不同鈍化劑對(duì)砷污染農(nóng)田水稻的鈍化修復(fù)作用比較試驗(yàn)

代小青 郝秀明

（山東省濟(jì)寧市任城區(qū)農(nóng)技推廣中心，山東 濟(jì)寧 272000）

土壤砷污染是一個(gè)全球性的問題，國內(nèi)外對(duì)砷污染的研究報(bào)道較多。我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)藥、除草劑等含砷物質(zhì)的使用，污水灌溉、污泥復(fù)用等是農(nóng)業(yè)造成污染的主要來源，而環(huán)境中砷污染主要是工業(yè)“三廢”造成的，2014年自然資源部和生態(tài)環(huán)境部對(duì)我國土壤污染問題進(jìn)行調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)土壤總超標(biāo)率為16.1%，其中砷超標(biāo)率為2.7%，土壤砷污染問題突出。全球土壤砷濃度為6mg/kg,而我國土壤砷濃度為11.2mg/kg,幾乎是全球土壤砷濃度的2倍。土壤砷污染具有潛伏性、長期性、累積性等特性，土壤中的砷會(huì)通過耕地土壤-植物系統(tǒng)危害作物生長及通過食物鏈累積到人體中，引起人體砷中毒，嚴(yán)重威脅人類健康的 ，砷中毒不僅會(huì)引起皮膚脫化、角質(zhì)化、影響人體腎、肝、肺等器官功能，而且會(huì)影響神經(jīng)系統(tǒng)。為解決土壤砷污染問題，許多專家利用鈍化修復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究，通過向土壤中施加鈍化劑，降低土壤中砷含量。

Hartley等研究發(fā)現(xiàn)，有機(jī)物中生物炭通常用來修復(fù)土壤重金屬污染，其原理主要是增加土壤中陽離子的交換量生成絡(luò)合物來降低土壤重金屬的有效性。施加石灰為添加劑處理砷污染土壤，可以有效降低土壤中砷濃度，并且減少植物體砷富集量。含鐵物質(zhì)（鐵礦粉、還原鐵粉、硫酸鐵等）也常用于土壤砷污染修復(fù)中，主要是砷與鐵能結(jié)合生成穩(wěn)定的形態(tài)。Hartley等對(duì)幾種常見的含鐵藥劑進(jìn)行除砷試驗(yàn)，其修復(fù)能力為Fe3+＞Fe2+＞鐵砂＞針鐵礦。

2013年根據(jù)山東省農(nóng)業(yè)廳、財(cái)政廳聯(lián)合印發(fā)的《山東省農(nóng)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染防治實(shí)施方案》的要求，在本地區(qū)土壤重金屬污染狀況進(jìn)行普查，普查結(jié)果顯示該地區(qū)耕地土壤重金屬中砷超標(biāo)。因此，研究本地區(qū)土壤修復(fù)具有重要意義試驗(yàn)在濟(jì)寧市任城區(qū)裕興農(nóng)作物種植場的砷污染農(nóng)田進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)，選取石灰、生物炭、貝殼粉、鐵礦粉加常規(guī)施肥、還原鐵粉加常規(guī)施肥五種鈍化劑進(jìn)行砷污染農(nóng)田土壤鈍化修復(fù)效果的研究，以篩選出適合農(nóng)田的砷污染水稻鈍化修復(fù)技術(shù)，為重金屬污染土壤的治理與修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1.材料與方法

1.1 材料

試驗(yàn)于2020年5-10月份在山東省濟(jì)寧市裕興農(nóng)作物種植場砷污染水稻田內(nèi)進(jìn)行。該研究中所需要的材料為石灰、貝殼粉、鐵礦礦粉、還原鐵粉、生物炭、16-12-14水稻專用肥、尿素（總N≥46.0%），水稻種。供試水稻品種為津稻263。

1.2 方法

在砷污染的農(nóng)田土壤中開展五種不同處鈍化劑處理對(duì)砷的修復(fù)研究。試驗(yàn)共設(shè)置6個(gè)處理：①處理1，不施加鈍化劑處理；②處理2，單一石灰處理，生石灰用量150kg/畝；③處理3，施加貝殼粉，用量200kg/畝；④處理4，畝施鐵礦礦粉200kg和常規(guī)施肥；⑤處理5，畝施還原鐵粉300kg和常規(guī)施肥；⑥處理6，施加石灰?guī)r，用量300kg/畝。

