不同治理措施在文山受污染稻田的應(yīng)用效果

胡興鋼，宋瑞瑚，李曉梅，劉潤梅

（文山州農(nóng)業(yè)環(huán)境保護與農(nóng)村能源管理站，云南文山 663099）

引言

土壤是人類賴以生存的主要資源之一，土壤的質(zhì)量在一定程度上決定了農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，農(nóng)田土壤污染會直接導(dǎo)致糧食的減產(chǎn)和間接通過食物鏈的生物放大效應(yīng)威脅人們的身體健康。重金屬是指比重＞5的金屬，在環(huán)境污染方面主要有汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等具生物毒性的重元素。重金屬于大氣、水體、土壤環(huán)境中普遍存在，并在3種環(huán)境間相互遷移[1]。土壤中的重金屬污染具有不可逆性、長期性、隱蔽性、易富集性和毒性強等特點[2]，目前某些地方重金屬已經(jīng)對土壤造成了非常大的影響。水稻作為我國的主要糧食作物，重金屬在其稻米中的富集對人類健康存在潛在威脅。自20世紀以來，我國稻米重金屬超標(biāo)問題日益嚴重。2014年全國土壤污染調(diào)查公報顯示，重金屬鎘、汞、鉛、鉻、鋅的點位超標(biāo)率分別為7.0%、1.6%、1.5%、1.6%、1.1%，耕地土壤點位超標(biāo)率為19.4%[3]，林承奇等[4]的研究結(jié)果表明閩西南地區(qū)稻米Cd、Ni、Cu含量超標(biāo)率分別為8.9%、4.4%和2.2%。

通過采取不同的治理措施對重金屬污染的稻田進行修復(fù)，降低土壤中重金屬污染物向水稻中的遷移，從而得到安全、可食用的稻米。降低重金屬對稻田及水稻污染的治理措施有如下幾種：施加土壤調(diào)理劑，通過對土壤重金屬進行固定和鈍化，以降低重金屬活性，減少重金屬向作物的遷移量；采用農(nóng)藝措施治理，合理施肥，可以有效減輕土壤中重金屬的含量，降低重金屬的危害，提高作物產(chǎn)量，改善產(chǎn)品品質(zhì)[5]。丁凌云等[6]通過采用石灰、過磷酸鈣和有機物等改良劑對水稻產(chǎn)量和重金屬吸收進行研究，發(fā)現(xiàn)石灰+過磷酸鈣（0.4kg/m2）能夠顯著降低水稻中的重金屬含量。劉登彪等[7]通過設(shè)置不同葉面阻控劑濃度，探究了其對土壤和稻米鎘含量的影響。本研究根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品協(xié)同監(jiān)測結(jié)果，篩選出樣品超標(biāo)的輕中度污染耕地，分別選用石灰調(diào)節(jié)、葉面調(diào)控、優(yōu)化施肥、土壤調(diào)理劑等安全利用措施技術(shù)，開展輕中度污染耕地安全利用技術(shù)試驗，為全州輕中度污染耕地安全利用提供技術(shù)支撐，為推進受污染耕地安全利用工作奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2021年2—12月在文山市某地，地勢平坦，土壤肥力均勻，試驗地面積為390.05畝。根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量類別劃分結(jié)果，本試驗地塊屬安全利用類。

選擇的水稻品種為科豐182和中浙優(yōu)10號。葉面調(diào)控劑由江蘇天象生物科技有限公司提供、優(yōu)化施肥的肥料為江蘇天象生物科技有限公司生產(chǎn)的“威力特”、土壤調(diào)理劑為江蘇天象生物科技有限公司提供的“天象1號”（降鎘型）。

1.2 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計5個處理：CK為對照試驗（常規(guī)施肥），A為常規(guī)種植+石灰（石灰100kg/畝），B為常規(guī)種植+葉面調(diào)控（葉面阻控劑225g/畝），C為常規(guī)種植+優(yōu)化施肥（復(fù)合微生物菌肥25kg/畝），D為常規(guī)種植+土壤調(diào)理劑（土壤調(diào)理劑250kg/畝）。每個處理設(shè)3次重復(fù)，共計設(shè)30個小區(qū)，每個小區(qū)面積30㎡。每個小區(qū)之間至少留0.5m的保護區(qū)，整個試驗區(qū)四邊各預(yù)留0.5m以上保護行。水稻采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培，單行條栽，株行距為20cm*26cm，每穴1-2株，栽種密度為19.2萬穴/hm2。

