不同治理措施在紹興受鎘污染水稻田的應用效果

徐嘉禮， 羅春暉， 吳海波， 姜坤*， 鄭彬

(1.浙江益壤環保科技有限公司，浙江 紹興 312000； 2.紹興文理學院，浙江 紹興 312000)

土壤重金屬污染嚴重威脅土壤質量安全，是世界各國面臨的重要挑戰[1]。伴隨著城市化和工業化進程的快速發展，我國土壤重金屬污染問題較為突出，特別是農田土壤污染[2]。原環境保護部于2005—2013年開展了全國土壤污染狀況調查，并在2014年《全國土壤污染狀況調查公報》中公布結果，全國土壤污染總超標率為 16.1%，環境狀況總體不容樂觀，污染物主要以Cd、Ni、Cu、As等無機污染物為主，其中Cd超標率高達7%[3]。Cd是一種毒性較高的金屬，在土壤中有較強的遷移性，容易被動物、植物和微生物吸收與累積，并可通過食物鏈轉移到人體內，長期攝取會對人體健康產生致命危害[4]。在日本等國家，曾經因為人們長期食用“鎘米”和飲用含Cd的水而患“痛痛病”[5]。土壤中Cd的有效性會隨著土壤酸化程度的加深而增強，加劇Cd在水稻中的遷移與累積，造成稻米Cd含量超標[6-7]。因此，南方酸性土水稻種植區土壤Cd污染問題更為突出。浙江省酸性土壤約占全省土壤總面積的50%以上[8]，局部地區土壤存在Cd污染，各地土壤中Cd含量相差大，來源復雜[9]。朱有為等[10]調查研究發現，浙江省40個縣 (市、區) 主要優勢農產品產區土壤和農作物的Cd含量存在一定程度超標，土壤超標率為10.69%，農作物超標率為4.57%，地區超標率從大到小依次是浙中、浙北、浙南，但整體無嚴重污染區域。浙江省人口眾多，城鎮化水平高，中小企業數量多，是我國經濟發達省份，土壤安全和治理是不可忽視的問題。

針對土壤環境質量問題，國家在2016年印發的《土壤污染防治行動計劃》中提出要求，到2020年，輕中度污染耕地實現安全利用的面積達到266.667萬hm2，受污染耕地安全利用率達到90%左右，到2030年，受污染耕地安全利用率達到95%以上[11]。為此，浙江省印發《浙江省土壤污染防治工作方案》，要求到2020年，受污染耕地安全利用率達到91%左右，到2030年，受污染耕地安全利用率達到95%左右，土壤環境質量穩中向好[12]。為科學規范推進輕中度污染耕地安全利用與治理修復，農業農村部推出了《輕中度污染耕地安全利用與治理修復推薦技術名錄(2019年版)》，總結推薦了農藝調控類、土壤改良類、生物類、綜合類等技術措施。本文將選用優化施肥、品種調整、葉面調控3種農藝調控類及土壤改良類中的原位鈍化修復措施，通過開展大田試驗，驗證此類措施對Cd污染農田土壤的修復效果及對水稻籽粒Gd吸收的影響，以期為紹興市受污染耕地安全利用與治理工作提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2020年5—11月在紹興市越城區某Cd輕度污染農田進行，根據耕地質量劃分，本區域屬安全利用類耕地。試驗區灌溉水無重金屬污染，土壤類型為水稻土，pH 5.13，有機質59.64 g·kg-1，有效鈣157.6 mg·kg-1，有效鎂56.94 mg·kg-1，有效硅88.9 mg·kg-1，有效鎘0.494 mg·kg-1，As 8.09 mg·kg-1，Hg 0.321 mg·kg-1，Pb 60.8 mg·kg-1，Cd 0.694 mg·kg-1，Se 0.762 mg·kg-1。

結合當地種植習慣，選擇水稻品種春優927、甬優538、甬優1540、中浙優8號、秀水14進行試驗。供試土壤調理劑為浙江益壤環?？萍加邢薰咎峁┑腅R系列土壤調理劑，葉面阻控劑由佛山市鐵人環?？萍加邢薰咎峁}鎂磷肥由金華萬里神農農業科技有限公司提供。

