柳州市柳江區(qū)稻田安全利用對策分析

羅 明 覃樹濤 趙鈞洋 唐芳玉 何 冰 潘 鵬

（1.柳州市柳江區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局 廣西柳州 545199；2.廣西大學(xué) 廣西南寧 530005；3. 廣西力源寶科技有限公司 廣西南寧 530033）

根據(jù)《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》結(jié)果，全國耕地土壤點位超標(biāo)率為19.4%，環(huán)境質(zhì)量堪憂[1]。無機(jī)污染物點位超標(biāo)率高于有機(jī)污染物， 其中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 8 種無機(jī)污染物點位超標(biāo)率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%[1]。到2030 年， 全國受污染耕地安全利用率要求達(dá)到95%以上。 2018 年以來，廣西壯族自治區(qū)根據(jù)國家的部署要求， 穩(wěn)步推進(jìn)農(nóng)用地安全利用。 到2020 年底， 廣西已累計完成農(nóng)用地安全利用面積達(dá)國家下達(dá)任務(wù)的138%；2021 年廣西農(nóng)用地安全利用面積在1 700 萬畝以上[2]。 柳州市2020 年完成農(nóng)用地安全利用面積5.23 萬hm2， 柳江區(qū)農(nóng)用地安全利用面積2.16 萬hm2，占柳州市的41.18%。

1 柳江區(qū)稻田土壤環(huán)境基本特征

柳江區(qū)行政區(qū)域面積25.37 萬hm2， 耕地面積8.56 萬hm2。 2020 年柳江區(qū)農(nóng)作物以糧食種植面積為最多，其次為蔬菜和甘蔗，桑樹種植面積最少。 農(nóng)作物產(chǎn)量依次為蔬菜＞甘蔗＞水果＞糧食＞桑樹。 2020 年柳江區(qū)水稻種植面積總計1.68 萬hm2， 其中成團(tuán)鎮(zhèn)和穿山鎮(zhèn)水稻種植面積均占總面積20%以上， 是柳江區(qū)的主要產(chǎn)糧區(qū)（附表）。

附表 2020 年柳江區(qū)水稻種植面積

柳江區(qū)屬于南華準(zhǔn)地臺范疇， 從泥盆紀(jì)到二疊紀(jì)沉積巨厚的碳酸鹽巖類和含錳巖系，石灰?guī)r、白云巖、方解石等非金屬礦產(chǎn)豐富，轄區(qū)內(nèi)分布廣泛大、小礦床共11 處。 柳江區(qū)地處桂中盆地中心，西北部高而東南部低。 西北部主要為峰叢谷地， 海撥300～700 m；中部為峰林廣谷和孤峰平原，東南部以巖溶平原為主，間以丘陵，海拔70～200 m。

柳江區(qū)土壤成土母質(zhì)主要為砂頁巖風(fēng)化物和石灰?guī)r風(fēng)化物，少部分為第四紀(jì)紅土。 土壤以石灰?guī)r土和水稻土為主。 水稻土以潴育水稻土分布最多，廣泛分布于柳江區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的丘陵、 低山寬谷或峰林谷地灌排條件較好的地方。 由于地勢平緩， 地下水位在50～60 cm，氧化還原作用隨季節(jié)交迭進(jìn)行，經(jīng)過長期的精耕細(xì)作， 土壤理化條件較好， 陽離子交換量中等， 有機(jī)質(zhì)含量較高，N 和P 含量高，K 含量略低，肥力高，保肥性好。 根據(jù)成土母質(zhì)的不同，土壤pH 范圍從酸性至堿性均有。 淹育水稻土分布于土博、里高、三都鎮(zhèn)的山地坡麓和丘陵坡地。 水利條件差，依靠降雨供水，地下水位低于1.5 m，稱 “望天田”“旱田” 等，耕層淺薄， 結(jié)構(gòu)不良， 易漏水漏肥， 養(yǎng)分含量偏低， 有機(jī)質(zhì)積累少， 土壤pH 多數(shù)偏酸性。 潛育水稻土分布較少， 主要分布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)排水不良的丘陵、 低山、 中山的溝谷洼地或巖溶洼地。 地下水位高或受泉水淹灌使地表長期漬水， 使土壤處于還原狀態(tài)， 有機(jī)質(zhì)含量較高， 全N 量高， 速效P 和有效K 含量較低， 保肥性與淹育水稻土較為接近， 土壤pH 以偏酸性為主。