1.3 施肥處理

表1 試驗處理

1.4 樣品采集與處理

1.4.1 土壤樣品的采集

試驗田整平后灌水施肥插秧前，在整個試驗區(qū)采集1個基礎(chǔ)土樣送檢。收獲后在每個處理小區(qū)采集1個樣品送檢。每個采集點要求用梅花5點法采集表層0-20cm混合土樣。每一點采取的土樣厚度、深淺、寬窄大體一致，各點差異不能大，土樣混合后留樣總量不少于3kg。土樣風(fēng)干后分別用干凈塑料袋密封保存，標(biāo)簽牌編號與田間品種吊牌一致，測定土壤重金屬Cd、Cr、As、Pb、Hg全量，重金屬有效態(tài)Cd、Pb含量，pH值等。

1.4.2 水稻樣品采集與處理

水稻樣品與對應(yīng)點位土壤樣品同步采集。在90%谷粒變黃時，分品種分小區(qū)收獲，成熟一個品種收獲一個，避開小區(qū)兩端邊株，采集每個土壤樣品分樣點最近的整株稻穗（梅花5點法取樣），去雜后單獨裝網(wǎng)袋。每一點采取的稻穗大體一致，各點差異不能大，樣品混合后總量不少于2kg（按稻谷干重樣計），數(shù)量不夠時增加取樣稻穗數(shù)。標(biāo)簽牌編號與田間品種吊牌一致，檢測糙米重金屬Cd、Cr、As、Pb、Hg含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行分析整理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理措施對土壤重金屬的影響

不同的施肥措施會對土壤中的重金屬元素產(chǎn)生影響，由表2可知，不同的施肥處理均能降低土壤中Hg、Cd、Cr、As、Pb的含量。其中土壤中的鎘和砷超過了土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（GB 15618—2018），其余的汞、鉻、鉛均未超過土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

表2 不同處理措施對土壤重金屬的影響

在本研究中，不同處理措施對減少土壤中的鎘和砷含量的影響均呈現(xiàn)土壤調(diào)理劑（D）＞優(yōu)化施肥（C）＞石灰（A）＞常規(guī)種植（CK）＞葉面調(diào)控（B）。其中，葉面調(diào)控劑對土壤重金屬含量無太大影響。種植科豐182的土壤中不同施肥措施的Cd含量呈現(xiàn)出差異，其中A和B與CK、C和D與CK呈現(xiàn)出顯著的差異性；C、D與CK在As的含量上呈現(xiàn)出顯著的差異性。種植中浙優(yōu)10號的土壤中不同處理措施的Cd含量均與CK呈顯著性差異，B、C、D的As的含量均與CK無顯著的差異性。

2.2 不同處理措施對水稻籽粒重金屬的影響

如表3所示，不同處理措施對水稻籽粒的Hg、Cd、Cr、As有不同程度的影響。在施用石灰、葉面調(diào)控劑、土壤調(diào)理劑后，水稻籽粒中的重金屬均有一定程度的下降，其中在施用土壤調(diào)理劑后，水稻籽粒中重金屬含量下降最明顯，呈現(xiàn)出土壤調(diào)理劑（D）＞葉面調(diào)控（B）＞優(yōu)化施肥（C）＞石灰（A）＞常規(guī)種植（CK）的趨勢。

表3 不同處理措施對水稻籽粒重金屬的影響

在本研究中，Hg的含量在土壤中不超標(biāo)，但在水稻籽粒中超標(biāo)，施加葉面調(diào)控劑和土壤調(diào)理劑后能夠顯著降低水稻籽粒中的汞含量。土壤中鎘含量超標(biāo)，以常規(guī)種植的方式進行種植，無論是科豐182還是中浙優(yōu)10號，其籽粒中的Cd的含量都超標(biāo)，通過不同處理措施進行處理后，科豐182籽粒中的Cd含量明顯下降，大部分水稻都已滿足食品限量標(biāo)準(zhǔn)。通過對比兩種不同品種的水稻可以看出，中浙優(yōu)10號對Hg、As有低累積效應(yīng)，而科豐182在Cd、Cr污染的土壤中種植效果更好。