1.2 處理設計

根據修復技術設4個主區：T為對照區；A為品種調整區；B為優化施肥+葉面調控綜合調控區；C為原位鈍化區。T主區只設T0處理，種植水稻品種為春優927；A主區設A1(甬優538)、A2(甬優1540)、A3(中浙優8號)、A4(秀水14)4個處理；B主區設B1(鈣鎂磷肥600 kg·hm-2)、B2(鈣鎂磷肥600 kg·hm-2+葉面阻控劑1 L·hm-2)、B3(鈣鎂磷肥600 kg·hm-2+葉面阻控劑2 L·hm-2)、B4(鈣鎂磷肥1 200 kg·hm-2+葉面阻控劑1 L·hm-2)4個處理；C主區設C1(土壤調理劑2 250 kg·hm-2)、C2(土壤調理劑4 500 kg·hm-2)、C3(土壤調理劑6 750 kg·hm-2)3個處理。小區面積0.1 hm2，其中B、C主區均種植春優927，并以T0作對照(CK)。土壤調理劑在水稻種植前撒施，翻耕均勻并保水養護7 d后播種。鈣鎂磷肥與葉面阻控劑在水稻分蘗期撒施，灌漿期再噴灑1次葉面阻控劑。水稻于2020年6月進行選種并采用直播方式播種，11月收割。按照當地種植習慣進行正常水肥管理。

1.3 樣品采集與檢測

水稻成熟后，在各處理區采用梅花點法采集農田耕作層(0～20 cm)混合土壤樣品約1 kg，采集對應點位的混合水稻樣品約500 g，分析對照區T0土壤基本理化性質及對應水稻籽粒Cd含量，分析A、B、C區土壤有效態Cd及對應水稻籽粒Cd含量。土壤基本理化性質分析參照《土壤農化分析》第3版要求，土壤有效態Cd的測定采用電感耦合等離子體-原子發射光譜 (ICP-AES) 法測定，水稻籽粒Cd含量采用石墨爐原子吸收光譜(GF-AAS)法測定。

2 結果與分析

2.1 對水稻籽粒中Cd的影響

圖1所示，常規稻秀水14籽粒中的Cd含量最低，其次為甬優538，甬優1540居第三位，三者籽粒中Cd含量均<0.1 mg·kg-1，春優927與中浙優8號籽粒中的Cd含量相對較高，分別為0.22和0.31 mg·kg-1，均超過GB 2762—2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(0.2 mg·kg-1)。由此可見，常規稻籽粒Cd含量比雜交稻低，而雜交稻品種中籽粒Cd含量相差較大，這與陳德等[13]的研究結果相似。

圖1 不同治理措施作用下的水稻籽粒Cd含量

采取優化施肥與葉面調控的單一或組合措施對水稻籽粒Cd的降低均有明顯的效果，Cd含量均低于GB 2762—2017限量。組合措施比單一措施效果好，其中鈣鎂磷肥1 200 kg·hm-2+葉面阻控劑1 L·hm-2效果最好，Cd含量最低為0.081 mg·kg-1，降幅大于鈣鎂磷肥600 kg·hm-2處理，說明鈣鎂磷肥的用量對籽粒Cd含量有較大影響。鈣鎂磷肥600 kg·hm-2+葉面阻控劑1 L·hm-2的治理效果略優于鈣鎂磷肥600 kg·hm-2，說明葉面阻控劑對抑制水稻籽粒中Cd的累積有一定效果。此外，隨著葉面阻控劑濃度的提高，籽粒中Cd含量并未降低，均為0.14 mg·kg-1，說明葉面阻控劑對Cd的用量有一定適用范圍，并不是濃度越高越好。

原位鈍化對水稻籽粒中Cd均有降低效果，Cd含量均低于GB 2762—2017限量，其中土壤調理劑6 750 kg·hm-2效果最為明顯，籽粒中Cd含量為0.14 mg·kg-1，降幅約為36%，說明土壤調理劑的用量對水稻籽粒中Cd含量有一定影響。

