納米礦物基土壤調理劑對水稻的降鎘效果

摘要：將納米礦物基土壤調理劑應用于湖南省株洲市鎘污染稻田進行修復效果驗證。結果表明：施用礦物基土壤調理劑對水稻產量無顯著影響，但可顯著降低稻米中的鎘含量，并在一定程度上減少土壤有效態鎘含量。施用該土壤調理劑100～300kg，土壤有效態鎘含量下降18.52%～31.48%，稻米鎘含量則下降19.23%～38.46%，降鎘效果隨其施用量的增加而增強。

關鍵詞：納米礦物基土壤調理劑；鎘污染；水稻

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）03-0045-04

土壤是生態環境的重要組成部分，也是人類賴以生存的主要資源之一。近年來，隨著工業“三廢”和農田活動自身的影響，包括重金屬在內的越來越多的污染物進入土壤中，我國農用土壤重金屬污染問題已日趨嚴重。隨著2014年《全國土壤污染狀況調查公報》的公布，土壤污染問題逐漸浮出水面，引起了越來越多的關注。根據公報顯示，全國土壤總超標率為16.1%，耕地污染超標率為19.4%，總金屬鎘超標率為7.0%。湖南省作為重金屬污染重災區，被劃為土壤重金屬治理示范省，其中包括農田重金屬污染修復治理示范工程。2016年發布的《土壤污染防治行動計劃》進一步明確了農田污染修復治理的重要性和必要性。如何安全有效地修復重金屬污染農田、保障人民身體健康，成為了—個亟須解決的技術難題。

近年來關于各種土壤重金屬污染修復技術的研究越來越多，其中，原位鈍化修復技術由于成本低、操作簡單易行、環境友好、修復效率高，對于中輕度濃度污染土壤的修復具有較好的應用前景，已經成為研究的熱點，而其修復關鍵在于尋找適宜的修復材料。現行土壤修復材料大多存在修復周期長、效果不明顯、成本高和二次污染等問題，只是簡單降低了重金屬的有效形態，在土壤酸堿度、有機質含量、水分、溫度等環境因子作用下，長期效果不理想。尋找一種高效能、低成本、長時間能對重金屬離子有效固定或轉化，且不帶來二次污染的修復材料，已成為土壤修復行業共同關心的核心課題，也是制約行業發展、影響國家環境和農業大局、關系到國計民生的關鍵一環。大量研究和應用表明，粘土礦物類土壤調理劑在農業領域中的土壤改良，農用肥料等方面都發揮了重要作用，具有其他修復材料無可比擬的特點和優勢。筆者采用湖南隆洲馳宇科技有限公司研制、由通化海匯龍洲化工有限公司生產的一種用于農田重金屬修復的納米礦物基土壤調理劑做試驗，施用后對水稻降鎘效果進行研究，為促進土壤修復行業可持續發展提供新思路。

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1試驗土壤 株洲市株洲縣南洲鎮境內地勢中間稍高，南北兩端略低，高崗遍布，丘、田、垅相間，湘江沿岸多小塊平原，屬于中亞熱帶季風濕潤氣候。域內氣候宜人，光熱充足，適宜于多種動植物的生長。降雨多集中于春夏兩季，4～6月為多雨季節。常年降雨量1300～1400 mm。境內地帶性土壤為中壤，地力水平5級。試驗土壤板頁巖巖發育而成水稻土類，試驗前進行土壤分析，有機質、速效鉀、全氮、有效磷、堿解氮、pH值、土壤全鎘和土壤有效態鎘的分析結果分別為33.99g/kg、86.80mg/kg、1.93/kg、21.96mg/kg、163.15 mg/kg、5.26、1.26 mg/kg和0.19 mg/kg。前茬作物為早稻，施加尿素30.2 kg/667Ⅱ12，過磷酸鈣32.7kg/667m²，硫酸鉀25.5 kg/667m²。

1.1.2試驗肥料 納米礦物基土壤調理劑產品由湖南隆洲馳宇科技有限公司研制、通化海匯龍洲化工有限公司生產，主要指標如下：SiO₂（枸溶）≥25%，CaO≥40%，K₂O（可溶）≥3%；pH值≥12；有害物限量：鉛≤50mg/kg，砷≤10mg/kg，鎘≤10mg/kg，鉻≤50mgg，汞≤5 mg/kg，粉劑。

1.1.3試驗作物 選用水稻品種H優159，作為試驗作物。

1.2試驗方法

1.2.1試驗設置 試驗設置4個處理，分別為處理1（CK）：常規施肥，即尿素23.9 kg/667m²、過磷酸鈣32.5 kg/667m²、硫酸鉀20.6 kg/667m²作底肥，栽種后7 d用過磷酸鈣5.4 kg/667m²、硫酸鉀5.2 kg/667m²作追肥；處理2（LZ100）：常規施肥+土壤調理劑100kg/667m²；處理3（LZ200）：常規施肥解+土壤調理劑200kg/667m²；處理4（LZ300）：常規施肥+土壤調理劑300 kg/667m²。3次重復，隨機區組排列。小區長8.0 m，寬3.5 m，面積28m²。栽培規格為15cm×30 cm，每小區栽622株，折合1.48萬株/667m²。試驗田周圍留3 m以上的保護行，小區間作寬20cm的隔離埂，重復間作雙埂，埂高20 cm。用塑料膜鋪埂至20 cm以下，各小區單灌單排，避免串灌串排。選擇同一苗床同等級的秧苗移栽，每小區移栽株數相同。各處理除修復劑使用量不同外，水、肥及病蟲害等農事操作相同。

