酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術(shù)及應(yīng)用

摘 要：農(nóng)田土壤的質(zhì)量及其狀態(tài)與農(nóng)田生產(chǎn)力息息相關(guān)?；诖?，介紹了酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術(shù)，闡述了酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術(shù)的選擇原則，并提出了酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術(shù)的應(yīng)用建議，以期提高農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與品質(zhì)，為促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)生的高質(zhì)量發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：鎘污染；土壤改良技術(shù)；安全利用技術(shù)

中圖分類號(hào)： X53 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）06–0-03

農(nóng)田生產(chǎn)力在一定限度上取決于農(nóng)田土壤的質(zhì)量與狀態(tài)。部分南方地區(qū)正面臨土壤酸化這一嚴(yán)峻的生態(tài)挑戰(zhàn)，尤以經(jīng)常接受化肥施用和實(shí)施水旱輪作制度的稻田最為明顯。在受影響的土壤中，鎘元素頻繁超過安全標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致稻米污染[1]。研究指出，酸性條件下的稻田土壤更容易導(dǎo)致稻米中鎘含量增加，形成所謂的“鎘大米”。

鑒于此，對(duì)酸性稻田土壤進(jìn)行改良，能解決土壤酸性、營養(yǎng)匱乏、板結(jié)及黏性等問題，并減少土壤中重金屬的含量，對(duì)防止污染物質(zhì)轉(zhuǎn)移至農(nóng)作物的可食部分具有重要作用。同時(shí)，這對(duì)能確保農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量與品質(zhì)、促進(jìn)水稻產(chǎn)業(yè)向綠色和高品質(zhì)方向發(fā)展至關(guān)重要。

1 酸性鎘污染稻田土壤概述

酸性鎘污染稻田土壤已成為全球性的環(huán)境難題，其對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定及人類健康構(gòu)成巨大威脅。鎘作為一種有毒重金屬，可以通過工業(yè)排放、農(nóng)用化合物及大氣沉降等多種途徑進(jìn)入土壤。在酸性環(huán)境中，鎘的生物可利用性顯著提高，使得稻田土壤更易受其污染。這不僅直接影響稻米的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且其通過食物鏈影響人體健康，引起腎臟疾病、骨質(zhì)疏松等多種慢性疾病。因此，解決酸性鎘污染的問題刻不容緩[2]。

2 酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術(shù)

2.1 土壤改良技術(shù)

2.1.1 石灰調(diào)酸

石灰為堿性物質(zhì)，可平衡酸性稻田土壤的pH值，降低土壤中重金屬陽離子活躍度。其主要通過加快重金屬陽離子共同沉淀，從而減弱重金屬在土壤中的活性。

標(biāo)準(zhǔn)操作是在水稻播種前7 d左右，將石灰均勻鋪撒于土壤表面，然后通過翻耕或旋耕使其與土壤深層混合。同時(shí)，施用石灰時(shí)需避免與化肥同時(shí)使用或混合。

對(duì)于pH值＜5.5的土壤，建議石灰施用量為1 500

～3 000 kg/hm2；對(duì)于pH值在5.5～6.5之間的土壤，石灰施用量應(yīng)調(diào)整為750～2 000 kg/hm2。

此外，針對(duì)不同類型的土壤，石灰的施用量也有所區(qū)別。一般情況下，石灰施用量由大到小依次為黏土、壤土、砂壤土。

值得注意的是，連續(xù)或過量施用石灰可能導(dǎo)致土壤板結(jié)問題。因此，每隔2～3年施用1次石灰為宜，并建議在施用石灰的同時(shí)，適量增加有機(jī)肥料的施用量，以維持土壤的良性循環(huán)[3]。

2.1.2 土壤調(diào)理劑調(diào)控

在受鎘污染的酸性稻田應(yīng)用土壤調(diào)理劑能顯著提高土壤的pH值。該方法通過離子交換和礦物化過程，能將土壤中的重金屬元素轉(zhuǎn)換為難溶、移動(dòng)性差且極為穩(wěn)定的金屬礦物形態(tài)，以此減弱土壤重金屬的活性。這種變化有助于減少作物對(duì)重金屬的攝取，特別是減少作物對(duì)鎘的攝取。

