不同土壤調(diào)理劑對(duì)耕地及稻米中重金屬含量的影響

韋曉璨,盧揚(yáng)學(xué),盧子遠(yuǎn),覃樹濤,盧子鍇,譚興寧

（廣西格豐環(huán)?？萍加邢薰?，廣西 南寧 530200）

土地是動(dòng)物和植物賴以生存的根本，是環(huán)境的重要組成部分［1］。耕地安全關(guān)乎人們的健康，農(nóng)作物產(chǎn)地土壤和水環(huán)境的鉛鎘污染，不僅會(huì)破壞土壤理化性質(zhì)，降低土壤微生物群落多樣性，限制作物生長(zhǎng)和產(chǎn)量，還會(huì)在農(nóng)作物中累積并通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康造成威脅［2］。當(dāng)耕地受到重金屬污染時(shí)，可采取相對(duì)應(yīng)的修復(fù)技術(shù)。目前，最常見的土壤修復(fù)技術(shù)有客土法、鈍化技術(shù)、電動(dòng)修復(fù)、植物修復(fù)和微生物修復(fù)等［3］。原位鈍化技術(shù)因其鈍化速率快、效果顯著、穩(wěn)定性好、價(jià)格適中、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中［4］。據(jù)報(bào)道，全球有超過(guò)1 000 萬(wàn)個(gè)污染地點(diǎn)，覆蓋面積超過(guò)1 999.96 萬(wàn)hm2，其中超過(guò)50%被危險(xiǎn)重金屬污染，我國(guó)大約19%的農(nóng)業(yè)土壤含有有害污染物并超過(guò)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，由于土壤重金屬污染，我國(guó)每年糧食產(chǎn)量降低約100 多萬(wàn)t，經(jīng)濟(jì)損失更是難以估量［5］。同時(shí)，食用鎘污染的稻米會(huì)對(duì)人體健康產(chǎn)生危害，因而保護(hù)糧食安全尤為重要。因此，以廣西壯族自治區(qū)河池市宜州區(qū)典型的受污染耕地為研究對(duì)象，選用廣西格豐科技環(huán)保有限公司自主研制的WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 5 種土壤調(diào)理劑對(duì)耕地重金屬污染的修復(fù)效果進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于廣西壯族自治區(qū)河池市宜州區(qū)北牙瑤族鄉(xiāng)保良村都良屯，該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候，水資源充足，氣候溫和。該試驗(yàn)區(qū)的主要污染為Cd 污染，兼有As 和Pb 污染。2020年土壤檢測(cè)結(jié)果表明其土壤pH 為5.41～7.49，土壤 Cd 含量平均值為1.72 mg/kg，超過(guò)國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)0.30 mg/kg，污染程度屬于重度；有效態(tài)鎘含量為0.78 mg/kg。

1.2 供試材料

水稻品種：野香優(yōu)莉絲，生育期120 d，為秈型三系雜交水稻。

土壤調(diào)理劑：WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B，所含主要成分為白云石、熟石灰、有機(jī)肥、硅肥、無(wú)水氯化鈣、七水硫酸鎂，為廣西格豐科技環(huán)保有限公司自主研制。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置6 個(gè)處理，3 次重復(fù)。處理1（對(duì)照），不采取任何鈍化或農(nóng)藝調(diào)控措施；處理2，鈍化材料PX5B，600 kg/667m2；處理3，鈍化材料PX7D，600 kg/667m2；處理4，鈍化材料PX5E，600 kg/667m2；處理5，鈍化材料WH5S，600 kg/667m2；處理6，鈍化材料WH8P2，600 kg/667m2。試驗(yàn)區(qū)域設(shè)置18個(gè)小區(qū)。每個(gè)小區(qū)設(shè)計(jì)的長(zhǎng)寬比為7∶3，面積21 m2（3 m×7 m）。小區(qū)之間用田埂隔開，獨(dú)立排灌水，區(qū)組隨機(jī)設(shè)置。