2 柳江區(qū)稻田土壤環(huán)境質(zhì)量

柳江區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局歷年共采集531 個稻田土壤樣品和610 個水稻樣品， 分析樣品中的Cd、As、Pb、Hg 和Cr 含量， 評估柳江區(qū)稻田土壤環(huán)境質(zhì)量狀況。以 《 農(nóng) 用 地 土 壤 污 染 風(fēng) 險 管 控 標(biāo) 準(zhǔn) （ 試 行）》（GB 15618-2018）中的風(fēng)險篩選值作為評價標(biāo)準(zhǔn)，柳江區(qū)稻田土壤以Cd 和As 超標(biāo)為主，其中Cd 超標(biāo)率高于As 超標(biāo)率，其余Pb、Cr 和Hg 含量偶有超標(biāo)。 以食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762-2017）為標(biāo)準(zhǔn)，評估柳江區(qū)610 個調(diào)查點位的稻米樣品重金屬含量，結(jié)果表明，柳江區(qū)稻米以Cd 超標(biāo)為主，其余As、Pb、Cr、Cu 和Hg 超標(biāo)率極低。 李艷飛等[3]隨機(jī)采集22 份柳江區(qū)稻米，分析其Cd、Pb 和As 含量，結(jié)果表明，稻米Cd 超標(biāo)率為22.72%，Pb 和As 均無超標(biāo)情況。 綜上所述，柳江區(qū)雖然存在土壤As 超標(biāo)情況，但土壤As 轉(zhuǎn)移至稻米的情況并不嚴(yán)重；稻米Cd 超標(biāo)是柳江區(qū)稻田安全生產(chǎn)面臨的主要問題。

3 柳江區(qū)稻田重金屬超標(biāo)成因分析

蔣越華等[4]對柳州某礦區(qū)周邊土壤進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)礦區(qū)周邊土壤已受到重金屬不同程度的污染，其中Cd、Hg、Pb、Zn 和Ni 5 種元素的平均含量均高于對照值，且以Cd 和As 污染程度最重，認(rèn)為柳州地區(qū)礦產(chǎn)開采帶來的Cd 和As 污染問題應(yīng)引起關(guān)注。 西江流域上游為丹池成礦帶，主要盛產(chǎn)Sn、Cu、Pb、Zn、Sb 和Hg 等有色金屬，如南丹縣的麻陽汞礦和大廠富錫鉛鋅礦等；下游為大瑤山成礦帶，富產(chǎn)Cu、Au、Pb和Zn 等金屬， 如武宣縣的鉛鋅礦。 自然界中Cd 和As 非常分散， 很少形成獨立礦床，Cd 主要伴生于鉛鋅礦的閃鋅礦，As 多數(shù)伴生于Au、Pb、Cu、Zn、Sn 礦中。 因此西江流域范圍的土壤Cd 和As 背景值往往偏高。 由于伴生Cd 和伴生As 品位低，無回收價值，但總量巨大。 位于桂西北地區(qū)的礦產(chǎn)開采和冶煉，“三廢” 排放，特別是含Cd 或As 的廢水排放導(dǎo)致下游地表水和地下水重金屬含量偏高， 柳江區(qū)長期采用河流水和地下水灌溉， 可能也是導(dǎo)致稻田重金屬超標(biāo)的一個重要原因。 此外，冬季西北風(fēng)盛行，給地處金屬礦區(qū)東南側(cè)的柳江區(qū)帶來大量的冶煉廢氣和塵埃， 也是造成柳江區(qū)稻田重金屬超標(biāo)的影響因素之一。

4 柳江區(qū)農(nóng)用地安全利用適宜技術(shù)

根據(jù)前期調(diào)查結(jié)果，柳江區(qū)水田主要是以Cd 和As 超標(biāo)為主，其中Cd 超標(biāo)程度高于As。 稻米以Cd超標(biāo)為主，其余Cr、As、Pb、Hg 的水稻超標(biāo)風(fēng)險低。 因此以Cd 為主要超標(biāo)元素制定相應(yīng)的安全利用技術(shù)模式。

分析柳江區(qū)8 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的土壤Cd 超標(biāo)與稻米Cd超標(biāo)的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)柳江區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤Cd 超標(biāo)的點位百分率與稻米Cd 超標(biāo)的點位百分率并不呈正相關(guān)關(guān)系（圖1），有6 個鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤Cd 超標(biāo)的點位百分率在70%～100%之間，但稻米Cd 超標(biāo)的點位百分率不到25%。 分析土壤pH＜6.5 的點位百分率與稻米Cd 超標(biāo)點位百分率的相關(guān)關(guān)系，結(jié)果表明，二者呈顯著正相關(guān)（R2=0.990 8）（圖2），所以土壤pH 是影響柳江區(qū)稻米是否Cd 超標(biāo)的關(guān)鍵因素。 土壤pH 低于6.5 導(dǎo)致稻米Cd 超標(biāo)風(fēng)險增加，而pH 高于6.5 的土壤條件下稻米Cd 超標(biāo)風(fēng)險顯著降低。

圖1 柳江區(qū)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤Cd 超標(biāo)的點位百分率與稻米Cd 超標(biāo)的點位百分率相關(guān)性

圖2 柳江區(qū)主要鄉(xiāng)鎮(zhèn)土壤pH＜6.5 的點位百分率與稻米Cd 超標(biāo)百分率相關(guān)性

4.1 優(yōu)化施肥技術(shù)

