度Cd污染稻田，還能保持耕地質(zhì)量，促進(jìn)食品安全。

1 技術(shù)原理

“VIP”或“VIP+n”是指在Cd低積累水稻品種（V）+優(yōu)化水分管理（I）+撒施生石灰（P）等3大調(diào)節(jié)土壤酸度（pH）的基礎(chǔ)上增施（采用）土壤調(diào)理劑、鈍化劑、葉面阻控劑、商品有機(jī)肥等降Cd產(chǎn)品或技術(shù)（n）的一種重金屬污染耕地綜合治理技術(shù)模式，主要適合于南方酸性安全利用區(qū)輕、中度Cd污染稻田修復(fù)治理，通過(guò)減少源頭輸入，提高土壤pH值，阻抗水稻對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，從而降低土壤重金屬鎘活性，達(dá)到減弱水稻莖葉和糙米中鎘濃度的目的，使輕、中度酸性Cd污染稻田實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 推廣種植低Cd積累水稻品種（V） 不同水稻品種間吸收和積累重金屬的能力存在差異，主要表現(xiàn)在不同水稻品種對(duì)Cd的耐性和分配比例上不同[2-4]，一般雜交稻富集程度高于常規(guī)稻、秈稻高于粳稻 [3]，且不同地域和遺傳背景差異較大的水稻品種稻米Cd含量不同[4]。從2007年開(kāi)始，湘科研單位在湖南地區(qū)采用水培、盆栽、小區(qū)試驗(yàn)和大田示范等方法，最終篩選出49個(gè)早、中、晚季Cd積累相對(duì)較低的水稻品種，即低Cd積累水稻品種，早稻季主要包括湘早秈32號(hào)、湘早秈45號(hào)、中嘉早17、株兩優(yōu)189和株兩優(yōu)819等，晚稻主要包括湘晚秈12號(hào)、湘晚秈13號(hào)、H優(yōu)518、H優(yōu)159、金優(yōu)498和金優(yōu)59等，中稻主要包括Y兩優(yōu)2108、Y兩優(yōu)488和Y兩優(yōu)9918等。基層農(nóng)業(yè)部門(mén)或新型農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)組織應(yīng)參考當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境條件，按照“一村一品”和“農(nóng)戶(hù)自愿”的原則，采購(gòu)低Cd積累水稻品種并發(fā)放至農(nóng)戶(hù)手中，并簽訂種植承諾書(shū)，確保農(nóng)戶(hù)在治理區(qū)域內(nèi)種植低鎘品種。種植Cd低累積水稻品種是解決稻米Cd污染問(wèn)題最直接、最經(jīng)濟(jì)、最有效的根本途徑之一[5]，該技術(shù)簡(jiǎn)單適用，不增加農(nóng)民工序與勞動(dòng)強(qiáng)度，且易落實(shí)到位，在大面積應(yīng)用中效果理想。

2.2 優(yōu)化水分管理（I） 不同水分管理?xiàng)l件下稻米Cd含量大小表現(xiàn)為全生育期淹水灌溉<乳熟期曬田<分蘗期曬田<濕潤(rùn)灌溉<分蘗至乳熟期2次曬田[6]。大量研究表明，稻田采用全生育期淹水灌溉技術(shù)可大幅減少稻米Cd的積累，使輕、中度酸性Cd污染稻田實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)[7]。全生育期淹水灌溉（自秧苗移栽時(shí)起至完熟期間整個(gè)生長(zhǎng)時(shí)期），即根據(jù)水稻不同生育期保持田間水層深度至少3cm，直至收割前10d左右自然落干，尤其是在孕穗期到灌漿期確保田間有3～5cm水層。進(jìn)行農(nóng)田水分管理時(shí)，首先要保障灌溉水源的質(zhì)量，按照“分村分組”的原則或根據(jù)灌溉水源的分布情況聘請(qǐng)管水員負(fù)責(zé)優(yōu)化水分管理工作，規(guī)范相關(guān)職責(zé)并簽訂合同;優(yōu)化水分管理的過(guò)程中，盡量不曬田、少曬田，確因特殊情況需要曬田的丘塊可實(shí)行放水露田，降低曬田程度和時(shí)間。

