江華縣重金屬鎘污染農田控制技術初探

吳唐福，王相琴，李昌文，陳召宇

（江華瑤族自治縣農業(yè)農村局，湖南江華425500）

全球經濟迅猛發(fā)展，工業(yè)化和現(xiàn)代化進程不斷加快，隨之而來的是農田受到大量重金屬元素的污染，土壤質量呈持續(xù)下降趨勢，農產品的產量和質量受到嚴重影響。作為土壤污染的主要類型之一，重金屬污染對農田危害性最為嚴重，土壤系統(tǒng)中的大量重金屬通過食物鏈在人體內蓄積，達到有害水平最終危害人體健康［1］。2015年按照湖南省農業(yè)資源與環(huán)境保護管理站統(tǒng)一部署，江華瑤族自治縣相關部門在橋頭鋪鎮(zhèn)下蔣村開展重金屬鎘污染稻田“低鎘品種+優(yōu)化水分管理+施用生石灰”（VIP）及“低鎘品種+優(yōu)化水分管理+施用生石灰+土壤鈍化劑/葉面阻隔劑”（VIP+n）控鎘技術體系的試點工作，旨在探索江華瑤族自治縣耕地土壤及稻米重金屬污染規(guī)律，組裝集成對應的修復治理技術模式，以進一步驗證和完善VIP、VIP+n技術體系，探索符合江華當?shù)貙嶋H的技術體系。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

江華地處湖南省最南端，瀟水源頭，湘、粵、桂三省（區(qū)）結合部，年平均日照時數(shù)1758 h，無霜期308 d，年平均氣溫18.0～18.5℃，年降水量1510 mm，具有氣候溫和、雨量充沛、冬寒期短、夏無酷暑、無霜期長、濕度大的氣候特點。主要作物有水稻、玉米、煙草、紅薯等。

1.2 試驗地點與材料

試驗地點位于江華縣橋頭鋪鎮(zhèn)下蔣村17組（25.2877°N，111.5172°E）。試驗田面積 1500 m2，肥力水平、污染程度一致，距主要交通干道在150 m以上，灌溉水源為涔天河水庫渠道水。試驗田土壤為第四紀紅土、板頁巖發(fā)育的潴育性水稻土，pH 5.0，全鎘含量0.615 mg/kg，高于《土壤環(huán)境質量標準》二級標準值（0.30 mg/kg），屬重度污染農田。

供試早稻品種：低鎘品種株兩優(yōu)819、株兩優(yōu)189，當?shù)刂髟云贩N株兩優(yōu)08；供試晚稻品種：低鎘品種金優(yōu)59、湘晚秈12號，當?shù)刂髟云贩N五優(yōu)103。

供試化肥為尿素（含N 46%）和45%復合肥（15-15-15）。基肥在拋秧前施下，追肥在移栽返青后施用。

供試原料：本地產生石灰、湖南永州種業(yè)有限公司提供的土壤鈍化劑和葉面阻控劑。

1.3 試驗設計

共設10個處理，具體方案如表1。每處理3次重復，隨機區(qū)組排列，共30個小區(qū)。小區(qū)面積30 m2，各小區(qū)間作埂，留走道和灌排水溝。田埂高度30 cm，用農膜覆蓋，確保每個小區(qū)單排單灌。

表1 試驗設計

1.4 試驗方法

早稻于4月3～4日播種，4月17日整地前采集土壤樣品，5月1日耕田，5月5日耙田后施基肥并移栽早稻，6月9日撒施石灰，6月15日防治病蟲害，7月14～22日采集土壤樣品和稻谷樣品，并收割。

晚稻于6月22日播種，7月29～30日人工整理試驗小區(qū)、施試驗專用肥后移栽。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)計算與分析用DPS統(tǒng)計軟件進行。

2 結果與分析

由于稻米鉛和砷含量相差不大，本文主要分析降鎘技術對稻米鎘含量的影響（表2、表3）。方差分析表明，橋頭鋪鎮(zhèn)下蔣村小區(qū)試驗土壤的有效態(tài)鎘（早、晚稻）差異不顯著，說明試驗田背景值符合試驗要求。

表2 稻田重金屬污染VIP技術修復治理試點稻米重金屬含量檢測結果

表3 稻田重金屬污染VIP技術修復治理的土壤與稻米鎘含量分析結果

早稻稻米鎘含量 V、P、VP、IP、VIP、V+n1、VIP+n1、VIP+n2等8個處理之間差異不顯著；V、V+n1、VIP+n1等3個處理與對照和I處理之間存在顯著差異。

