重金屬鎘污染農田土壤修復改良劑的制備及應用

楊濤 李建國 魏林根

摘要：針對江西省重金屬鎘污染農田，制備了一種土壤修復改良劑，該土壤修復改良劑是將生物炭與肥料等按一定比例混合后形成的一種混合肥料。選擇早稻和晚稻為試材，設置了5個不同用量的土壤改良劑處理，同時以不施肥和常規施肥為對照，考察該土壤修復改良劑對降低鎘污染農田中稻米鎘含量有無作用。結果表明，隨著土壤修復改良劑用量的增加，稻米中鎘含量表現出降低趨勢，但產量與常規施肥對照無顯著差異。

關鍵詞：鎘污染;土壤修復改良劑;制備;應用研究

Abstract： A soil remediation improver was prepared for heavy metal cadmium from contaminated farmland in Jiangxi province. The soil remediation improver is a kind of mixed fertilizer formed by mixing biochar and fertilizer in a certain proportion. Taking early and late rice as materals， seven treatments， including five different soil remediation improver treatments and two control of no fertilizer? and conventional fertilization，were set up to test whether the soil remediation improver could reduce the cadmium content of rice seed in cadmium polluted farmland. The results showed that the Cd content in rice decreased with the increase of the amount of soil remediation improver，and the yield was no significant difference between soil remediation improver treatments and the conventional fertilization control.

Key words： cadmium pollution; soil remediation improver; preparation; application

隨著中國經濟的快速發展，農田土壤中的重金屬污染越來越嚴重，從而導致農田土壤質量退化、農作物產品品質下降，重金屬元素甚至通過食物鏈進入人體，進而嚴重危害人體健康[1]。根據原國家環境保護部及國土資源部聯合公布的全國土壤污染公報顯示，全國土壤總的污染點位超標率為16.1%，其中耕地土壤點位超標率高達19.4%，重金屬污染形勢非常嚴峻[2]。

目前，中國農田土壤重金屬污染主要應用的修復技術包括固定化/穩定化技術、玻璃化技術以及植物修復等技術[3]。其中，固定化/穩定化技術是向農田土壤中施用重金屬修復材料，通過改變土壤pH和重金屬元素在土壤中的化學形態和賦存狀態，增加吸附點位和促進重金屬離子與土壤其他組分包括修復材料的共沉淀等過程，使土壤重金屬生物有效態轉化為生物不可利用的形態，從而抑制重金屬在土壤中的遷移性和生物有效性，降低重金屬污染物對環境生物的毒性，達到修復重金屬污染土壤的目的。生物炭材料是一種新型土壤修復劑材料，具有疏松多孔的結構特點以及較大的比表面積，表面含氧官能團豐富，能吸附大量可交換性陽離子，是一種很好的重金屬吸附材料[4，5]。此外，由于中國農業生產效益較低，如果施用單一作用的重金屬修復材料很難發動農民積極投身到耕地重金屬污染修復治理中來，而且土壤肥力也得不到保證。從農業生產實踐的角度出發，最佳的土壤修復材料應該是既能夠保持土壤的生態功能，提供土壤的肥力，又能夠有效阻控重金屬等污染物進入食物鏈。因此，開發一種既能修復重金屬污染土壤，又能夠提高土壤肥力的修復改良劑，是實現農田土壤邊生產邊修復技術的關鍵所在[6，7]。本研究針對江西省農田重金屬污染土壤，嘗試以生物炭與水稻所需的肥料結合，按照不同比例制成土壤修復改良劑施入農田土壤，探討其對農田土壤修復的效果。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗設置在江西省宜春市上高縣某污染農田，土壤中鎘污染是當地農田土壤中的主要污染物之一。試驗開始之前，采集農田土壤樣品帶回實驗室進行分析測試，經室內自然風干，磨細過篩，存于密封袋備用。土樣測試結果顯示，農田土壤pH 5.28，有機質含量為34.4 g/kg，全氮含量為2.72 g/kg，速效磷含量為43 mg/kg，速效鉀含量為151 mg/kg，陽離子交換量為10.6 cmol/kg，全鎘含量為0.35 mg/kg，有效態鎘含量為0.21 mg/kg。