每個(gè)處理小組進(jìn)行3次重復(fù)設(shè)置，合計(jì)18個(gè)實(shí)驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)進(jìn)行隨機(jī)排列。每個(gè)小區(qū)50平方米，小區(qū)之間筑30cm畦埂，上覆蓋薄膜隔離，重復(fù)之間用排水溝相隔，5月20日向各處理小區(qū)施加修復(fù)劑，6月21日水稻插秧，10月份水稻成熟收獲。

1.3 樣品采集與分析

土壤、水稻樣品于水稻收獲前采集，樣品采集采用五點(diǎn)取樣法。每個(gè)分點(diǎn)水稻植株鮮重質(zhì)量不少于0.4kg，5分點(diǎn)植株混合成不少于2.0kg,對(duì)樣品植株編號(hào)。采集的植株樣品風(fēng)干處理后將水稻籽粒分離出來并裝袋。原位采集的土壤樣品不少于2.5kg,土壤樣品風(fēng)干后磨碎過2mm尼龍篩并裝袋。采集水稻籽粒樣品及土壤樣品送到濟(jì)南檢測中心進(jìn)行有效態(tài)砷與水稻籽粒砷含量的檢測。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel2003和SPSS19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

2.結(jié)果與分析

2.1 不同土壤鈍化劑處理對(duì)土壤中有效態(tài)砷含量的影響

從表1可以看出，對(duì)照的土壤有效態(tài)砷的含量為4.04mg/kg,與對(duì)照相比，使用鈍化劑的5種處理均能降低土壤中有效態(tài)砷的含量，降低幅度為1.24%-7.4%，施加石灰、貝殼粉、畝施鐵礦礦粉200kg和常規(guī)施肥、畝施還原鐵粉300kg和常規(guī)施肥、生物炭5種處理土壤有效態(tài)砷含量與對(duì)照差異不顯著。施加還原鐵粉300kg和常規(guī)施肥處理模式土壤有效態(tài)砷含量最低，為3.74 mg/kg，比對(duì)照土壤有效態(tài)砷含量降低7.4%，畝施還原鐵粉300kg和常規(guī)施肥處理模式土壤有效態(tài)砷降低效果最好。其次施加貝殼粉處理模式土壤有效態(tài)砷含量比對(duì)照降低2.72%，再次畝施鐵礦礦粉200kg和常規(guī)施肥處理模式土壤有效態(tài)砷含量比對(duì)照降低2.48%，再次施加生物炭處理模式土壤有效態(tài)砷含量比對(duì)照降低2.23%，最后施加石灰處理模式土壤有效態(tài)砷含量比對(duì)照降低1.24%。

表1 不同鈍化劑處理下土壤有效態(tài)As含量

2.2 不同土壤鈍化劑處理對(duì)土壤中總砷含量的影響

從表2可以看出，對(duì)照的土壤總砷的含量為19.8mg/kg,與對(duì)照相比，使用鈍化劑的5種處理均能增加土壤中總砷的含量，增加幅度為0.15%-3.18%，施加石灰、貝殼粉、畝施鐵礦礦粉200kg和常規(guī)施肥、畝施還原鐵粉300kg和常規(guī)施肥、生物炭5種處理土壤有效態(tài)砷含量與對(duì)照差異不顯著。施加石灰處理模式土壤總砷含量最高，為20.43mg/kg，比對(duì)照土壤總砷含量增加3.18%，施加石灰處理模式土壤總砷增加效果最好。其次畝施鐵礦礦粉200kg和常規(guī)施肥處理模式土壤總砷含量比對(duì)照增加3.03%，再次畝施鐵礦礦粉300kg和常規(guī)施肥處理模式土壤總砷含量比對(duì)照增加2.8%，再次施加生物炭處理模式土壤總砷含量比對(duì)照增加1.67%，最后施加貝殼粉處理模式土壤總砷含量比對(duì)照增加0.15%。

