石灰氮調理劑在重金屬鎘、鎳污染農田上的試驗效果初探

劉榮杰， 洪春來， 朱鳳香， 姚燕來， 朱為靜， 洪磊東， 王衛平*

(1.寧海縣農業技術推廣站，浙江 寧海 315600； 2.浙江省農業科學院 環境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

近年來，我國土壤重金屬污染形勢嚴峻。據2014年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，全國土壤環境狀況總體不容樂觀，耕地土壤環境質量堪憂，全國土壤污染總的點位超標率為16.1%，污染類型以無機型為主，其中鎘污染的點位超標率為7.0%，居無機污染物之首[1-4]。由于鎘具有分解周期長(半衰期超過20 a)、移動性大、毒性高、難降解等特點，因此，修復鎘污染的土壤已成為急需解決的問題。原位鈍化技術是一種經濟高效的污染治理技術，符合我國可持續農業發展的需要，是當前修復農田重金屬中輕度污染的較好選擇，關于通過添加改良劑對鎘污染土壤進行改良的技術，在國內外已有大量報道[5-8]。石灰氮是由氰氨化鈣、氧化鈣和其他不溶性雜質構成的混合物，呈灰黑色，有特殊臭味，是一種堿性肥料。石灰氮既具有肥料的功效，又具有修復土壤、殺滅病原菌的作用，氮素作為氮肥可提高作物產量[9-10]，而其堿性(提高土壤pH)和較高的鈣含量(鈣的競爭機制)又為改良酸性重金屬污染土壤提供可能，但鮮見用作土壤鈍化劑修復土壤重金屬污染方面的報道。本試驗作為該類肥料用作土壤重金屬污染修復的驗證補充嘗試，為該類肥料應用于土壤污染防治及治理提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試水稻品種為嘉豐優2號、嘉禾218、甬優9號和甬優1540；石灰氮調理劑(寧夏祥美公司)。

1.2 處理設計

試驗在浙江省寧海縣茶院鄉的一塊重金屬鎘、鎳輕度污染的稻田進行。土壤本底樣品的pH值5.27～6.20，土壤中鎘含量為0.24～0.41 mg·kg-1，鎳含量為38～56 mg·kg-1。試驗區面積約700 m2，采用大區對比試驗，用田埂劃分為兩個面積相等的區塊，對照大區僅施常規肥料，石灰氮處理的大區在常規施肥的基礎上，667 m2施用石灰氮75 kg。在水稻秧苗移栽前12 d，將試驗田基肥和石灰氮均勻施入后進行耙田。不同水稻品種的秧苗以相同面積和密度分別移栽在石灰氮處理區和對照區。根據當地的水稻栽培常規方式進行水稻秧苗的育苗與移栽，適時噴灑農藥抗病防蟲，至秧苗20～30 d時進行大田移栽，移栽密度參考當地的種植習慣。移栽后，根據水稻的生長特征及當地的土壤、氣候等條件，適時進行水、肥及抗病防蟲等各項措施的管理。水稻達到收獲標準后，分別采集兩個大區的水稻植株和土壤樣品，水稻植株晾干后分為根、秸稈、籽粒，土壤風干后粉碎，過0.15 mm孔篩備用。

1.3 樣品檢測

將水稻根、秸稈、籽粒及粉碎的土壤樣品送相關實驗室檢測，分別檢測其中的重金屬鎘、鎳的總量[11-12]。土壤有效態鎘、鎳含量采用二乙酸銨五乙酸浸提-原子吸收分光光度法測定[13]，用1 mol·L-1的醋酸銨在室溫下浸提，土液比1∶50，振蕩時間30 min，提取液經離心、過濾后測定。

每小區按五點法采集稻谷樣品，每個樣品通過混合取樣采集。稻谷樣品用去離子水沖洗，置105 ℃烘箱殺青30 min，再經65 ℃烘至恒重取出，研磨過篩保存備用。稻谷重金屬鎘、鎳的測定通過濃HNO3消解法進行提取，用原子吸收分光光度法測定。

