酸性水稻土重金屬鈍化修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究

原瑞芬

（莆田市農(nóng)業(yè)環(huán)保能源站 福建莆田351100）

隨著我國(guó)工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，大量含有重金屬的物質(zhì)排放進(jìn)入環(huán)境， 導(dǎo)致我國(guó)農(nóng)田土壤的重金屬污染問(wèn)題日益突出。 在2014 年由環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部首次發(fā)布的 《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》表明，中國(guó)耕地土壤點(diǎn)位污染超標(biāo)率為 19.4%，其中輕中度污染點(diǎn)位占總超標(biāo)點(diǎn)位的94.3%；污染類型以鎘、汞、砷、鉛、鉻等重金屬為主，其超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位的 82.8%[1-2]。 雖然重金屬在土壤中的溶解度小，但是其具有化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、毒性大、滯留時(shí)間長(zhǎng)、不易被微生物降解等特點(diǎn)，并可通過(guò)食物鏈進(jìn)行富集進(jìn)而最終影響人體健康[3]。 重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要有生物修復(fù)法、 物理修復(fù)法和化學(xué)鈍化法。 其中，化學(xué)鈍化技術(shù)主要包括淋洗、施用鈍化劑、絡(luò)合浸提等，較生物修復(fù)法和物理修復(fù)法具有低成本、見(jiàn)效快等優(yōu)點(diǎn)，因此，原位化學(xué)鈍化技術(shù)常用于重金屬污染農(nóng)田的修復(fù)[4]。 近些年來(lái)，隨著對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)研究的深入， 低累積作物品種和葉面阻控劑在修復(fù)中的應(yīng)用逐漸引起研究人員的重視。

目前，重金屬污染農(nóng)田的土壤修復(fù)研究，主要集中在某種或某類鈍化材料的鈍化機(jī)理研究中[5-6]， 研究的作物多為蔬菜或者水稻[7-9]，而比較不同種類的重金屬鈍化修復(fù)安全利用技術(shù)的研究相對(duì)較少。 因此，本研究選用種植低積累水稻品種（10 個(gè)品種）、施用土壤調(diào)理劑（7 種土壤調(diào)理劑）和噴施葉面阻控劑（5 種葉面阻控劑）等3 類技術(shù)，在仙游縣度尾鎮(zhèn)酸性水稻土耕地開(kāi)展重金屬鈍化修復(fù)安全利用技術(shù)比選試驗(yàn)， 篩選出適宜于重金屬污染酸性水稻土的安全利用修復(fù)技術(shù)措施， 旨在為酸性水稻田的重金屬修復(fù)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 土壤背景值

試驗(yàn)地點(diǎn)位于仙游縣度尾鎮(zhèn)潭邊居委會(huì)（25°40′26″N、118°58′29″ E），試驗(yàn)點(diǎn)位置見(jiàn)圖 1。 試驗(yàn)田的選擇標(biāo)準(zhǔn)：地勢(shì)平整、水稻種植面積較大，灌溉條件良好，土壤有 Cd、Pb、Cr 及 Cd/Pb 復(fù)合污染。試驗(yàn)田土壤 Cd含量為0.32 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）， 選取的試驗(yàn)田為Cd 污染安全利用類耕地，土壤pH 4.76，為酸性水稻土。 具體試驗(yàn)田土壤理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)田土壤基本理化性質(zhì)

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)位置

1.2 供試材料

試驗(yàn)選用豐兩優(yōu)1 號(hào)、恒豐優(yōu)、滬優(yōu)明占、佳福占、威良優(yōu) 1 號(hào)、甬優(yōu) 1540、甬優(yōu) 4949、汕優(yōu) 016、現(xiàn)豐華占和甬優(yōu)2640 等10 個(gè)水稻品種。

試驗(yàn)共選用7 種土壤調(diào)理劑和5 種葉面阻控劑，其中主要成分見(jiàn)表2。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

設(shè)置3 類安全利用技術(shù)試驗(yàn)區(qū)，分別是低積累水稻品種、葉面阻控劑和土壤調(diào)理劑試驗(yàn)區(qū)。 于2020 年3 月8 日開(kāi)始育秧， 土壤調(diào)理劑試驗(yàn)區(qū)于4 月5 日開(kāi)始撒施土壤調(diào)理劑（表2）并翻耕使其混合均勻，處理7 d 后，于4 月12~15 日統(tǒng)一插秧。 葉面阻控劑試驗(yàn)區(qū)分別于分葉末期至拔節(jié)初期（5 月20 日）、灌漿初期（6 月 16 日）進(jìn)行葉面噴施。 在水稻成熟期（7 月15 日） 對(duì)各試驗(yàn)區(qū)的稻谷和土壤均采用五點(diǎn)法分別進(jìn)行統(tǒng)一采樣。