2.3 撒施石灰（P） 施用石灰可提高土壤pH值、降低土壤Cd的活性，從而降低水稻莖葉和糙米中Cd的濃度[8] 。石灰材料主要選擇生石灰，生石灰產(chǎn)品中CaO含量≥70%，施用量可根據(jù)土壤pH值和土壤質(zhì)地確定，以調(diào)控土壤pH值至7.0為目標(biāo)。當(dāng)施用石灰后當(dāng)季農(nóng)作物收獲土壤pH值達(dá)7.0時(shí)需停施1年。雙季稻區(qū)1年施用2次效果最佳，早稻施用時(shí)間為水稻移栽前20d，晚稻施用時(shí)間為水稻移栽前3～5d（根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整）;一季稻區(qū)施用1次，時(shí)間為水稻移栽前20d。生石灰的施用可采用人工撒施的方式，將石灰均勻地撒施在土壤的表面，然后進(jìn)行翻耕，翻耕深度至少應(yīng)在15cm以上，也可配合石灰撒播機(jī)進(jìn)行撒施，然后進(jìn)行翻耕或旋耕，使石灰與土壤充分混勻。在撒施過(guò)程中注意做好防護(hù)工作，確保附近農(nóng)作物和人員的安全，做到均勻撒施，以防止局部土壤堿性過(guò)大而影響到作物生長(zhǎng)，嚴(yán)禁迎風(fēng)撒施;此外不能與化肥和農(nóng)藥同時(shí)使用。

2.4 施用土壤調(diào)理劑（n1） 按降鎘功能物質(zhì)的主要成分進(jìn)行分類(lèi)，土壤調(diào)理劑可分為粘土礦物類(lèi)土壤鈍化劑、石灰質(zhì)類(lèi)土壤鈍化劑、功能元素類(lèi)土壤鈍化劑、有機(jī)物類(lèi)土壤鈍化劑、微生物類(lèi)土壤鈍化劑、有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)混類(lèi)土壤鈍化劑共6類(lèi)產(chǎn)品，例如“天脊”土壤調(diào)理劑、阿姆斯微生物菌劑（生物改良劑）等產(chǎn)品，施用后，早稻的平均降鎘效果為44.8%，晚稻為38.3%，平均降鎘率為41.55%。一般1年施用1次，施用標(biāo)準(zhǔn)為1500～3750kg/hm2，可在生石灰施用7d后撒施，早稻施用時(shí)間為水稻移栽前20d，晚稻施用時(shí)間為水稻移栽前3～5d（根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整），一季稻區(qū)施用時(shí)間為水稻移栽前20d，施用后間隔1～2d后施基肥或商品有機(jī)肥，隨后翻耕或旋耕，使調(diào)理劑與土壤混合均勻，即可進(jìn)行正常拋、插秧。

2.5 噴施葉面阻控劑（n2） 通過(guò)噴施葉面阻控劑阻抗水稻對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，強(qiáng)化降鎘效果。葉面阻控劑分為粉劑和水劑，每季的噴施標(biāo)準(zhǔn)為1875～3750mL/hm2或3000g/hm2，在早、中、晚稻季可以選擇一次性噴施或分2次噴施，一般在水稻分蘗盛期后段和孕穗期后段的無(wú)風(fēng)或微風(fēng)多云天實(shí)施。此類(lèi)產(chǎn)品的具體施用方法：將葉面阻控劑粉劑或水劑按1∶1000～1∶500的比例進(jìn)行兌水稀釋?zhuān)捎萌斯せ驘o(wú)人機(jī)噴劑并結(jié)合病蟲(chóng)害統(tǒng)防統(tǒng)治工作共同開(kāi)展。葉面阻控劑的最佳噴施時(shí)間宜在10∶00前或16∶00以后，應(yīng)避免烈日與高溫、刮大風(fēng)、雨天或高濕等極端天氣噴施葉面阻控劑。

