不同土壤調(diào)理劑對(duì)鉛污染蔬菜—水稻輪作耕地控鉛效應(yīng)研究

陳勇紅

（仙游縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局農(nóng)村環(huán)保能源站 福建仙游351200）

改革開放以來，由于我國工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，加以粗放式的發(fā)展模式和以燃煤為主的能源結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤重金屬污染[1]，根據(jù)2014年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，90%土壤重金屬污染與鉛（Pb）、鎘、銅和鋅有關(guān)[2]。重金屬Pb在土壤中溶解度小，滯留時(shí)間長(zhǎng)，可以通過食物鏈影響人體健康[3]。針對(duì)重金屬污染土壤，主要的修復(fù)技術(shù)有生物修復(fù)法、物理修復(fù)法和化學(xué)鈍化法，化學(xué)鈍化技術(shù)具有低成本、見效快等特點(diǎn)，因此，從實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性考慮，原位化學(xué)鈍化技術(shù)適用于重金屬污染農(nóng)田[4]。

目前，針對(duì)于重金屬Pb污染農(nóng)田的研究，多集中于鈍化材料的鈍化機(jī)理[5-6]，研究的作物多為蔬菜或者水稻[7-9]，針對(duì)于不同鈍化材料對(duì)蔬菜—水稻輪作耕地重金屬Pb的鈍化研究相對(duì)較少。

因此，選用堿性含鈣（鎂、鋁或鐵）類、有機(jī)類、有機(jī)硅肥類、腐殖酸類、黏土礦物類、有機(jī)無機(jī)復(fù)配類等16種土壤調(diào)理劑，在福建省仙游縣蓋尾鎮(zhèn)Pb污染蔬菜—水稻輪作耕地開展大田控鉛試驗(yàn)，篩選出適宜于Pb污染蔬菜—水稻輪作耕地的土壤調(diào)理劑。

1 材料與方法

1.1 土壤背景值

試驗(yàn)地位于仙游縣蓋尾鎮(zhèn)石馬村（25.36858°N、118.799757°E），試驗(yàn)點(diǎn)位置見圖1；試驗(yàn)點(diǎn)耕地土壤理化性質(zhì)見表1，土壤Pb含量為110.8 mg/kg，根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618-2018），屬于輕中度Pb污染安全利用類耕地。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)位置

表1 試驗(yàn)點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)

1.2 供試材料

試驗(yàn)共選取16種土壤調(diào)理劑，各調(diào)理劑主要成分見表2。

表2 不同處理土壤調(diào)理劑主要成分及用量

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在農(nóng)戶常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，加施不同的土壤調(diào)理劑。試驗(yàn)設(shè)計(jì)17個(gè)處理（表2），每個(gè)處理3次重復(fù)，田間試驗(yàn)小區(qū)采用隨機(jī)區(qū)組排列。土壤調(diào)理劑施用方法：種植前5～10 d結(jié)合整地翻耕一次性撒施，使產(chǎn)品與土壤混合均勻；不同試驗(yàn)處理除了施用的土壤調(diào)理劑種類和用量不同外（除處理17僅施有機(jī)硅肥外），其他田間日常管理措施均一致。

第1茬蔬菜為上海青（華冠188青梗菜），2020年2月18日結(jié)合整地基施土壤調(diào)理劑，并播種上海青種子，播種后由于連續(xù)降雨和凍害導(dǎo)致爛根死苗，因此，于3月13日，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)用竹條和塑料薄膜加蓋避雨防凍塑料棚，并進(jìn)行缺苗補(bǔ)種，加強(qiáng)田間排水，減少凍害和澇害。4月22日進(jìn)行田間上海青取樣并測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收。第2茬水稻為早季稻（盛泰優(yōu)018），3月16日進(jìn)行早季秧苗育種，4月24日結(jié)合整地基施土壤調(diào)理劑，4月25日進(jìn)行移栽插秧，7月15日進(jìn)行早季水稻取樣并收割測(cè)產(chǎn)。

1.4 檢測(cè)方法

用電位法（土水比例為1∶2.5）測(cè)定pH[10]；土壤重金屬有效態(tài)Pb含量測(cè)定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法；蔬菜和稻米重金屬Pb含量測(cè)定采用HNO3-H2O2微波消解-石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定[11]。樣品測(cè)定過程中，同時(shí)用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品（GB W10014-圓白菜和GB W07405-土壤國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理采用Microsoft Excel 2017辦公軟件，采用SPSS 11.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 2017制圖軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH的影響