表2 試驗(yàn)材料匯總

1.3.1 低積累水稻品種驗(yàn)證試驗(yàn)區(qū) 在該區(qū)域內(nèi)選取3 塊地勢(shì)平坦、 面積1 畝的田塊用于進(jìn)行低積累水稻品種驗(yàn)證試驗(yàn)， 每塊試驗(yàn)田均分為10 個(gè)小區(qū)，分別種植一個(gè)水稻品種， 每個(gè)小區(qū)之間間隔30 cm。田間水肥管理與當(dāng)?shù)卦械墓芾硭奖３忠恢隆?/p>

1.3.2 土壤調(diào)理劑驗(yàn)證試驗(yàn)區(qū) 在該區(qū)域內(nèi)選取7 塊地勢(shì)平坦、面積0.6 畝的田塊，田埂寬度不少于20 cm、高度不低于30 cm，田埂覆蓋塑料薄膜，每一塊小區(qū)都設(shè)置單獨(dú)的進(jìn)水口、出水口，用于土壤調(diào)理劑驗(yàn)證試驗(yàn)。 采用裂區(qū)方法， 將每塊田平均一分為二，1 個(gè)為對(duì)照區(qū)、1 個(gè)為處理區(qū)，每塊大田撒施1 種調(diào)理劑， 比較重金屬在土壤中的有效態(tài)降低和糙米中含量的降低情況。 水稻品種選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N現(xiàn)豐華占， 田間水肥管理與當(dāng)?shù)卦械墓芾硭奖３忠恢隆?/p>

1.3.3 葉面阻控劑驗(yàn)證試驗(yàn)區(qū) 在該區(qū)域內(nèi)選取5 塊地勢(shì)平坦、面積0.6 畝的田塊，用于葉面阻控劑驗(yàn)證試驗(yàn)，每塊小區(qū)之間間隔為30 cm，采用裂區(qū)方法將同種水稻田等分為處理組和空白對(duì)照組， 重金屬含量處理組噴施1 種葉面阻控劑， 比較同一品種水稻的處理組和對(duì)照組重金屬有效態(tài)降低和糙米重金屬含量降低情況。 水稻品種選用當(dāng)?shù)刂髟云贩N現(xiàn)豐華占， 田間水肥管理水平與當(dāng)?shù)卦械墓芾硭奖３忠恢隆?/p>

1.4 檢測(cè)方法

采用電位法（土水比1∶2.5）測(cè)定水稻田土壤pH[10]；土壤重金屬有效態(tài)含量測(cè)定采用DTPA 浸提-原子吸收分光光度法； 稻米重金屬含量測(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(guò)程中， 同時(shí)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品（GBW07405-土壤國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)）進(jìn)行質(zhì)量控制。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 25.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)測(cè)定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)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 不同鈍化修復(fù)技術(shù)鈍化效果分析

2.1.1 低積累水稻品種對(duì)糙米重金屬含量的影響不同水稻品種糙米中重金屬含量分析結(jié)果（圖2）表明不同的水稻品種對(duì)重金屬的吸收差異顯著：10 個(gè)水稻品種重金屬Pb 含量均未超過(guò)限量值，汕優(yōu)重金屬Pb 含量最低（0.06 mg/kg）；10 個(gè)水稻品種中，僅甬優(yōu)1540 和甬優(yōu)4949 重金屬Cd 含量未超過(guò)限量值，且甬優(yōu) 1540 重金屬 Cd 含量最低（0.13 mg/kg）； 10 個(gè)水稻品種重金屬Cr 含量均未超過(guò)限量值， 威良優(yōu)1 號(hào)重金屬 Cr 含量最低（0.23 mg/kg）； 10 個(gè)水稻品種重金屬Hg 含量均未超過(guò)限量值，甬優(yōu)1540 重金屬Hg含量最低 （0.003 mg/kg）；10 個(gè)水稻品種重金屬無(wú)機(jī)As 含量均未超過(guò)限量值，威良優(yōu)1 號(hào)重金屬無(wú)機(jī)As含量最低（0.15 mg/kg）。 根據(jù)試驗(yàn)對(duì)比和分析測(cè)試結(jié)果， 甬優(yōu)1540 對(duì)土壤中重金屬的吸收量低于其他品種。

