酸性水稻土重金屬鈍化修復技術應用研究

原瑞芬

（莆田市農業環保能源站 福建莆田351100）

隨著我國工業化、城鎮化的快速發展，大量含有重金屬的物質排放進入環境， 導致我國農田土壤的重金屬污染問題日益突出。 在2014 年由環境保護部和國土資源部首次發布的 《全國土壤污染狀況調查公報》表明，中國耕地土壤點位污染超標率為 19.4%，其中輕中度污染點位占總超標點位的94.3%；污染類型以鎘、汞、砷、鉛、鉻等重金屬為主，其超標點位數占全部超標點位的 82.8%[1-2]。 雖然重金屬在土壤中的溶解度小，但是其具有化學性質穩定、毒性大、滯留時間長、不易被微生物降解等特點，并可通過食物鏈進行富集進而最終影響人體健康[3]。 重金屬污染土壤的修復技術主要有生物修復法、 物理修復法和化學鈍化法。 其中，化學鈍化技術主要包括淋洗、施用鈍化劑、絡合浸提等，較生物修復法和物理修復法具有低成本、見效快等優點，因此，原位化學鈍化技術常用于重金屬污染農田的修復[4]。 近些年來，隨著對土壤重金屬污染修復研究的深入， 低累積作物品種和葉面阻控劑在修復中的應用逐漸引起研究人員的重視。

目前，重金屬污染農田的土壤修復研究，主要集中在某種或某類鈍化材料的鈍化機理研究中[5-6]， 研究的作物多為蔬菜或者水稻[7-9]，而比較不同種類的重金屬鈍化修復安全利用技術的研究相對較少。 因此，本研究選用種植低積累水稻品種（10 個品種）、施用土壤調理劑（7 種土壤調理劑）和噴施葉面阻控劑（5 種葉面阻控劑）等3 類技術，在仙游縣度尾鎮酸性水稻土耕地開展重金屬鈍化修復安全利用技術比選試驗， 篩選出適宜于重金屬污染酸性水稻土的安全利用修復技術措施， 旨在為酸性水稻田的重金屬修復提供理論依據和指導。

1 材料與方法

1.1 土壤背景值

試驗地點位于仙游縣度尾鎮潭邊居委會（25°40′26″N、118°58′29″ E），試驗點位置見圖 1。 試驗田的選擇標準：地勢平整、水稻種植面積較大，灌溉條件良好，土壤有 Cd、Pb、Cr 及 Cd/Pb 復合污染。試驗田土壤 Cd含量為0.32 mg/kg，根據《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618-2018）， 選取的試驗田為Cd 污染安全利用類耕地，土壤pH 4.76，為酸性水稻土。 具體試驗田土壤理化性質見表1。

表1 試驗田土壤基本理化性質

圖1 試驗點位置

1.2 供試材料

試驗選用豐兩優1 號、恒豐優、滬優明占、佳福占、威良優 1 號、甬優 1540、甬優 4949、汕優 016、現豐華占和甬優2640 等10 個水稻品種。

試驗共選用7 種土壤調理劑和5 種葉面阻控劑，其中主要成分見表2。

1.3 試驗設計

設置3 類安全利用技術試驗區，分別是低積累水稻品種、葉面阻控劑和土壤調理劑試驗區。 于2020 年3 月8 日開始育秧， 土壤調理劑試驗區于4 月5 日開始撒施土壤調理劑（表2）并翻耕使其混合均勻，處理7 d 后，于4 月12~15 日統一插秧。 葉面阻控劑試驗區分別于分葉末期至拔節初期（5 月20 日）、灌漿初期（6 月 16 日）進行葉面噴施。 在水稻成熟期（7 月15 日） 對各試驗區的稻谷和土壤均采用五點法分別進行統一采樣。

表2 試驗材料匯總

1.3.1 低積累水稻品種驗證試驗區 在該區域內選取3 塊地勢平坦、 面積1 畝的田塊用于進行低積累水稻品種驗證試驗， 每塊試驗田均分為10 個小區，分別種植一個水稻品種， 每個小區之間間隔30 cm。田間水肥管理與當地原有的管理水平保持一致。

1.3.2 土壤調理劑驗證試驗區 在該區域內選取7 塊地勢平坦、面積0.6 畝的田塊，田埂寬度不少于20 cm、高度不低于30 cm，田埂覆蓋塑料薄膜，每一塊小區都設置單獨的進水口、出水口，用于土壤調理劑驗證試驗。 采用裂區方法， 將每塊田平均一分為二，1 個為對照區、1 個為處理區，每塊大田撒施1 種調理劑， 比較重金屬在土壤中的有效態降低和糙米中含量的降低情況。 水稻品種選用當地主栽品種現豐華占， 田間水肥管理與當地原有的管理水平保持一致。