由圖2可知，施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第1茬蔬菜收獲后土壤的pH總體上表現(xiàn)出一定的提高效果（除處理8外），提高率為5.06%～17.42%，其中處理2、處理16、處理13、處理15和處理5對(duì)蔬菜收獲后土壤pH的提高效果相對(duì)更佳，提高率分別為17.42%、16.85%、16.29%、15.73%和14.61%；對(duì)蔬菜收獲后土壤pH的提高效果，處理1和處理8顯著地（P＜0.05）低于其他處理（除處理3），而與其他處理（除處理1、處理3、處理8）的差異不顯著。

圖2 不同處理蔬菜季土壤pH比較

由圖3可知，施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第2茬水稻收獲后土壤的pH總體上表現(xiàn)出一定的提高效果（除處理17、處理8和處理9外），提高率幅度為1.64%～8.74%，其中處理10、處理7、處理6、處理16、處理15和處理12對(duì)水稻收獲后土壤pH的提高效果相對(duì)更佳，提高率分別為8.74%、8.74%、8.20%、7.10%、7.10%和7.10%；對(duì)水稻收獲后土壤pH的提高效果，除了處理17、處理8、處理9和處理3外，其他處理均顯著（P＜0.05）高于處理1。

2.2 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有效態(tài)Pb的影響

由圖4可知，施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第1茬蔬菜收獲后，土壤有效態(tài)Pb含量總體上表現(xiàn)出一定的降低效果（除處理8和處理3外），降低率幅度為1.78%～18.67%，其中處理2、處理5、處理7、處理12和處理3對(duì)蔬菜收獲后有效態(tài)Pb含量的降低效果相對(duì)更佳，降低率分別為18.67%、18.01%、15.85%、15.48%和15.01%；對(duì)蔬菜收獲后有效態(tài)Pb含量的降低效果，處理2和處理5可顯著（P＜0.05）優(yōu)于處理8、處理1、處理3和處理16，與其他處理間的差異不顯著。

圖4 不同處理蔬菜季土壤有效Pb含量比較

由圖5可知，施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第2茬水稻收獲后土壤的有效態(tài)Pb含量總體上表現(xiàn)出一定的降低效果（除處理8、處理3和處理17外），降低率幅度為1.69%～21.17%，其中處理6、處理10、處理13、處理14和處理15對(duì)水稻收獲后土壤有效態(tài)Pb含量的降低效果相對(duì)更佳，降低率分別為21.17%、20.51%、19.76%、15.99%和15.15%；對(duì)水稻收獲后土壤有效態(tài)Pb含量的降低效果，處理6和處理10可顯著（P＜0.05）低于處理8、處理1、處理3和處理17，而與其他處理間的差異不顯著。

圖5 不同處理水稻季土壤有效Pb含量比較

2.3 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)蔬菜和糙米Pb含量的影響

由圖6可知，施用不同土壤調(diào)理劑后第1茬蔬菜的Pb含量總體上均表現(xiàn)了一定的降低效果（除處理8外），降低率為10.46%～65.90%，其中處理12、處理16、處理15、處理10和處理4對(duì)蔬菜Pb含量的降低效果更佳，降低率分別為65.90%、65.19%、56.64%、51.11%和48.59%；對(duì)蔬菜Pb含量的降低效果，除處理12和處理16可顯著（P＜0.05）優(yōu)于處理8外，其他處理間的差異均未達(dá)到顯著性水平（P＞0.05）。

圖6 不同處理蔬菜重金屬Pb含量對(duì)比

由圖7可知，施用不同土壤調(diào)理劑后第2茬水稻稻米Pb含量總體上均表現(xiàn)出一定的降低效果（除處理2外），降低率為16.04%～76.29%，其中處理15、處理14、處理3、處理16和處理6對(duì)稻米Pb含量的降低效果更佳，降低率分別為76.29%、75.80%、70.01%、68.62%和67.22%；處理15、處理14、處理3、處理16和處理6的稻米Pb含量均顯著地（P＜0.05）低于處理1和處理2。

圖7 不同處理糙米重金屬Pb含量對(duì)比

根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB-2762-2017），新鮮葉類蔬菜Pb限量值（鮮重）分別為0.3 mg/kg和0.2 mg/kg，而稻米Pb限量值（干重）均為0.2 mg/kg。本試驗(yàn)各處理上海青（葉類蔬菜）的Pb含量范圍為0.005～0.014 mg/kg（小于限量值），稻米的Pb含量為0.057～0.249 mg/kg，其中處理1、處理2和處理9的稻米Pb含量超過限量值，其他處理的稻米鉛含量均低于限量值。