圖2 低積累品種篩選結(jié)果

2.1.2 不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有效態(tài)重金屬含量和糙米重金屬含量的影響 不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有效態(tài)重金屬的影響結(jié)果（圖3）表明，7 種土壤調(diào)理劑中，農(nóng)地樂(lè)處理過(guò)的土壤有效態(tài)As 較對(duì)照組減少最多，達(dá)到14.71%；天象1 號(hào)處理過(guò)的土壤有效態(tài)Cd減少最多， 達(dá)到25%； 楚戈處理過(guò)的土壤有效態(tài)Cr減少最多，達(dá)到12.5%；炭基土壤重金屬鈍化劑處理過(guò)的土壤有效態(tài)Pb 減少最多， 達(dá)到13.04%。 由于7 個(gè)處理組土壤中Hg 的含量較低， 有效態(tài)Hg 未檢出。 上述結(jié)果表明，與其他6 種土壤調(diào)節(jié)劑相比，天象1 號(hào)可以顯著降低土壤有效態(tài)Cd 含量，且不會(huì)提高其他土壤有效態(tài)重金屬的含量。

圖3 土壤調(diào)理劑驗(yàn)證區(qū)有效態(tài)重金屬檢測(cè)結(jié)果

不同土壤調(diào)理劑對(duì)糙米中重金屬含量的結(jié)果表明（圖4），7 種土壤調(diào)理劑中，維地康處理組的糙米As 含量較CK 減少最多，達(dá)到10.47%；楚戈處理組的糙米Cd 含量較CK 減少最多，達(dá)到55.56%；農(nóng)地樂(lè)處理組的糙米Cr 含量減少最多，達(dá)到71.39%；楚戈的處理組的糙米Hg 含量減少最多，達(dá)到25%；除炭基土壤重金屬鈍化劑CK 外， 由于土壤中Hg 的含量較低，均未檢出糙米Hg；與CK 相比，炭基土壤重金屬鈍化劑修復(fù)后，糙米Pb 減少了100%，治理效果最佳。 上述結(jié)果表明， 楚戈土壤調(diào)理劑克有效修復(fù)Cd污染水稻土，但不適用于Cd、As、Cr 混合污染的水稻土； 微生物菌劑維地康則可有效修復(fù)As 污染土壤。

圖4 不同土壤調(diào)理劑對(duì)糙米中重金屬含量的影響

2.1.3 不同葉面阻控劑對(duì)糙米重金屬含量的影響不同葉面阻控劑處理對(duì)糙米重金屬含量的結(jié)果表明（圖5），CK 組除猛降鎘組的糙米總砷未超標(biāo)外，其余總砷量均超標(biāo)，5 種葉面阻控劑也均導(dǎo)致糙米總砷量升高，鈍化效率為鎘盾（-4.26%）<諾果康（-6.28%）<降鎘靈 （-7.31%）<鎘無(wú)憂 （-8.51%，）<猛降鎘（-32.24%）；猛降鎘、鎘盾、鎘無(wú)憂的 CK 組糙米Cd超過(guò)國(guó)家食品限量值，其余未超標(biāo)。 5 種葉面阻控劑中，鈍化效率（糙米重金屬含量）為猛降鎘（80.07%，0.225 mg/kg）<鎘無(wú)憂 （27.57%，0.059 mg/kg）<鎘盾（8.88%，0.019 mg/kg）<諾果康（-2.17%，-0.002 mg/kg）<降鎘靈 （-45.45%，-0.035 mg/kg）， 猛降鎘的治理效果最佳； 5 種葉面阻控劑中， Cr 鈍化效率（糙米重金屬含量）為諾果康（42.48%，0.175 mg/kg）<猛降鎘（25.7%，0.083 mg/kg）<降鎘靈（12.41%，0.035 mg/kg）<鎘無(wú)憂 （-108.67%，-0.163 mg/kg）<鎘盾 （-144%，-0.216 mg/kg），諾果康的治理效果最佳，猛降鎘其次；5 種葉面阻控劑中，Hg 鈍化效率（糙米重金屬含量）為猛降鎘（25%，0.001 mg/kg）<諾果康（20%，0.001 mg/kg）<降鎘靈（0%，0 mg/kg）<鎘無(wú)憂（-33.33%，-0.001 mg/kg）<鎘盾（-66.67%，-0.002 mg/kg），猛降鎘的治理效果最佳； 5 種葉面阻控劑中，Pb 鈍化效率 （糙米重金屬含量）為諾果康（100%，0.062 mg/kg）=鎘無(wú)憂（100%，0.068 mg/kg）<降鎘靈（1.64%，0.001 mg/kg）<鎘盾（-1.47%，-0.001 mg/kg）<猛降鎘（-9.84%，-0.006 mg/kg），諾果康、鎘無(wú)憂的治理效果最佳，修復(fù)后，均未檢出糙米Pb。 由上述結(jié)果可知，含有機(jī)硅的葉面阻控劑雖然對(duì)重金屬污染的酸性水稻土中Cd 有一定的鈍化效果，但糙米As 含量超標(biāo)。