1.3.3 葉面阻控劑驗證試驗區 在該區域內選取5 塊地勢平坦、面積0.6 畝的田塊，用于葉面阻控劑驗證試驗，每塊小區之間間隔為30 cm，采用裂區方法將同種水稻田等分為處理組和空白對照組， 重金屬含量處理組噴施1 種葉面阻控劑， 比較同一品種水稻的處理組和對照組重金屬有效態降低和糙米重金屬含量降低情況。 水稻品種選用當地主栽品種現豐華占， 田間水肥管理水平與當地原有的管理水平保持一致。

1.4 檢測方法

采用電位法（土水比1∶2.5）測定水稻田土壤pH[10]；土壤重金屬有效態含量測定采用DTPA 浸提-原子吸收分光光度法； 稻米重金屬含量測定采用HNO3-H2O2微波消解-石墨爐原子吸收分光光度法測定[11]。樣品測定過程中， 同時用國家標準物質樣品（GBW07405-土壤國家標準物質）進行質量控制。

1.5 數據處理

采用SPSS 25.0 統計軟件對測定的試驗數據進行統計分析，采用Origin 2017 制圖軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 不同鈍化修復技術鈍化效果分析

2.1.1 低積累水稻品種對糙米重金屬含量的影響不同水稻品種糙米中重金屬含量分析結果（圖2）表明不同的水稻品種對重金屬的吸收差異顯著：10 個水稻品種重金屬Pb 含量均未超過限量值，汕優重金屬Pb 含量最低（0.06 mg/kg）；10 個水稻品種中，僅甬優1540 和甬優4949 重金屬Cd 含量未超過限量值，且甬優 1540 重金屬 Cd 含量最低（0.13 mg/kg）； 10 個水稻品種重金屬Cr 含量均未超過限量值， 威良優1 號重金屬 Cr 含量最低（0.23 mg/kg）； 10 個水稻品種重金屬Hg 含量均未超過限量值，甬優1540 重金屬Hg含量最低 （0.003 mg/kg）；10 個水稻品種重金屬無機As 含量均未超過限量值，威良優1 號重金屬無機As含量最低（0.15 mg/kg）。 根據試驗對比和分析測試結果， 甬優1540 對土壤中重金屬的吸收量低于其他品種。

圖2 低積累品種篩選結果

2.1.2 不同土壤調理劑對土壤有效態重金屬含量和糙米重金屬含量的影響 不同土壤調理劑對土壤有效態重金屬的影響結果（圖3）表明，7 種土壤調理劑中，農地樂處理過的土壤有效態As 較對照組減少最多，達到14.71%；天象1 號處理過的土壤有效態Cd減少最多， 達到25%； 楚戈處理過的土壤有效態Cr減少最多，達到12.5%；炭基土壤重金屬鈍化劑處理過的土壤有效態Pb 減少最多， 達到13.04%。 由于7 個處理組土壤中Hg 的含量較低， 有效態Hg 未檢出。 上述結果表明，與其他6 種土壤調節劑相比，天象1 號可以顯著降低土壤有效態Cd 含量，且不會提高其他土壤有效態重金屬的含量。

圖3 土壤調理劑驗證區有效態重金屬檢測結果

不同土壤調理劑對糙米中重金屬含量的結果表明（圖4），7 種土壤調理劑中，維地康處理組的糙米As 含量較CK 減少最多，達到10.47%；楚戈處理組的糙米Cd 含量較CK 減少最多，達到55.56%；農地樂處理組的糙米Cr 含量減少最多，達到71.39%；楚戈的處理組的糙米Hg 含量減少最多，達到25%；除炭基土壤重金屬鈍化劑CK 外， 由于土壤中Hg 的含量較低，均未檢出糙米Hg；與CK 相比，炭基土壤重金屬鈍化劑修復后，糙米Pb 減少了100%，治理效果最佳。 上述結果表明， 楚戈土壤調理劑克有效修復Cd污染水稻土，但不適用于Cd、As、Cr 混合污染的水稻土； 微生物菌劑維地康則可有效修復As 污染土壤。