2.2 對土壤中有效態Cd的影響

圖2所示，優化施肥與葉面調控及組合調控措施對土壤中有效態Cd的降低效果不顯著，只有在鈣鎂磷肥施用量1 200 kg·hm-2的處理下，效果較為明顯，Cd含量為0.281 mg·kg-1，降幅為43%，而鈣鎂磷肥施用量600 kg·hm-2與葉面阻控劑對土壤中有效態Cd無顯著影響。原位鈍化對水田土壤中有效態Cd的作用效果明顯，施用土壤調理劑2 250、4 500、6 750 kg·hm-2處理的有效態Cd含量分別為0.251、0.244和0.224 mg·kg-1，降幅分別為49%、51%和55%。

圖2 不同治理措施作用下的土壤有效態Cd含量

3 小結與討論

本研究是在輕度Cd污染水稻田中采用品種調整、優化施肥與葉面調控及原位鈍化4項措施，通過大田試驗驗證其對稻米中Cd含量的降低效果，結果表明，采用以上措施均可使稻米中Cd含量低于GB 2762—2017限量，耕地安全利用率均可達到100%。

有研究發現，水稻的品種與基因型對稻米中Cd含量的積累有顯著影響[14]。某些特定水稻品種在不同器官間對Cd的運轉能力也影響Cd在水稻籽粒中的累積[15]。本研究中，5個水稻品種籽粒Cd含量相差較大，整體上雜交稻Cd的積累能力要高于常規稻，這也印證了以往的研究結果[16]。因此，選擇種植Cd積累能力較低的水稻品種可以滿足受污染耕地的安全利用要求。

鈣鎂磷肥作為一種土壤改良劑，其中的鈣、鎂、磷不僅是植物生長所必需的營養元素，而且可以通過元素間相互競爭、拮抗作用，影響作物的生理代謝等過程，降低污染土壤中Cd等重金屬的生物有效性[17]。張麗君等[18]研究中，通過施用鈣鎂磷肥可改善土壤pH值，降低土壤有效鎘含量，對土壤肥力具有一定改善作用，因此，較適用于微酸性的Cd污染農田。王小蒙等[19]對根施鈣鎂磷肥與葉噴硅/硒聯合調控水稻中Cd的吸收作用進行研究，結果表明，聯合調控對降低稻米Cd含量表現出顯著的協同效應，通過聯合處理可使稻米中Cd含量不超標。本次研究中所采用鈣鎂磷肥與葉面阻控劑聯合處理的方法，對降低稻米Cd含量均有良好效果，可保障稻米的質量安全。

原位鈍化是實現受污染耕地安全利用的重要手段之一，其原理是通過改變土壤重金屬的形態和降低重金屬的活性減少水稻對重金屬的吸收，以達到污染農田安全利用的目的[20]。目前,研究較多的土壤調理劑主要包括黏土礦物、含碳物質、含磷物質、硅鈣物質、金屬氧化物、有機物料和工業廢棄物等。李祥等[21]通過田間小區試驗，探究了石灰、硅肥、赤泥等 9 種不同土壤改良劑對稻米中Cd含量的影響，結果表明，9 種土壤改良劑均能降低水稻各器官Cd含量，但對土壤 pH 的影響存在差異。本次試驗中使用的土壤調理劑是一種具有一定吸附作用的堿性物質，對土壤pH有明顯改善，同時可有效降低土壤中有效態Cd含量及稻米中Cd含量，可適用于酸性Cd污染土壤的安全利用治理。

綜合以上研究結果，品種調整、優化施肥、葉面調控、原位鈍化4類措施對抑制土壤有效態Cd含量及稻米中Cd的累積均有較好效果，可適用于酸性Cd污染耕地的安全利用和治理。各地可結合自身實際情況選取相應的治理措施，可優先選取成本較低的農藝調控類措施，以保證受污染耕地的安全利用率達標，保障稻米的安全生產。