表2 不同鈍化劑處理下土壤總As含量

2.3 不同土壤鈍化劑處理對(duì)水稻籽粒中砷含量的影響

從表3中可以看出，在此次試驗(yàn)中，水稻籽粒中砷含量為0.06-0.079mg/kg,將使用鈍化劑5種處理模式與未施加鈍化劑的對(duì)照進(jìn)行比較分析，使用鈍化劑的5種處理均可降低水稻籽粒中砷含量，降低幅度為2.53%-24.05%，其中畝施鐵礦礦粉200kg和常規(guī)施肥處理模式水稻籽粒中砷含量與不施加鈍化劑對(duì)照水稻籽粒中砷含量存在顯著差異，施加石灰、貝殼粉、畝施鐵礦礦粉200kg和常規(guī)施肥、生物炭4種處理水稻籽粒中砷含量與對(duì)照差異不顯著。畝施還原鐵粉300kg和常規(guī)施肥處理模式水稻籽粒中砷含量最低，為0.06 mg/kg，比對(duì)照水稻籽粒中砷含量降低24.05%，畝施還原鐵粉300kg和常規(guī)施肥處理模式水稻籽粒中砷含量降低效果最好。其次施加貝殼粉、畝施鐵礦礦粉200kg和常規(guī)施肥2種處理水稻籽粒中砷含量比對(duì)照降低6.3%，再次施加生物炭處理水稻籽粒中砷含量比對(duì)照降低3.8%，最后施加石灰處理水稻籽粒中砷含量比對(duì)照降低2.53%。五種處理與對(duì)照水稻籽粒中砷含量均未超過國家食品安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GB2762-2017所規(guī)定的食品中砷限量指標(biāo)的要求（砷含量不高于0.2mg/kg）。

表3 不同鈍化劑處理下水稻籽粒中As含量

2.4 不同土壤鈍化劑處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

從表4中可以看出，在此次試驗(yàn)中，將使用鈍化劑5種處理模式與未施加鈍化劑的對(duì)照進(jìn)行比較分析，施用石灰、畝施還原鐵粉200kg+常規(guī)施肥、貝殼粉、生物炭、畝施還原鐵粉300kg+常規(guī)施肥5種處理均可增加水稻產(chǎn)量，增加幅度為0.34%-17%，5中處理水稻畝產(chǎn)量為300.02-382.24kg/畝,施加貝殼粉處理模式水稻畝產(chǎn)量最高，為382.24kg/畝，比對(duì)照水稻畝產(chǎn)量增加17%，其次畝施還原鐵粉300kg+常規(guī)施肥處理模式，為351.13kg/畝,水稻產(chǎn)量比對(duì)照增加7.48%，再次施加生物炭處理，為328.91kg/畝,水稻產(chǎn)量比對(duì)照增加6.83%。再次施加石灰處理，為333.34kg/畝,水稻產(chǎn)量比對(duì)照增加2.04%。最后畝施還原鐵粉200kg+常規(guī)施肥處理，為327.79kg/畝,水稻產(chǎn)量比對(duì)照增加0.34%。

表4 不同鈍化劑處理下水稻產(chǎn)量的影響

3.結(jié)論與討論

通過選取五種鈍化劑處理進(jìn)行砷污染農(nóng)田土壤鈍化修復(fù)技術(shù)研究，得出結(jié)論，向農(nóng)田土壤中施加鈍化劑處理可以在一定程度上降低土壤有效態(tài)砷的含量與水稻籽粒中砷含量。五種鈍化處理可以使土壤有效態(tài)砷降低1.24%-7.4%，增加土壤中總砷的含量，增加幅度為0.15%-3.18%，降低水稻籽粒中砷含量，水稻籽粒中砷含量降低2.53%-24.05%，增加水稻畝產(chǎn)量，增加幅度為0.34%-17%，在五種鈍化處理中，畝施還原鐵粉300kg和常規(guī)施肥的效果更好一些。施加了石灰、貝殼粉、生物炭、鐵礦礦粉、還原鐵粉等鈍化劑可以降低農(nóng)田土壤中砷的生物有效性，減少作物對(duì)土壤中砷的吸收，從而降低水稻籽粒中砷含量，施加鈍化劑后，由于農(nóng)作物對(duì)土壤中砷的吸收減少了，土壤中留存的總砷含量也就升高了。