晚稻稻米鎘含量 V、I、P、VP、VIP、V+n1、VIP+n1、VIP+n2等8個處理之間差異不顯著；V、VP、VIP、V+n1、VIP+n1、VIP+n2等 7個處理與對照和IP處理之間存在差異顯著。

2.1 V處理

早、晚稻該處理與對照降低稻米鎘含量均在80%以上，參考土壤背景值低于20%，加權計算仍可達60%。

2.2 I處理

早稻稻米鎘含量與對照的差別不大，但晚稻比對照稻米鎘含量降低37.1%。這可能與早稻期間當?shù)亟涤炅俊⒔涤耆斩嘤嘘P，即田塊大部分時間處于濕潤狀態(tài)，優(yōu)化灌溉水管理措施的效果體現(xiàn)不出來；而晚稻期間降水較少，通過優(yōu)化灌溉水管理，有一定效果，但效果還不太明顯。

2.3 P處理

早稻的稻米鎘含量比對照降低50%，晚稻稻米鎘含量降低70%，說明施生石灰對降低稻米鎘含量有一定效果。

2.4 VP處理

與對照相比，早稻稻米鎘含量降低30%，晚稻稻米鎘含量降低60%，說明施生石灰對降低稻米鎘含量也有一定效果，但并沒形成V+P的疊加效應。

2.5 IP處理

早、晚稻與對照比降低稻米鎘含量都在20%以內，這與該處理背景值可能有一定關系（比對照高11.8%）。

2.6 VIP處理

與對照比，早稻稻米鎘含量降低近60%，晚稻稻米鎘含量降低80%以上，說明采用低鎘品種+優(yōu)化水分管理+施用生石灰這個技術組合降鎘效果好，且晚稻比早稻的效果更好，表明灌溉水處理的疊加效應體現(xiàn)出來了。

2.7 V+n1處理

早稻和晚稻稻米鎘含量分別較對照降低87.7%、69.7%，參考土壤背景值低近20%，加權計算仍可達50%左右。

2.8 VIP+n1處理

早稻和晚稻稻米鎘含量分別降低82.4%、78.7%，說明采用低鎘品種+優(yōu)化水分管理+施用生石灰+土壤鈍化劑技術組合能明顯降低稻米鎘含量。土壤鈍化劑價格較昂貴，且其疊加效應并不十分明顯，致使這一技術組合在推廣上有一定難度。

2.9 VIP+n2處理

該處理下早稻和晚稻稻米鎘含量分別降低39.2%、64.7%，效果不及VIP處理，表明施用葉面阻控劑效果不如施用土壤鈍化劑。盡管葉面阻控劑成本比土壤鈍化劑低，但其對降低稻米鎘含量作用還有待進一步探討。

3 小結與討論

本試驗采用10種鎘控制技術來探討江華縣耕地重金屬鎘污染的控制情況，結果表明：采用低鎘品種可以降低稻米鎘含量，成本較低，但適合本地種植的低鎘水稻品種產量不高，米質也不太好；采用VIP（低鎘品種+優(yōu)化水分管理+施用生石灰）技術、VIP+n（低鎘品種+優(yōu)化水分管理+施用生石灰+土壤鈍化劑/葉面阻隔劑）技術可以明顯降低稻米鎘含量50%～80%，達到國家稻米食用標準，表明VIP技術及VIP+n技術可以在江華瑤族自治縣土壤鎘含量0.3 mg/kg以上，pH值6.5以下的鎘污染農田上推廣應用。

湖南是水稻種植大省，但越來越多的耕地受到重金屬鎘的污染，因此，降低鎘在水稻中的含量成為亟待解決的問題。唐金花等研究出的“種植低鎘水稻品種+優(yōu)化水分管理+撒施石灰修復技術”組合能夠降低重金屬污染農田稻米鎘含量，并在湘潭縣進行推廣［11］。土壤重金屬污染的主要特點為范圍廣、持續(xù)時間長、降解困難，且隨著食物鏈逐漸富集到生物體內［13］。目前，應用成熟的土壤鎘污染修復方式主要有鈍化劑原位修復、原位淋洗修復、植物修復、微生物修復、電動修復［10］。隨著生態(tài)環(huán)境惡化加劇，傳統(tǒng)的物理、化學修復方法的缺點越來越明顯，因此植物修復、微生物修復、電動修復技術的優(yōu)點就逐漸顯現(xiàn)出來，利用生物工程及轉基因技術篩選出優(yōu)良品種也不失為一種方法。