柳江區(qū)稻田土壤pH 主要集中在4～8 范圍內(nèi)，其中土壤pH＜6.5 的點位百分率為32.7%， 其余67.3%的區(qū)域土壤pH＞6.5。 對于pH 較高的石灰性田，碳酸鹽組成主要是碳酸鈣， 主要來源于長期施用石灰和引用溶洞水灌溉。 土壤偏堿性，使土壤的Cd 生物有效性低，水稻Cd 超標(biāo)風(fēng)險低。 對于土壤pH＞6.5 的稻田，建議以優(yōu)化施肥為主的安全利用技術(shù)，多施中性有機(jī)肥，少施酸性肥，使土壤pH 維持在中性，使水稻Cd 超標(biāo)風(fēng)險維持在相對較低水平。 結(jié)合長期定位監(jiān)測，確保稻米安全。

4.2 葉面阻控技術(shù)

葉面阻控技術(shù)主要是通過噴施以硅、 硒為主要成分的葉面肥，通過硅或硒對Cd 的競爭吸收或運輸阻隔效應(yīng)，降低水稻對Cd 的吸收與積累。 這一技術(shù)可使水稻對Cd 的吸收減少10%～20%， 也可作為一種預(yù)防措施用于土壤pH＞6.5、超標(biāo)風(fēng)險較低的稻田。在分蘗期或灌漿早期噴施一定量的硅或硒， 一方面可有效減少稻米中的Cd 含量，硅肥中的硅酸根離子能與Cd2+發(fā)生反應(yīng)，促進(jìn)Se 元素活動態(tài)生成，產(chǎn)生不利于水稻吸收的硅酸化合物； 另一方面也可以提高水稻的抗病性和抗逆性，促進(jìn)水稻增產(chǎn)[5]。

4.3 土壤調(diào)理技術(shù)

土壤pH＜6.5 區(qū)域的稻米質(zhì)量安全需要重點關(guān)注。 這部分稻田，多分布于各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的山地坡麓和丘陵坡地，屬于缺少灌溉水源的 “望天田”。 土層薄，肥力低，水分往往無法保證，在保證稻米Cd 安全的同時應(yīng)注意改良土壤質(zhì)地，培肥地力，以提高產(chǎn)量。 施用土壤調(diào)理劑促進(jìn)水稻生長，提高了中稻株高、穗長、分蘗數(shù)、總穗粒數(shù)、穗實粒數(shù)、千粒重，能顯著提高水稻產(chǎn)量，同時有效降低土壤Cd 和稻米Cd 的含量[6]。建議這部分稻田采用土壤調(diào)理技術(shù)，施用以硅、硒和有機(jī)肥為有效成分的堿性土壤調(diào)理劑，調(diào)節(jié)土壤pH 至中性，降低土壤溶液中Cd 的生物有效性。 硅和硒元素可阻隔水稻對Cd 的吸收，土壤調(diào)理劑中大分子不溶性腐殖質(zhì)對Cd 具有一定螯合作用， 減少土壤中Cd 的可溶性和有效性，同時還可以起到改良土壤、提高肥力的作用， 力求達(dá)到水稻質(zhì)量安全目標(biāo)的同時提高水稻產(chǎn)量。

4.4 pH 調(diào)節(jié)技術(shù)

有部分土壤pH＜6.5 的稻田分布于溝谷洼地或巖溶洼地， 為長期排水不良的冷浸田。 當(dāng)pH 達(dá)到9 時，Cd2＋脅迫對稻苗的生長抑制作用得到了明顯緩解，究其原因，應(yīng)該是在這種堿性條件下，可吸收的Cd2＋變成了難吸收的Cd 絡(luò)合物， 從而減輕了對稻苗的危害[7]。 土壤屬于潛育水稻土類型，地下水位高，土壤還原性強，肥力中等或較高，為節(jié)約成本，建議這部分稻田采用pH 調(diào)節(jié)技術(shù)，施用比有機(jī)肥或土壤調(diào)節(jié)劑成本低的石灰。對于土壤pH 在5.5～6.5 的耕地，建議石灰用量在100～150 mg/kg； 對于土壤pH 低于5.5 的耕地，建議石灰用量在150～200 mg/kg，在春耕前將石灰均勻施于稻田，并及時灌水犁耙，將石灰與表層土壤充分混勻，2 d 之后插秧。 每2 年或3 年撒施1 次石灰，當(dāng)土壤pH＞6.5 后，即可停止使用石灰。

柳江區(qū)作為柳州市主要的糧食產(chǎn)區(qū)， 稻田重金屬超標(biāo)問題需引起重視，工礦 “三廢” 排放是造成柳江區(qū)稻米重金屬污染的主要來源，土壤pH 是影響稻米Cd 積累的主要因素。 修復(fù)技術(shù)組合模式是降低輕度重金屬污染農(nóng)田稻米Cd 含量的最佳推廣模式，能夠?qū)崿F(xiàn)效益最大化[8]。 針對柳江區(qū)重金屬污染狀況及土壤特征，建議對于pH＞6.5 的稻田土壤主要采用葉面阻控和優(yōu)化施肥技術(shù)，對于pH＜6.5 的稻田土壤主要采取土壤調(diào)理和pH 調(diào)節(jié)技術(shù)， 結(jié)合長期定位監(jiān)測，以確保稻田安全利用和稻米質(zhì)量安全。