1.2.2施用時間及方法 納米礦物基土壤調理劑在水稻移栽前7 d結合小區翻耕均勻撒施。處理內容以外的栽培管理措施按大田面積生產實施，并控制一致。水稻于6月24日播種，實行常規濕潤育秧，7月20日施足底肥，并于當天移栽，10月14日收割，收割時每小區單收單曬單計產量。根據小區面積計算，處理1使用尿素1.0kg、過磷酸鈣1.4kg、硫酸鉀0.9kg作底肥，栽種后7 d用過磷酸鈣0.23 kg、硫酸鉀0.22kg作追肥；處理2、3和4分別在翻耕時一次性均勻撒施土壤調理劑4.2、8.4和12.6 kg。

1.2.3病蟲害防治 移栽前用三環唑浸秧，8月6日用福戈防治水稻螟蟲，9月4日用三環唑防治穗頸瘟，用康寬防治水稻螟蟲，用井岡霉素防治紋枯病和稻曲病。

2結果與分析

2.1土壤調理劑對水稻生物學}生狀的影響

試驗中，各處理由表1可知，施用礦物基土壤調理劑對水稻株高、穗長、有效穗、著粒數、實粒數的影響并未達顯著水平，各處理間沒有顯著差異。由表2可知，通過方差分析和F檢驗，F值0.05使用礦物基土壤調理劑對水稻產量并無顯著影響，各處理間也沒有顯著差異。

2.2礦物基土壤調理劑對水稻米鎘含量的影響

礦物基土壤調理劑具有較高含量的枸溶性硅，能有效的與Cd²⁺結合，形成不易被植物吸收的硅酸化合物沉淀，降低其水溶態濃度和生物可利用性，從而降低稻米中的鎘含量。測定成熟期水稻稻米鎘含量結果表明（見表3）：對照處理的稻米鎘平均含量0.26mg/kg，稻米中的鎘含量超標，未達到GB 2762—2012食品安全國家標準。施用礦物基土壤調理劑100、200和300kg/667m²的稻米鎘含量分別為0.21、0.17和0.16 mg/kg，分別比對照降低了19.23%、34.61%、38.46%，且達到GB 2762—2012食品安全國家標準。

通過方差分析和F檢驗可知，處理間F值>F_0.01，并采用PLSD法進行多重比較，當dfe=6時，t_0.05=2.447t_0.01=3.707，同時計算可得Sx=0.0152，則：

PLSD_0.05=0.0152×2.447=0.037

PLSD_0.01=0.0152×3.707=0.056

對處理間平均值進行多重比較，結果都表明施用礦物基土壤調理劑對稻米中的鎘降幅效果極其顯著，且隨著礦物基土壤調理劑的用量增加而增加。

2.3礦物基土壤調理劑對土壤有效態鎘的影響

礦物基土壤調理劑結合了重金屬吸附、離子交換、pH鈍化、微生物載體等原位化學鈍化技術為一體，對重金屬離子吸附能力強，且存在可交換性的Na⁺、K⁺，基于Na⁺、K⁺取代的水化C-S-H具有很高的陽離子交換容量，可以將Cd²⁺穩定固化在其晶格內部。此外，活性硅鋁酸含量高，可以與Cd發生化學反應，易形成溶解度較小的硅酸化合物沉淀，實現Cd的固化/鈍化，從而降低土壤中有效態鎘含量。測定土壤有效態鎘含量結果表明（見表4）：對照的土壤有效態鎘含量為0.18 mg/kg，施用礦物基土壤調理劑100、200和300 kg/667m²的土壤有效態鎘含量分別為0.15、0.14和0.12 mg/kg，分別比對照降低了18.52%、24.07%和31.48%。

2.4投入產出效益分析

3結論

施用礦物基土壤調理劑對水稻產量無顯著影響，但可顯著降低稻米中的鎘含量和土壤有效態鎘含量。施用該土壤調理劑100～300 kg/667m²，土壤有效態鎘含量下降18.52%～31.48%，稻米鎘含量則下降19.23%～38.46%，產品降低稻米鎘含量和土壤有效態鎘含量的效果隨其施用量的增加而增強。由此可見，湖南隆洲馳宇科技有限公司研制、通化海匯龍洲化工有限公司生產的納米礦物基土壤調理劑能顯著降低稻米鎘含量和土壤有效態鎘含量，施用納米礦物基土壤調理劑后可以顯著降低土壤有效態鎘和稻米鎘含量，生產出安全健康大米。