同時(shí)，土壤調(diào)理劑的應(yīng)用還能顯著增加土壤中鈣、鎂、硅等關(guān)鍵營養(yǎng)元素含量，進(jìn)而提高土壤的營養(yǎng)水平和耕地的整體質(zhì)量。

一般情況下，建議在水稻移栽或直播前1～2周，將土壤調(diào)理劑均勻地撒于田塊表面，并將其混合至耕層。施用后，需保證田間的持水量不低于60%（持續(xù)至少3 d）。同時(shí)，避免在相同時(shí)間內(nèi)混合施用土壤調(diào)理劑和化肥。

2.1.3 種植紫云英

土壤中的有機(jī)質(zhì)對(duì)鎘等多種重金屬元素具有顯著的吸附和絡(luò)合作用，這有助于減弱金屬元素在土壤的活躍度。種植紫云英并將其翻入土壤，能有效增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，從而減少作物對(duì)重金屬的吸收量和籽粒中重金屬的累積量。

針對(duì)安徽省沿江地區(qū)的稻田，建議種植南昌種、湘肥1號(hào)、弋江籽和弋江大葉等紫云英品種[4]。根據(jù)水稻收割的時(shí)機(jī)，9月中旬至10月末是種植紫云英的理想時(shí)段。也可采取與水稻輪作的方式進(jìn)行復(fù)種，推薦的播種量為22.5～30.0 kg/hm2。

在紫云英盛花時(shí)期（水稻移栽前7～15 d），對(duì)其進(jìn)行翻壓，翻壓量應(yīng)在22 500～30 000 kg/hm2之間。翻壓后的30 d內(nèi)，需對(duì)田塊進(jìn)行適度灌溉，避免排水。同時(shí)，針對(duì)用紫云英翻壓的稻田，還需適當(dāng)減少氮肥的使用量。

2.2 安全利用技術(shù)

2.2.1 選用低鎘積累水稻品種

在水稻種植中，水稻品種對(duì)鎘的吸收與積累存在差異，這主要?dú)w因于不同水稻品種對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)能力及對(duì)鎘的生理響應(yīng)各不相同。通過栽培鎘積累量較低的水稻品種，可降低稻米中鎘超標(biāo)的可能性。相關(guān)研究表明，在鎘污染的環(huán)境下，粳稻品種相較于秈稻品種，其籽粒中的鎘含量較低。

因此，農(nóng)民可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況選擇具備高鎘抗性和低鎘積累能力的水稻品種進(jìn)行種植，如鎮(zhèn)稻11號(hào)、太湖糯、寧粳5號(hào)等。這不僅能夠增強(qiáng)稻米的食用安全性，還有利于促進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2.2.2 優(yōu)化施肥

根據(jù)測(cè)土配方原則進(jìn)行科學(xué)施肥，可有效避免因施用化學(xué)肥料不當(dāng)而引起土壤重金屬污染物激活現(xiàn)象。在基礎(chǔ)肥料的選擇上，優(yōu)先施用生物有機(jī)肥（可結(jié)合深耕作業(yè)）。生物有機(jī)肥含豐富的有機(jī)物質(zhì)和微量元素，不僅能夠增強(qiáng)土壤肥力，為作物提供所需營養(yǎng)，而且有機(jī)物對(duì)重金屬的吸附與螯合能增強(qiáng)土壤對(duì)金屬的固定作用，從而有效減少作物對(duì)重金屬的吸收量。在生物有機(jī)肥的施用上，建議施用3 t/hm2的生物有機(jī)肥為基肥，并根據(jù)具體的土壤肥力狀況和作物生長情況，相應(yīng)減少45% NPK（15-15-15）復(fù)合肥的施

用量。

同時(shí)，在鉀肥的選擇上，推薦施用硫酸鉀；在磷肥的選擇上，建議施用鈣鎂磷肥；在氮肥的選擇上，推薦施用尿素或碳銨。此外，嚴(yán)禁使用重金屬含量超標(biāo)的肥料，避免污水污泥、生活廢棄物和工業(yè)垃圾等影響農(nóng)田土壤。

2.2.3 水分調(diào)控

田間水分管理是調(diào)節(jié)土壤酸堿度的有效途徑之一。在酸性土壤中，持續(xù)淹水操作能引導(dǎo)土壤進(jìn)入還原狀態(tài)，顯著提高土壤pH值，同時(shí)減弱重金屬鎘的活性，從而有效減少作物對(duì)鎘的吸收。實(shí)施水分管理策略時(shí)，農(nóng)民應(yīng)確保灌溉水的清潔性，并在水稻生長的拔節(jié)期至灌漿期間進(jìn)行水分調(diào)節(jié)。