2.4 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)蔬菜和稻谷產(chǎn)量的影響

由圖8可知，施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第1茬蔬菜總體上表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果（除處理2和處理9外），增產(chǎn)率為1.3%～80.8%，其中處理16、處理15、處理14、處理8及處理11等5個(gè)處理的增產(chǎn)效果更為明顯，增產(chǎn)率分別為80.8%、70.5%、66.7%、61.5%和59.0%。對(duì)蔬菜的增產(chǎn)效果，處理16顯著（P<0.05）高于處理1、處理5、處理9、處理2，并顯著（P<0.05）優(yōu)于處理4，但與處理15、處理14、處理8、處理11、處理12、處理13、處理6、處理7、處理3之間沒有顯著性差異（P>0.05）；處理15、處理14、處理8、處理11及處理12等5個(gè)處理相比處理1顯著（P<0.05）增加蔬菜產(chǎn)量。

圖8 不同處理蔬菜產(chǎn)量對(duì)比

由圖9可知，施用不同土壤調(diào)理劑后第2茬水稻的增產(chǎn)效果表現(xiàn)不一，其中處理2、處理17、處理8、處理10等表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)趨勢(shì)，而其他處理均表現(xiàn)出與處理1產(chǎn)量相當(dāng)或略有減產(chǎn)的趨勢(shì)；除了處理2比處理1顯著（P<0.05）提高水稻的產(chǎn)量外，其他各處理對(duì)水稻產(chǎn)量并沒有顯著（P>0.05）的影響。

圖9 不同處理水稻產(chǎn)量對(duì)比

2.5 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)蔬菜和水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

2.5.1 蔬菜的經(jīng)濟(jì)效益 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)蔬菜產(chǎn)值均有一定的提高效果（除處理2和處理9外），產(chǎn)值增加幅度為55.6～3500.0元/畝，其中處理16、處理15、處理14、處理8和處理11對(duì)蔬菜產(chǎn)值的提高效果相對(duì)更佳，增加產(chǎn)值分別為3500.0元/畝、3055.6元/畝、2888.9元/畝、2666.7元/畝和2555.6元/畝。

2.5.2 水稻的經(jīng)濟(jì)效益 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)值的增減效果表現(xiàn)不一，其中，處理2、處理17、處理8、處理10和處理13對(duì)水稻稻谷產(chǎn)值的增加相對(duì)更佳，可比處理1分別增加產(chǎn)值696.3元/畝、622.2元/畝、400.0元/畝、118.5和51.9元/畝，而其他處理與處理1相比變化不大。

表3 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)蔬菜和水稻經(jīng)濟(jì)效益的影響

3 討論

3.1 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)作物收獲后土壤pH的影響

①施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第1茬蔬菜收獲后土壤的pH總體上表現(xiàn)出一定的提高效果［除處理8（腐殖酸）］，其中堿性土壤調(diào)理劑［處理2（石灰）、處理16（鹽藻皮、碳酸鹽）、處理13（鉀、鈣、鎂、硅、有機(jī)質(zhì)）、處理15（堿性含鐵有機(jī)-無機(jī)復(fù)配）和處理5（氫氧化鎂）］對(duì)蔬菜收獲后土壤pH的提高效果相對(duì)更佳。②施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第2茬水稻收獲后土壤的pH總體上表現(xiàn)出一定的提高效果［除處理17（有機(jī)硅肥）、處理8和處理9（黏土礦物）外］，其中堿性土壤調(diào)理劑［處理10（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等）、處理7（氰氨化鈣）、處理6（牡蠣殼粉）、處理16、處理15和處理12（生石灰、硅灰石、黏土礦物等）］對(duì)水稻收獲后土壤pH的提高效果相對(duì)更佳。

結(jié)果表明，堿性土壤調(diào)理劑可以通過向耕層土壤中釋放氫氧根離子，結(jié)合土壤中氫離子，顯著提高土壤pH[12]，這與劉曉月[13]、徐禮和[14]、郎家慶[15]等人針對(duì)土壤調(diào)理劑改良酸性土壤的研究結(jié)果相一致。

3.2 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)作物收獲后有效態(tài)Pb含量的影響

①施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第1茬蔬菜收獲后土壤的有效態(tài)Pb含量總體上表現(xiàn)出一定的降低效果［除處理8（腐殖酸）和處理3（鹽藻皮）外］，其中堿性土壤調(diào)理劑［處理2（石灰）、處理5（氫氧化鎂）、處理7（氰氨化鈣）、處理12（生石灰、硅灰石、黏土礦物等）和處理3（鹽藻皮）］對(duì)蔬菜收獲后土壤有效態(tài)Pb含量的降低效果相對(duì)更佳。②施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第2茬水稻收獲后土壤的有效態(tài)Pb含量總體上表現(xiàn)出一定的降低效果［除處理8（腐殖酸）、處理3（鹽藻皮）和處理17（有機(jī)硅肥復(fù)合肥）外］，其中堿性土壤調(diào)理劑［處理6（牡蠣殼粉土壤調(diào)理劑）、處理10（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等土壤調(diào)理劑）、處理13（鉀、鈣、鎂、硅、有機(jī)質(zhì)土壤調(diào)理劑）、處理14（堿性含鋁有機(jī)-無機(jī)復(fù)配）和處理15（堿性含鐵有機(jī)-無機(jī)復(fù)配）］對(duì)水稻收獲后土壤有效態(tài)Pb含量的降低效果相對(duì)更佳。