1.4 樣品的采集與分析

1.4.1 樣品采集 根據(jù)核心示范區(qū)土壤污染類型、農(nóng)作物種類等因素，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況確定采樣地塊。每個(gè)水稻樣品混合樣按確定的采樣地塊，視不同情況按對(duì)角線、棋盤式法或梅花點(diǎn)法進(jìn)行5 點(diǎn)取樣，每點(diǎn)雙行，每行0.2 m，全部采集該地塊上同一主栽品種的稻穗，5 個(gè)分點(diǎn)等量混合均勻組成一個(gè)混合樣品。稻米烘干后用糙米機(jī)脫殼，并用超高速粉碎機(jī)粉碎過(guò)0.149 mm 孔篩用于測(cè)定糙米重金屬含量。為確保水稻樣品與土壤樣品的采樣單元保持一致，同時(shí)采集土壤樣品，用竹制的取樣器撥開土壤表層苔蘚，取0～20 cm深的土壤樣品，每個(gè)土壤樣品也同樣采用5點(diǎn)取樣法取樣。將土壤自然風(fēng)干，去除雜質(zhì)，用木棍壓碎、混勻，并用四分法取壓碎樣，磨碎后全部過(guò)1 mm 孔篩用于測(cè)定pH 和土壤有效態(tài)鎘含量；再繼續(xù)用四分法部分土樣，磨碎后過(guò)0.149 mm孔篩用于測(cè)定全鎘、有機(jī)質(zhì)等土壤基本理化性質(zhì)。

1.4.2 土壤分析 土壤中pH，采用pH 玻璃電極測(cè)定，水土比為2.5∶1，參照《土壤pH 的測(cè)定》（HJ 962—2018 測(cè)定）。土壤中鉛、鎘，參照《石墨爐原子吸收分光光度法》（GB/T 17141—1997）測(cè)定。土壤中汞、砷、鉛，參照《原子熒光法》第1 部分和第2 部分進(jìn)行測(cè)定，土壤中總砷的測(cè)定參照GB/T 22105.2—2008測(cè)定。土壤中銅、鋅、鉛、鎳、鉻，參照《火焰原子吸收分光光度法》（HJ 491—2019）測(cè)定。土壤中有效態(tài)鉛和鎘，參照《原子吸收法》（GB/T23739—2009）測(cè)定。

1.4.3 稻米分析 稻米中砷、鉛、鎘、鉻，參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5009.268—2016）多元素的測(cè)定。稻米中汞，參照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5009.17—2014），食品中總汞的測(cè)定。

11.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office 2010 進(jìn)行整理，用IBM SPSS 25 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，采用Origin 2022 繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同調(diào)理劑對(duì)土壤pH的影響

由圖1 可知，5 種調(diào)理劑處理的pH 顯著高于對(duì)照，施用PX5B、PX7D、WH5S、WH8P2、PX5E 5 種調(diào)理劑的pH 分別較對(duì)照高20.59%、15.73%、12.78%、11.46%、11.25%，其中PX5B 增幅最大。各處理的土壤pH 增幅依次為PX5B>PX7D>WH5S>WH8P2>PX5E。

圖1 不同土壤調(diào)理劑處理的土壤pH

2.2 不同調(diào)理劑對(duì)土壤重金屬含量的影響

從圖2 可知，不同調(diào)理劑處理土壤中的砷、鎘、汞、鉛、鉻及有效態(tài)鎘含量的變化。

圖2 不同土壤調(diào)理劑處理土壤中的重金屬含量

2.2.1 砷含量 WH5S、WH8P2 和PX5E土壤調(diào)理劑處理可降低土壤中的砷含量，其土壤中的砷含量較對(duì)照降低5.84%～35.23%，其中WH5S 處理的效果最明顯，其降幅為35.23%，PX7D 和PX5B 處理的土壤砷含量變化不明顯。各土壤中的砷含量降幅依次為 WH5S>WH8P2>PX5E>PX5B>PX7D。

2.2.2 鎘含量 除土壤調(diào)理劑WH8P2 外，其余土壤調(diào)理劑處理的土壤鎘含量均較對(duì)照高，但無(wú)顯著差異。施用土壤調(diào)理劑WH8P2 后，土壤中的鎘含量較對(duì)照降低0.083 4 mg/kg，降幅為6.74%。

2.2.3 汞含量 WH5S、PX5E 和PX5B 處理土壤中汞的含量低于對(duì)照，較對(duì)照降低3.43%～18.51%，其中，WH5S、PX5E 處理與對(duì)照差異顯著。土壤調(diào)理劑WH5S 處理的土壤汞含量較對(duì)照低0.108 mg/kg，降幅為17.31%，PX5B 處理的土壤汞含量較對(duì)照低0.021 mg/kg，降幅為3.43%，PX5E的效果最佳，土壤中的汞含量較對(duì)照低0.115 mg/kg，降幅為18.51%。