2 結果與分析

2.1 石灰氮調理劑對水稻不同部位重金屬吸收的影響

由圖1可知，石灰氮與對照處理中，供試水稻品種籽粒中重金屬鎘的含量均符合國家標準[11]中稻米的安全限量值(鎘0.2 mg·kg-1，該標準未對稻米中的鎳安全限量值作要求)，但施用石灰氮處理的水稻籽粒中重金屬鎘和鎳的含量均明顯低于對照，施用石灰氮鈍化劑后水稻籽粒中鎘含量降幅達50%以上，水稻籽粒中鎳含量降幅為10%～65%，可見石灰氮調理劑對降低水稻籽粒重金屬鎘和鎳的吸收累積具有明顯效果。

圖1 不同種植條件下水稻中重金屬鎘、鎳積累的變化

水稻不同組織中重金屬鎘和鎳的含量差異較大。施用石灰氮鈍化劑后，水稻不同部位重金屬鎘和鎳含量分布為根>秸稈>稻谷籽粒，且根系、秸稈中的含量遠大于籽粒含量。石灰氮處理的水稻秸稈、根系中重金屬鎘的含量明顯低于對照，其中水稻秸稈中的鎘含量較對照下降80%以上，水稻根系(嘉禾218除外)中的鎘含量較對照下降30%以上，而石灰氮處理對不同品種間秸稈和根系中鎳吸收的影響無明顯規律。

2.2 石灰氮處理對土壤重金屬鎘、鎳有效態的影響

表1表明，不同試驗田塊的土壤重金屬鎘、鎳全量和有效態含量存在一定差異，且石灰氮鈍化劑處理的土壤重金屬鎘、鎳的有效態含量較對照均明顯降低；對照土壤重金屬鎘、鎳的有效態含量占總量的比例分別在55%和2%以上，而施用石灰氮處理的重金屬鎘有效態占全量的比例大部分均在40%以下(種植嘉禾218的點位除外)，土壤鎘有效態占比下降達15%以上；施用石灰氮處理土壤鎳有效態占比由對照的2.45%以上降至1.89%以下。研究結果證明，施用石灰氮對土壤重金屬具有顯著的鈍化作用，且對重金屬鎘的鈍化效果明顯優于鎳，這與石灰氮處理后水稻稻谷重金屬鎘、鎳的吸收規律一致。

表1 石灰氮對土壤重金屬有效態的影響

2.3 石灰氮處理對水稻產量的影響

表2顯示，通過1季的污染土壤鈍化試驗后，石灰氮處理下的水稻品種產量與常規對照相比差異不大，水稻穗粒性狀與常規對照相比差異也不大，說明石灰氮在667 m2用量75 kg下未對水稻生長造成明顯的負面影響。

表2 不同水稻品種在不同處理下的穗粒性狀及產量

3 小結與討論

在土壤重金屬輕度污染的農田采用石灰氮鈍化劑處理后，可明顯降低土壤中重金屬鎘、鎳的有效性，減少其在水稻籽粒中的積累，達到國家食品安全的限量值，對水稻產量基本無影響。

水稻不同部位重金屬鎘和鎳的含量明顯不同。石灰氮鈍化劑處理后的水稻重金屬鎘和鎳含量分布為根>秸稈>稻谷籽粒，這與其他鈍化劑的試驗結果相似，且根、秸稈中的重金屬鎘和鎳含量是水稻籽粒含量的數倍。因此，在重金屬輕度污染的農田可采用邊修復邊利用的方式，且該污染修復地塊種植的稻、麥、油菜等秸稈不宜就地還田，而應將其收集后異地專門處置，從而逐漸減輕該地塊重金屬的污染程度。

本試驗結果表明，用石灰氮作為鈍化劑處理重金屬污染的土壤，能明顯降低土壤中鎘、鎳的有效性，提高土壤的pH值，降低水稻籽粒中鎘、鎳的積累，達到安全利用的目的。與其他堿性土壤鈍化劑一樣，石灰氮鈍化劑可用于重金屬污染的酸性土壤的修復與改良，是一種極具潛力的土壤改良劑。