3 討論

本研究是在中輕度污染的土壤中采用施加石灰、土壤調(diào)理劑、優(yōu)化施肥、葉面阻控4項措施以及兩種水稻品種，通過大田試驗來探究其對土壤和稻米中重金屬的降低效果。結(jié)果表明各項措施均能降低土壤中重金屬的含量，使稻米中的重金屬含量低于GB2762—2017限量，滿足耕地安全利用的目的。

大量研究表明，在受重金屬污染的農(nóng)田上施用石灰、土壤調(diào)理劑等能有效降低土壤中的重金屬含量。施加石灰和土壤調(diào)理劑能改變土壤pH值、陽離子交換量，從而直接影響重金屬離子的生物化學(xué)行為。李鵬等[8]研究發(fā)現(xiàn)，沉積物中的重金屬Cu和Zn的釋放量隨pH值的增加而顯著降低；徐明崗等[9]通過比較Cu、Zn、Cd、Pb、Co、Ni等6中典型重金屬在不同pH值下的解吸，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其解吸比例隨pH值升高而降低；陳誠等[10]研究發(fā)現(xiàn)，施用土壤調(diào)理劑能顯著降低稻米中的Cd含量，并且能夠提高土壤pH值，從而降低土壤有效Cd含量，降低土壤Cd活性。在本研究中，施用石灰和土壤調(diào)理劑后能明顯降低土壤和稻米中Cd和As的含量。這也印證了以往的研究結(jié)果。

噴施葉面阻控劑能夠顯著降低稻米中的重金屬含量。李伯平[11]通過噴施葉面阻控劑，可以使鎘停留在植物根、莖基部，阻止其向稻米中傳送，噴施后稻米和稻草中重金屬鎘含量分別比對照降低了41.5%和25.3%；劉登彪等[12]通過設(shè)置不同葉面阻控劑，探究其對土壤pH值、全鎘、有效態(tài)鎘，以及對稻米中鎘含量的影響。研究結(jié)果表明：各處理的葉面阻控劑處理對稻米中鎘含量均有不同程度的降低。本研究表明：噴施葉面阻控劑雖對土壤中重金屬含量沒有太大影響，但其能明顯降低稻米中的重金屬含量。

施肥方式的不同對土壤中重金屬的含量產(chǎn)生影響，化肥和有機肥中除含有作物必須的養(yǎng)分外，還含有一定量的重金屬元素，長期單一施用化肥會導(dǎo)致土壤中重金屬含量升高[13]，尤其是施用磷肥會對土壤重金屬累積產(chǎn)生影響[14]。優(yōu)化施肥能夠有效降低土壤中重金屬的含量，施用配方肥整體上可以降低土壤重金屬污染風(fēng)險[15]。在本研究中，采用優(yōu)化施肥能夠有效降低土壤中重金屬的含量。

水稻的品種對稻米中重金屬的積累量也具有顯著影響[16]。不同水稻品種在不同器官之間對重金屬的富集能力也不相同。仲維功等[17]通過在土壤中添加重金屬，研究了43個不同類型的水稻品種對重金屬的吸收規(guī)律，發(fā)現(xiàn)不同水稻對重金屬的累計能力具有顯著的差異。本研究結(jié)果表明：中浙優(yōu)10號對Hg、As有低累積效應(yīng)，而科豐182在Cd、Cr污染的土壤中種植效果更好。

4 結(jié)束語

在Cd和As超標(biāo)的污染農(nóng)田中，種植水稻后分別采用石灰、葉面阻控、優(yōu)化施肥、土壤調(diào)理劑四種措施配用結(jié)果如下。

（1）除葉面阻控外，其余三種措施均使得污染農(nóng)田上的土壤Cd和As含量下降；

（2）四種處理措施均能降低稻米中的重金屬含量，呈現(xiàn)出土壤調(diào)理劑（D）＞葉面調(diào)控（B）＞優(yōu)化施肥（C）＞石灰（A）＞常規(guī)種植（CK）的趨勢；

（3）通過對比兩種不同品種的水稻可以看出，砷污染的土壤中更適合種植中浙優(yōu)10號，而在Cd污染的土壤中更適合種植科豐182。