2.2.4 鉛含量 除PX5E處理的土壤鉛含量顯著低于對(duì)照外，其余處理的土壤鉛含量均較對(duì)照高，但與對(duì)照的差異不顯著。土壤調(diào)理劑PX5E 處理的土壤鉛含量較對(duì)照低1.67 mg/kg，降幅為9.11%。

2.2.5 鉻含量 除土壤調(diào)理劑PX5E處理的鉻含量較對(duì)照低外，其余處理土壤的鉻含量均較對(duì)照高，WH5S 較對(duì)照高6.48%，WH8P2 較對(duì)照高10.63%，PX7D 較對(duì)照高6.36%。其中，PX5E 處理土壤中的鉻含量較對(duì)照低11.32%，但各處理土壤中的鉻含量均與對(duì)照差異不顯著。

2.2.6 有效態(tài)鎘含量 5 種土壤調(diào)理劑處理均可降低土壤中的有效態(tài)鎘含量，且與對(duì)照差異顯著。WH8P2 處理的土壤有效態(tài)鎘含量最低，降幅最大，為31.50%，其余4 種土壤調(diào)理劑WH5S、PX7D、PX5E、PX5B 分別較對(duì)照低25.76%、22.21%、23.25%、23.91%，不同土壤調(diào)理劑處理對(duì)土壤中有效態(tài)鎘含量的降幅依次為WH8P2>WH5S>PX5B>PX5E>PX7D。

2.3 不同調(diào)理劑對(duì)土壤陽(yáng)離子交換量的影響

由圖3 可知，土壤調(diào)理劑WH5S 處理的土壤陽(yáng)離子交換量最高，較對(duì)照增加48.91%，且與對(duì)照差異顯著；PX7D、WH8P2 和PX5B 處理的土壤陽(yáng)離子交換量分別較對(duì)照增加32.58%、31.87% 和23.32%，但與對(duì)照間無(wú)顯著差異；土壤調(diào)理劑PX5E 處理的土壤陽(yáng)離子交換量較對(duì)照低35.02%，但與對(duì)照間無(wú)顯著差異。不同處理土壤中的陽(yáng)離子交換量依次為WH5S>PX7D>WH8P2>PX5B>CK>PX5E。

圖3 不同土壤調(diào)理劑處理土壤中的陽(yáng)離子交換量

2.4 不同調(diào)理劑對(duì)稻米中重金屬含量的影響

從圖4 可知，不同調(diào)理劑處理稻米中的鎘、砷、汞、鉛、鉻含量的變化。

圖4 不同土壤調(diào)理劑處理稻米中的重金屬含量

2.4.1 鎘含量 除PX5E 無(wú)明顯效果外，其余4 種土壤調(diào)理劑對(duì)降低水稻中鎘含量均有顯著效果。其中，土壤調(diào)理劑PX7D、WH5S、WH8P2 和PX5B 處理稻米中的鎘含量分別較對(duì)照低0.29 mg/kg、0.39 mg/kg、0.42 mg/kg、0.45 mg/kg，降 幅 為43.35%～67.93%，且與對(duì)照差異顯著，WH5S、WH8P2 和PX5B 處理間差異不顯著，但與PX7D 處理間差異顯著。不同處理稻米中的鎘含量依次為PX5E>CK>PX7D>WH5S>WH8P2>PX5B。

2.4.2 砷含量 土壤調(diào)理劑除WP8P2 和PX5E 處理稻米中的砷含量較對(duì)照高外，其余土壤調(diào)理劑處理稻米中的砷含量均較對(duì)照低，其中WH5S、PX5D 和PX5B 處理稻米中的砷含量分別較對(duì)照低0.043 3 mg/kg、0.042 5 mg/kg、0.025 8 mg/kg，降幅為17.71%～29.21%。各土壤調(diào)理處理稻米中的砷含量之間均無(wú)顯著差異。不同處理稻米中的砷含量依次為WH8P2>PX5E>CK>PX5B>PX7D>WH5S。

2.4.3 汞含量 5 種土壤調(diào)理劑均能降低稻米中汞含量，不同處理稻米中的汞含量依次為CK>PX5B>WH5S>PX5E>PX7D>WH8P2，各處理間稻米中的汞含量無(wú)顯著差異。其中，WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 處理稻米中的汞含量分別較對(duì)照低0.002 7 mg/kg、0.003 9 mg/kg、0.003 0 mg/kg、0.002 9 mg/kg、0.000 3 mg/kg，降幅分別為17.02%、24.89%、18.94%、18.30%、2.13%，WH8P2 的效果最好，稻米中的汞含量最低，與對(duì)照相比降幅最大。