具體做法包括在水稻返青期保持較淺的水層，分蘗期采取干濕交替的策略，孕穗期至灌漿期實(shí)行淹水灌溉（水層高度維持在3～5 cm之間），而在灌漿期采取間歇灌溉的方法，直至收獲前水層高度保持在3 cm左右。收割前7 d，應(yīng)排干田間水分，防止過早因斷水而影響作物生長。冬季閑置期應(yīng)排水曬田，以避免因過長時(shí)間的積水而造成土壤次生鹽漬化的問題。

采取以上管理措施不僅有利于作物生長環(huán)境的優(yōu)化，還能有效降低土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)，確保農(nóng)作物生產(chǎn)的安全。

2.2.4 葉面調(diào)控

葉面施用含硅、鋅等益生元素的肥料，能顯著提升作物的逆境抵抗力，并通過與作物體內(nèi)的重金屬進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性吸收，有效抑制了重金屬沿植物從根部到地上部分的轉(zhuǎn)移，從而減輕作物內(nèi)重金屬的聚集，并降低其在可食用部位的含量。

對(duì)于既有鎘污染又缺少硅、鋅的稻田，采用葉面施肥技術(shù)尤為合適。在施用含硅的水溶性肥料時(shí)，建議稀釋倍數(shù)在500～600倍之間，而用于航空噴灑的量則應(yīng)控制在1.5～3.0 L/hm2之間。

2.2.5 深翻耕

深翻耕技術(shù)的核心目的是將受污染的表層土壤與下層的潔凈土壤相混合，以此減少表層土壤中的重金屬含量。其能有效減少土壤中重金屬的濃度，保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)不被過度破壞。該技術(shù)主要在冬季空閑期或春季操作，利用農(nóng)業(yè)設(shè)備破壞稻田內(nèi)相對(duì)厚重和緊實(shí)的犁底層，平均耕作深度約為20 cm，并保留約5 cm的犁底層不受影響。

同時(shí)，冬季和春季深翻耕分別在不同的時(shí)間段進(jìn)行。冬季深翻耕在單季稻或雙季晚稻收割后進(jìn)行，春季深翻耕則在冬播綠肥的盛花期或冬季作物收割后實(shí)施。

此外，深翻耕技術(shù)雖然適用于大部分農(nóng)田，但對(duì)于一些特殊類型的土地，如沙漏田和潛育性田，此技術(shù)并不推薦使用，且不應(yīng)每年連續(xù)進(jìn)行，以每隔3年執(zhí)行1次為宜。

3 酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術(shù)的選擇原則

3.1 可行性

選擇的技術(shù)方案必須具有一定的成熟性、可操作性。在技術(shù)層面，應(yīng)確保所選的土壤改良和安全使用措施能有效解決酸性鎘污染稻田問題，達(dá)成目標(biāo)，且能夠被廣泛應(yīng)用；在經(jīng)濟(jì)層面，治理和修復(fù)的成本控制在農(nóng)民可承受的范圍內(nèi)，以促進(jìn)技術(shù)的大規(guī)模推廣應(yīng)用，確保能產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益[5-7]。

3.2 安全性

在酸性農(nóng)田土壤改良與修復(fù)的過程中，應(yīng)首選對(duì)耕地土壤環(huán)境質(zhì)量影響較小的技術(shù)和措施。同時(shí)，確保所有使用的農(nóng)業(yè)用品均達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)要求，并對(duì)農(nóng)產(chǎn)品中的重金屬含量進(jìn)行精確檢測(cè)，避免使用會(huì)加劇土壤酸化問題的肥料和改良劑[8]。此外，通過科學(xué)規(guī)劃土壤改良和安全利用的策略，堅(jiān)持按照既定的流程操作，可以有效防止土壤、水源及作物受到二次污染，從而保護(hù)生態(tài)環(huán)境，確保農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量安全。