圖4 不同土壤調理劑對糙米中重金屬含量的影響

2.1.3 不同葉面阻控劑對糙米重金屬含量的影響不同葉面阻控劑處理對糙米重金屬含量的結果表明（圖5），CK 組除猛降鎘組的糙米總砷未超標外，其余總砷量均超標，5 種葉面阻控劑也均導致糙米總砷量升高，鈍化效率為鎘盾（-4.26%）<諾果康（-6.28%）<降鎘靈 （-7.31%）<鎘無憂 （-8.51%，）<猛降鎘（-32.24%）；猛降鎘、鎘盾、鎘無憂的 CK 組糙米Cd超過國家食品限量值，其余未超標。 5 種葉面阻控劑中，鈍化效率（糙米重金屬含量）為猛降鎘（80.07%，0.225 mg/kg）<鎘無憂 （27.57%，0.059 mg/kg）<鎘盾（8.88%，0.019 mg/kg）<諾果康（-2.17%，-0.002 mg/kg）<降鎘靈 （-45.45%，-0.035 mg/kg）， 猛降鎘的治理效果最佳； 5 種葉面阻控劑中， Cr 鈍化效率（糙米重金屬含量）為諾果康（42.48%，0.175 mg/kg）<猛降鎘（25.7%，0.083 mg/kg）<降鎘靈（12.41%，0.035 mg/kg）<鎘無憂 （-108.67%，-0.163 mg/kg）<鎘盾 （-144%，-0.216 mg/kg），諾果康的治理效果最佳，猛降鎘其次；5 種葉面阻控劑中，Hg 鈍化效率（糙米重金屬含量）為猛降鎘（25%，0.001 mg/kg）<諾果康（20%，0.001 mg/kg）<降鎘靈（0%，0 mg/kg）<鎘無憂（-33.33%，-0.001 mg/kg）<鎘盾（-66.67%，-0.002 mg/kg），猛降鎘的治理效果最佳； 5 種葉面阻控劑中，Pb 鈍化效率 （糙米重金屬含量）為諾果康（100%，0.062 mg/kg）=鎘無憂（100%，0.068 mg/kg）<降鎘靈（1.64%，0.001 mg/kg）<鎘盾（-1.47%，-0.001 mg/kg）<猛降鎘（-9.84%，-0.006 mg/kg），諾果康、鎘無憂的治理效果最佳，修復后，均未檢出糙米Pb。 由上述結果可知，含有機硅的葉面阻控劑雖然對重金屬污染的酸性水稻土中Cd 有一定的鈍化效果，但糙米As 含量超標。

圖5 不同葉面阻控劑處理對糙米重金屬含量的影響

2.2 不同土壤調理劑對水稻產量的影響

不同土壤調理劑對水稻產量的影響表明（圖6），諾地康（增幅55.55%，增產233.3 kg/畝）>炭基土壤重金屬鈍化劑（增幅45%，增產240 kg/畝）>特貝鈣（增幅25.35%，增產 120 kg/畝）>農地樂（增幅 9.88%，增產 53.3 kg/畝）>維地康（增幅 5.68%，增產 33.3 kg/畝）>楚戈（降幅 4.29%，減產 20 kg/畝）>天象 1 號（降幅7.41%，減產40 kg/畝），除楚戈和天象1 號外，其余土壤調理劑施用均能提高水稻產量。

圖6 土壤調理劑試驗區產量統計

不同葉面阻控劑處理對水稻產量的影響表明（圖 7），猛降鎘（增幅 42.9%，增產 240 kg/畝）>諾果康（增幅 20.78%， 增產 106.66 kg/畝）>降鎘靈 （增幅9.09%，增產 46.66 kg/畝）>鎘無憂（與 CK 相同）＝鎘盾（與CK 相同），可見施用葉面阻控劑猛降鎘顯著提高水稻的產量。

圖7 葉面阻控劑試驗區產量統計

3 結論

綜上所述，低積累水稻品種、土壤調理劑和葉面阻控劑對試驗地水稻土有效態重金屬含量、 糙米重金屬含量及水稻產量的影響有以下幾點。

（1）針對重金屬Cd 超標酸性水稻土，甬優1540重金屬Cd 含量最低（0.13 mg/kg），且其他重金屬含量均未超過限量值，則推薦甬優1540 作為低積累水稻品種。

（2）選用的7 種土壤調理劑中，從不同土壤調理劑對土壤有效態重金屬影響的角度分析， 天象1 號可以顯著降低土壤有效態Cd 含量，且不會提高其他有效態重金屬的含量， 可以推薦使用天象1 號作為重金屬Cd 超標酸性水稻土的土壤調理劑；從不同土壤調理劑對糙米中重金屬含量影響的角度分析，楚戈的治理效果最佳，但不適用于重金屬Cd、Cr、As 混合超標水稻土。 楚戈和天象1 號土壤調理劑的施用雖會降低水稻產量，但降幅不大，可以忽略。

（3）針對重金屬Cd 污染的酸性水稻土，葉面阻控劑中猛降鎘可顯著提高水稻的產量。 含有機硅的葉面阻控劑雖然有一定的鈍化效果， 但存在導致糙米As 含量超標的情況，建議存在Cd、As 污染的酸性水稻土田間慎用有機硅葉面阻控劑， 或繼續研究篩選適宜的其他阻控劑。