2.4.4 鉛含量 不同處理稻米中的鉛含量依次為 WH8P2>PX7D>CK>PX5E>WH5S>PX5B，PX5E、WH5S、PX5B 土壤調(diào)理劑均能降低稻米中的鉛含量，其中，WH5S、PX5E、PX5B 分別較對(duì)照低25.54%、14.03%、29.86%。

2.4.5 鉻含量 不同處理稻米中的鉻含量依次為PX5E>PX5B>WH5S>CK>PX7D>WH8P2，各處理間稻米中的鉻含量無(wú)顯著差異。與對(duì)照相比，WH8P2、PX7D處理稻米中的鉻含量略低于對(duì)照。

3 討論

土壤酸化一般用土壤pH 來(lái)評(píng)價(jià)，當(dāng)土壤pH＜6.5 時(shí)，便被認(rèn)為是酸性土壤，土壤pH是植物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素，大多數(shù)作物最適生長(zhǎng)環(huán)境pH在中性及偏酸性范圍。周春海等［6］施用石灰鈍化酸性土壤中的Cd，作用機(jī)理是生成堿性氫氧化物，提高土壤中鹽基離子的含量，最終這些鹽類水解后生成OH-從而提高土壤pH［7］。本試驗(yàn)中，5種土壤調(diào)理劑處理的耕地pH 有顯著變化，這可能是施用的土壤調(diào)理劑均含有鈣離子等堿性化合物［8］。其中，PX5B 的效果最好，這可能與該土壤調(diào)理劑本身的pH 較高，因此該土壤調(diào)理劑對(duì)該土壤的pH 提升較大。土壤pH 作為影響鎘形態(tài)的重要因素之一，不同pH 條件下鎘的形態(tài)含量占比不同，導(dǎo)致其生物有效性、遷移性及毒性發(fā)生變化，尤其在土壤-作物體系中，直接影響著鎘的遷移轉(zhuǎn)化能力［9］。施加熟石灰能夠增加土壤pH 及養(yǎng)分等含量，促進(jìn)Cd 由酸溶態(tài)向還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，降低Cd 有效態(tài)含量［10］。試驗(yàn)施用5 種土壤調(diào)理劑對(duì)土壤中有效態(tài)鎘含量顯著降低，和張迪等［10］的研究結(jié)果一致，但5種土壤調(diào)理劑對(duì)土壤中鎘含量無(wú)顯著影響，這需要進(jìn)一步研究論證。此外，試驗(yàn)表明5 種土壤調(diào)理劑對(duì)土壤中砷、鉛、鉻含量無(wú)顯著影響。陽(yáng)離子交換量的大小，可作為評(píng)價(jià)土壤保肥能力的指標(biāo)。陽(yáng)離子交換量是土壤緩沖性能的主要來(lái)源，是改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)［11］，本試驗(yàn)中，土壤調(diào)理劑WH5S 對(duì)于提高土壤中陽(yáng)離子交換量有顯著影響，與對(duì)照相比，土壤調(diào)理劑WH5S 處理的陽(yáng)離子交換量較對(duì)照高48.91%。文典等［8］研究表明，土壤調(diào)理劑可使稻米的鎘含量降低；本試驗(yàn)研究表明，對(duì)于控制稻米中的鎘含量，除土壤調(diào)理劑PX5E 無(wú)明顯效果外，其余4 種土壤調(diào)理劑對(duì)于降低水稻中鎘含量均有顯著效果，與對(duì)照相比，其余4 種土壤調(diào)理劑處理稻米中的鎘含量較對(duì)照低58.65%～67.93%。

4 結(jié)論

在宜州地區(qū)施用WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 均能提高土壤pH，且可顯著降低土壤有效態(tài)鎘含量，其降幅為22.21%～31.50%；土壤調(diào)理劑WH5S 對(duì)提高土壤中陽(yáng)離子交換量的效果最佳，與對(duì)照相比，增加48.91%。土壤調(diào)理劑WH5S、WH8P2、PX7D、PX5B 可顯著降低稻米中鎘含量，其降幅為43.35%～67.93%。其中，PX5B 對(duì)降低稻米中的鎘含量效果最佳，在該土壤調(diào)理劑處理下，稻米中的鎘含量較空白對(duì)照降低67.93%。