2.6 施用商品有機(jī)肥（n3） 商品有機(jī)肥不僅可以改善土壤的理化性質(zhì)，還可以增加土壤的肥力、活化土壤、增強(qiáng)作用抗性，而且有機(jī)肥中的有益微生物對(duì)重金屬有很強(qiáng)的親和性，可通過(guò)形成不溶性的金屬—有機(jī)復(fù)合物、增加土壤陽(yáng)離子交換量，降低土壤中重金屬的水溶態(tài)及可交換態(tài)組分，降低其生物有效性[9]。一般1年施用1次，施用標(biāo)準(zhǔn)為750～2250kg/hm2，最好在早稻或中稻（含一季晚稻）翻耕前結(jié)合基肥撒施，也就是施用土壤調(diào)理劑后間隔1～2d實(shí)施。如果遇到治理面積大、廠家產(chǎn)能不足、人力不夠、組織調(diào)度貨物時(shí)間長(zhǎng)、雨天延期施工等因素，一般在撒施完石灰和土壤調(diào)理劑后來(lái)不及施用商品有機(jī)肥，則可延后施工時(shí)間，最遲可以在早稻移栽返青后撒施。

3 效益分析

該項(xiàng)技術(shù)模式在南方酸性輕中度Cd污染稻田中示范推廣后效果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：在社會(huì)效益方面，一是保障了糧食安全生產(chǎn)，加快建立健全了耕地重金屬污染修復(fù)治理和糧食安全利用體系;二是保障了糧食數(shù)量，經(jīng)過(guò)“VIP+n”安全生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)修復(fù)治理過(guò)的耕地，土壤有效態(tài)鎘的活性大大降低，該耕地能夠在未來(lái)連續(xù)產(chǎn)出鎘含量達(dá)標(biāo)的大米;三是輻射和示范周邊效應(yīng)明顯，增加了當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)機(jī)會(huì)，能夠間接或直接增加當(dāng)?shù)匦滦娃r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)組織、大戶(hù)或農(nóng)戶(hù)收入，并衍生物資人工撒施或機(jī)械施用、管水員服務(wù)組織、物資發(fā)放專(zhuān)業(yè)化隊(duì)伍等新興產(chǎn)業(yè)。在經(jīng)濟(jì)效益方面，一是減少了農(nóng)戶(hù)種植成本3450元/hm2，主要包括向農(nóng)戶(hù)發(fā)放鎘低積累水稻品種1～6kg并提供種植技術(shù)指導(dǎo)，每年減少種子成本2250元/hm2;施用商品有機(jī)肥1500～3000kg/hm2等“VIP”或“VIP+n”組合技術(shù)，農(nóng)戶(hù)減少了化肥施用量，每年降低肥料投入300元/hm2;采用“VIP”或“VIP+n”關(guān)鍵技術(shù)，病蟲(chóng)害發(fā)生頻率減輕，農(nóng)戶(hù)每季可以節(jié)約用藥1次，1年節(jié)約用藥2次，早稻420元/hm2、晚稻480元/hm2，全年節(jié)約900元/hm2;二是稻米質(zhì)量好、產(chǎn)量高，打通市場(chǎng)流通環(huán)節(jié)，農(nóng)戶(hù)年經(jīng)濟(jì)收入達(dá)38517.45元/hm2。根據(jù)測(cè)產(chǎn)報(bào)告顯示，“VIP+n”安全生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施區(qū)域比周邊非實(shí)施區(qū)域普遍高出2.73%的產(chǎn)量。實(shí)施區(qū)域治理過(guò)的耕地產(chǎn)出的稻米在送檢時(shí)基本都能達(dá)標(biāo)，但是在周邊的非治理區(qū)，稻米則出現(xiàn)了較多因鎘超標(biāo)、糧站拒收的情況，并且大部分群眾表示鎘低積累水稻種子不僅質(zhì)量好、產(chǎn)量高，而且口感好，這些好的口碑促使項(xiàng)目區(qū)農(nóng)民能夠?qū)⒆约掖竺赘哂谑袌?chǎng)價(jià)并優(yōu)先非治理區(qū)農(nóng)戶(hù)賣(mài)出，從而大大增加了農(nóng)戶(hù)的經(jīng)濟(jì)收入。在生態(tài)效益方面，一是通過(guò)采用鎘污染稻田“VIP+n”安全生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)稻米平均降鎘效果在80%以上，達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)水平（稻米鎘含量≤0.2mg/kg）;二是提升了pH值，減輕了土壤酸化;三是增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改變了土壤板結(jié)的狀況;四是減少了農(nóng)藥用量，降低了有毒物資二次污染的機(jī)率;五是大大降低了土壤有效態(tài)鎘的活性，阻止了土壤中有效態(tài)鎘向農(nóng)作物富集。

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（責(zé)編：王慧晴）