圖5 不同葉面阻控劑處理對(duì)糙米重金屬含量的影響

2.2 不同土壤調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

不同土壤調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響表明（圖6），諾地康（增幅55.55%，增產(chǎn)233.3 kg/畝）>炭基土壤重金屬鈍化劑（增幅45%，增產(chǎn)240 kg/畝）>特貝鈣（增幅25.35%，增產(chǎn) 120 kg/畝）>農(nóng)地樂(lè)（增幅 9.88%，增產(chǎn) 53.3 kg/畝）>維地康（增幅 5.68%，增產(chǎn) 33.3 kg/畝）>楚戈（降幅 4.29%，減產(chǎn) 20 kg/畝）>天象 1 號(hào)（降幅7.41%，減產(chǎn)40 kg/畝），除楚戈和天象1 號(hào)外，其余土壤調(diào)理劑施用均能提高水稻產(chǎn)量。

圖6 土壤調(diào)理劑試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

不同葉面阻控劑處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響表明（圖 7），猛降鎘（增幅 42.9%，增產(chǎn) 240 kg/畝）>諾果康（增幅 20.78%， 增產(chǎn) 106.66 kg/畝）>降鎘靈 （增幅9.09%，增產(chǎn) 46.66 kg/畝）>鎘無(wú)憂（與 CK 相同）＝鎘盾（與CK 相同），可見(jiàn)施用葉面阻控劑猛降鎘顯著提高水稻的產(chǎn)量。

圖7 葉面阻控劑試驗(yàn)區(qū)產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論

綜上所述，低積累水稻品種、土壤調(diào)理劑和葉面阻控劑對(duì)試驗(yàn)地水稻土有效態(tài)重金屬含量、 糙米重金屬含量及水稻產(chǎn)量的影響有以下幾點(diǎn)。

（1）針對(duì)重金屬Cd 超標(biāo)酸性水稻土，甬優(yōu)1540重金屬Cd 含量最低（0.13 mg/kg），且其他重金屬含量均未超過(guò)限量值，則推薦甬優(yōu)1540 作為低積累水稻品種。

（2）選用的7 種土壤調(diào)理劑中，從不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有效態(tài)重金屬影響的角度分析， 天象1 號(hào)可以顯著降低土壤有效態(tài)Cd 含量，且不會(huì)提高其他有效態(tài)重金屬的含量， 可以推薦使用天象1 號(hào)作為重金屬Cd 超標(biāo)酸性水稻土的土壤調(diào)理劑；從不同土壤調(diào)理劑對(duì)糙米中重金屬含量影響的角度分析，楚戈的治理效果最佳，但不適用于重金屬Cd、Cr、As 混合超標(biāo)水稻土。 楚戈和天象1 號(hào)土壤調(diào)理劑的施用雖會(huì)降低水稻產(chǎn)量，但降幅不大，可以忽略。

（3）針對(duì)重金屬Cd 污染的酸性水稻土，葉面阻控劑中猛降鎘可顯著提高水稻的產(chǎn)量。 含有機(jī)硅的葉面阻控劑雖然有一定的鈍化效果， 但存在導(dǎo)致糙米As 含量超標(biāo)的情況，建議存在Cd、As 污染的酸性水稻土田間慎用有機(jī)硅葉面阻控劑， 或繼續(xù)研究篩選適宜的其他阻控劑。