試驗(yàn)結(jié)果表明，堿性土壤調(diào)理劑可以通過提高土壤pH，從而降低土壤中有效態(tài)Pb含量，這與黎大榮[16]、李杰[17]和Qiu,Kunyan[18]等人的研究結(jié)果一致。

3.3 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)蔬菜和稻米鉛含量的影響

①施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第1茬蔬菜Pb含量總體上均表現(xiàn)了一定的降低效果［除處理8（腐殖酸）外］，其中堿性土壤調(diào)理劑［處理12（生石灰、硅灰石、黏土礦物等）、處理16（鹽藻皮、碳酸鹽）、處理15（堿性含鐵有機(jī)-無機(jī)復(fù)配）、處理10（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等）和處理4（堿性含鈣、鎂材料）］對(duì)蔬菜Pb含量的降低效果更佳。②施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第2茬水稻稻米Pb含量總體上均表現(xiàn)出一定的降低效果（除處理2），其中堿性土壤調(diào)理劑［處理15、處理14（堿性含鋁有機(jī)-無機(jī)復(fù)配）、處理3（鹽藻皮）、處理16和處理6（牡蠣殼粉）］對(duì)稻米Pb含量的降低效果更佳。

堿性土壤調(diào)理劑進(jìn)入土壤中，可以吸附土壤中的游離態(tài)重金屬Pb，從而降低土壤有效態(tài)Pb含量[19]，進(jìn)而減少耕層土壤中重金屬Pb向植株中轉(zhuǎn)移。

3.4 施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)蔬菜和稻谷產(chǎn)量的影響

①施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第1茬蔬菜產(chǎn)量總體上表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)效果［除處理2（石灰）和處理9（黏土礦物）外］，其中堿性、腐殖酸類土壤調(diào)理劑［處理16（鹽藻皮、碳酸鹽）、處理15（堿性含鐵有機(jī)-無機(jī)復(fù)配）、處理14（堿性含鋁有機(jī)-無機(jī)復(fù)配）、處理8（腐殖酸類）及處理11（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等）］的增產(chǎn)效果更為明顯。②施用不同土壤調(diào)理劑對(duì)第2茬水稻產(chǎn)量的增產(chǎn)效果表現(xiàn)不一，其中腐殖酸類和部分堿性土壤調(diào)理劑［處理2、處理17（有機(jī)硅肥）、處理8、處理10（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等）］表現(xiàn)出一定的增產(chǎn)趨勢(shì)，而其他處理均表現(xiàn)出與處理1（農(nóng)戶習(xí)慣施肥）產(chǎn)量相當(dāng)。

4 結(jié)論

綜上所述，根據(jù)連續(xù)種植2茬農(nóng)作物的田間小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)施用16種土壤調(diào)理劑對(duì)農(nóng)作物收獲后表層土壤的有效態(tài)Pb的降低程度、農(nóng)產(chǎn)品中Pb含量的降低程度、鈍化劑價(jià)格、農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量等因素對(duì)重金屬鈍化材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，可以得出以下結(jié)論。

（1）初步可以從中優(yōu)先選出楚戈牌土壤調(diào)理劑、含鹽藻皮復(fù)合鈍化劑、含鐵復(fù)合鈍化劑、金鈍2號(hào)土壤調(diào)理劑、鈣鎂復(fù)合素等5種土壤調(diào)理劑適宜用于輕中度Pb污染菜地。

（2）含鐵復(fù)合鈍化劑、含鋁復(fù)合鈍化劑、鹽藻皮、含鹽藻皮復(fù)合鈍化劑、特貝鈣土壤調(diào)理劑等5種土壤調(diào)理劑適宜用于輕中度鉛污染稻田。

（3）堿性含鐵類、含鹽藻皮復(fù)合類土壤調(diào)理劑適宜于Pb污染蔬菜—水稻輪作耕地。

本次田間試驗(yàn)也僅在仙游縣蓋尾鎮(zhèn)石馬村的1個(gè)試驗(yàn)地開展，在其他不同立地條件下的施用效果尚有待于今后進(jìn)一步做田間驗(yàn)證。