3.3 適宜性

在前期試驗(yàn)示范成果的基礎(chǔ)上，選擇已驗(yàn)證、成熟且安全性高的耕地安全利用技術(shù)方案，目的是減少技術(shù)實(shí)施過程中的風(fēng)險(xiǎn)[9]。在選擇當(dāng)?shù)刈魑锏姆N類和種植方式時(shí)，應(yīng)綜合考量土壤pH值、污染水平、受污染地區(qū)范圍、污染物類型及修復(fù)過程所需的時(shí)間和成本等要素，以選取最適合當(dāng)?shù)氐闹卫硭嵝枣k污染稻田土壤的修復(fù)技術(shù)。

4 酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術(shù)的應(yīng)用建議

4.1 選擇低鎘積累品種

根據(jù)當(dāng)?shù)靥赜械乃痉N植傳統(tǒng)及作物品種多樣性，精心篩選在重金屬，尤其是鎘方面顯示出較低累積傾向的水稻品種進(jìn)行栽培[10]。專注于不同水稻品種對(duì)鎘吸收的差異性，優(yōu)先選擇具有抗性強(qiáng)、低鎘累積特性的高產(chǎn)量水稻品種。這種方法不僅有助于減少作物的重金屬含量，還能在保障產(chǎn)量的基礎(chǔ)上增強(qiáng)作物的安全性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

4.2 實(shí)施水肥綜合調(diào)控

在不同階段對(duì)水稻實(shí)施合理的水肥綜合管理策略十分必要，同時(shí)應(yīng)選擇更環(huán)保的農(nóng)業(yè)用品，包括優(yōu)先使用含重金屬量低的化學(xué)肥料、堿性肥料及有機(jī)肥，從而減少作物可食用部分中重金屬的吸收。面對(duì)酸性鎘污染的稻田土壤，農(nóng)民應(yīng)盡可能避免或減少含高酸性的肥料（或物質(zhì)）如過磷酸鈣、尿素的使用。

此外，在水稻生長的關(guān)鍵時(shí)期，農(nóng)民應(yīng)使用葉面施用的硅肥和其他微量元素肥料，有效減少作物對(duì)重金屬鎘的吸收和積累。

4.3 改良土壤環(huán)境

對(duì)酸性稻田土壤環(huán)境進(jìn)行改良的技術(shù)焦點(diǎn)在于平衡土壤pH值。借助石灰、有機(jī)肥料及土壤調(diào)理劑的應(yīng)用，能顯著提高土壤pH值，同時(shí)增加土壤中的有機(jī)物含量。這些措施有利于降低土壤中重金屬鎘的有效性及對(duì)作物的潛在威脅，有效限制作物對(duì)土壤重金屬的攝取。而實(shí)施深翻耕作、植物輪作，有助于增強(qiáng)土壤的環(huán)境負(fù)荷能力和抵御環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的能力。這些綜合措施旨在改善酸性稻田土壤環(huán)境，推動(dòng)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

5 結(jié)束語

針對(duì)酸性鎘污染稻田土壤的改良與安全利用是一項(xiàng)復(fù)雜而又至關(guān)重要的任務(wù)。選擇合適的改良與安全利用技術(shù)，不僅能有效減弱土壤中鎘的活性，降低其對(duì)稻米的轉(zhuǎn)移率，而且能恢復(fù)土壤的生態(tài)功能，保障糧食安全和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。在實(shí)施改良措施時(shí)，農(nóng)民應(yīng)遵循可行性、安全性和適宜性的原則，綜合考慮土壤條件、污染程度和經(jīng)濟(jì)效益等因素，選擇最適宜的技術(shù)路徑。此外，加強(qiáng)對(duì)酸性鎘污染稻田管理的研究，推廣有效的改良與安全利用技術(shù)，對(duì)保護(hù)環(huán)境、促進(jìn)農(nóng)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。未來，應(yīng)持續(xù)加強(qiáng)科技創(chuàng)新，為實(shí)現(xiàn)土壤資源的可持續(xù)利用提供堅(jiān)實(shí)保障。

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收稿日期：2024-04-25

基金項(xiàng)目：池州市優(yōu)悠家庭農(nóng)場(chǎng)農(nóng)用地安全利用項(xiàng)目（CZG42022452）。

作者簡(jiǎn)介：陳新友（1969—），男，安徽貴池人，高級(jí)農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和農(nóng)業(yè)環(huán)保研究。#通信作者：章飛翔（1993—），男，安徽銅陵人，工程師，主要從事土壤污染治理與修復(fù)工作，E-mail：1819757781@qq.com