1.2 供試材料

供試作物有早稻醴兩優422、晚稻萬象優華占，均采購自附近農資市場。

所用土壤修復改良劑是將生物炭與肥料按相應比例混合后形成的一種混合肥料，既可以很好地保持土壤肥力，提升作物產量，實現土地的碳元素平衡，同時又可以起到降低作物鎘含量富集的作用[8，9]。該土壤改良劑為固體顆粒，自制，其配比為N∶P2O5∶K2O∶C=12∶6∶11∶36。將尿素、過磷酸鈣、氯化鉀分別研磨、過篩，再與生物炭（本試驗所用生物炭采用谷殼炭）按比例混合，加水攪拌后得到混合物料，將混合物料造粒成型并烘干后即得到試驗所用的重金屬鎘污染土壤修復改良劑，造粒過程中控制粒徑為3～5 mm。

1.3 試驗設計

試驗時間為2018年4—10月。試驗設7個處理，包括不添加土壤修復改良劑的CK1（不施肥）、CK2（常規施肥）2個對照及T1、T2、T3、T4、T5共5個土壤修復改良劑+生石灰處理，其中土壤修復改良劑用量分別為0.15、0.38、0.75、1.13、1.50 kg/m2，生石灰用量均為0.075 kg/m2。每個處理設置3次重復，隨機區組排列，設置21個試驗小區，小區面積30 m2（5 m×6 m）。小區田埂用防滲聚乙烯塑料薄膜包裹，防止生育期內串水。田埂寬0.3 m，高出地面0.2 m。除各處理方式外，其余灌溉、病蟲害防治、田間管理等農藝措施均保持一致。

本試驗于2018年4月開始施底肥和鈍化材料，采用人工撒施的方式均勻施入，然后翻耕、平整土地。在未受污染的秧田進行育秧，育好秧后移栽到試驗小區。灌溉、病蟲害防治、田間管理等農藝措施按照當地水稻高產優質栽培措施進行[10]。試驗于7月收割早稻，然后翻耕土地，于8月種植晚稻，10月收獲晚稻。

1.4 樣品分析

分別收獲各試驗小區植株，每個小區收獲6株，帶回實驗室處理，稻米去殼，采用硝酸消解法測定糙米中Cd含量。水稻產量測定為分別收獲各試驗小區水稻，自然風干，稱重。

2 結果與分析

2.1 土壤修復改良劑對早稻產量和稻米全鎘含量的影響

由表1可知，T1處理的早稻產量最高，小區平均產量為17.26 kg，折合產量為5 753 kg/hm2，顯著高于CK1、T2和T3（P<0.05），但施用土壤修復改良劑的各處理與CK2間無顯著差異;施加了土壤修復改良劑的5個處理早稻糙米中全鎘含量為0.18～0.20 mg/kg，均未超過《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中規定的0.2 mg/kg，且隨著土壤修復改良劑用量的增加，稻米中全鎘含量表現出降低的趨勢。

2.2 土壤修復改良劑對晚稻產量和稻米全鎘含量的影響

由表2可知，T3和T5處理的晚稻產量最高，小區產量均為19.13 kg，折合產量為6 377 kg/hm2，顯著高于CK1和T2（P<0.05），但施用土壤修復改良劑的各處理與CK2間無顯著差異;施加了土壤修復改良劑的5個處理的晚稻糙米全鎘含量為0.17～0.20 mg/kg，均未超過《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中規定的0.2 mg/kg，且隨著土壤修復改良劑用量的增加，稻米中全鎘含量表現出降低的趨勢。

3 小結與討論

本試驗結果顯示，T1處理的早稻產量最高，顯著高于不施肥對照（CK1）、T2、T3處理;T3、T5處理的晚稻產量最高，顯著高于不施肥對照（CK1）、T2處理，但施用土壤修復改良劑的各處理均與常規施肥對照（CK2）無顯著差異，說明施用該土壤修復改良劑對水稻產量影響不大。此外，施用土壤修復改良劑配施生石灰后早稻和晚稻稻米中鎘含量均未超過《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）標準，且隨著施用土壤修復改良劑用量的增加，稻米中鎘含量表現出降低的趨勢。由此可見，施用該土壤修復改良劑對降低稻米中鎘含量有一定的作用。

參考文獻：

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