3種鈍化劑對土壤污染治理重金屬鎘試驗效果初報

馬建芳，周瓊，周穎杰，董苾莉

(寧波市奉化區農業技術服務總站，浙江 寧波 315500)

土壤重金屬污染一直是我國土壤環境安全面臨的最主要的問題之一，隨著工業化和城市化的快速發展，生活污水、工業三廢及農田污水灌溉等人類活動都導致土壤重金屬污染日益嚴重[1-2]。鎘(Cd)是一種重金屬元素，對人體腎臟、生殖器官、大腦等多種臟器都特別有害，目前仍然缺乏能夠抵消鎘毒性的治療方法。食物攝入是人接觸鎘的主要來源之一[3]。土壤重金屬修復可分為物理、化學或生物方法、隔離法、土壤原位鈍化修復法等。物理、化學或生物的方法成本高，隔離法工程技術要求高，原位鈍化修復法是采用各種鈍化材料，通過對重金屬的吸附沉淀、絡合等作用，將重金屬固定在土壤中，降低其在環境中的遷移性和生物可利用性，是投入較低、操作簡便、環境友好的土壤修復方法[4-5]。原位鈍化技術因其鈍化速率快、效果顯著、穩定性好、價格適中、操作簡單等特點而廣泛地應用于農業生產中[6-7]。奉化區根據《浙江省農田土壤污染監測預警體系建設實施方案》要求，從2017年開始對區內農用地設立20個省控土壤污染監測預警點，其中西塢街道監測點農田土壤、籽粒鎘臨界。2019年在該地開展以Cd作為目標污染物，以實現治理區域內農產品可食用部位中目標污染物含量降低到GB 2762—2022規定的衛生標準以下為目標重金屬污染耕地土壤治理，從而研究篩選水稻籽粒產品中重金屬合格的藥劑配比，以降低農田土壤重金屬污染風險、提高水稻安全性。

1 材料與方法

1.1 試驗時間和地點

試驗于2019年4—11月在寧波市奉化區西塢街道廟后周村進行，試驗面積13 333 m2。種植前，每6 667 m2采集0～20 cm的農田土壤，采集10個土壤點樣，均勻混合制成2個混合樣后由實驗室檢測分析。

檢測結果為，該農田土壤pH值在4.79～5.44，農田土壤已經有一定程度的酸化，8項重金屬指標均有檢出，其中鎘含量為0.23～0.27 mg·kg-1，接近0.3 mg·kg-1標準值。根據《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準(試行)》(GB 15618—2018)，評價模式常用污染指數法或者與其有關的評價方法，對土壤原始檢測值進行單因子污染、內梅羅綜合污染指數對土壤重金屬存在的風險進行綜合評價，內梅羅綜合指數P為0.83，土壤污染程度為：警戒線。

前茬該農田種植品種為甬優15，籽粒樣品經檢測分析，檢測結果以《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB 2762—2017)標準對比，稻谷籽粒重金屬含量達標，其中鎘含量0.18 mg·kg-1，臨近標準值，占標率90%。

1.2 試驗材料

鈍化劑種類眾多，大致可分為無機類和有機類[8]。試驗的鈍化劑采用3種不同成分的藥劑。I藥劑主要成分為MgO 81.67%、CaO 8.14%、SiO210.19%，pH值13.0，呈灰色粉末狀，主要原料為活性氧化鎂、鈣礦粉混合物，水分含量≤5%；Ⅱ藥劑主要成分為SiO244.45%、FeSO418.75%、Al2O317.50%、K2O 1.39%、CaO 1.36%、MgO 1.19%，灰色粉末狀，主要原料為二氧化硅、硫酸亞鐵、氧化鋁的天然礦粉混合物，水分含量≤15%，pH值7～8。 Ⅲ藥劑主要成分為SiO250.19%、Al2O320.33%、FeSO411.25%、K2O 1.52%、CaO 1.49%、MgO 1.31%，灰色粉末狀，主要原料為二氧化硅、氧化鋁、硫酸亞鐵的天然礦粉混合物，水分含量≤15%，pH值7～8。

1.3 試驗設計

本試驗直接采用不同的鈍化劑不同的劑量對Cd(鎘)鈍化作用。鈍化的機理主要是通過改變土壤性狀來降低土壤中重金屬的活性，以鎂基、硅基鈍化劑處理并篩選適用本試點項目土壤的鈍化劑配比，形成以“拒吸、鈍化、去除”為核心的重金屬聯合阻控技術模式，有效控制重金屬從土壤向作物體內轉移，保障農產品安全。

農田種植品種仍為甬優15，大區試驗，各小區平均667 m2，鈍化藥劑施用量見表1。各試驗小區用農田土壤起壟合圍，壟高25～30 cm，壟寬20 cm。設置進出水口，單灌單排，避免串灌串排。土壤鈍化劑施入土壤后7 d，正常進行插秧。所有小區按照常規農事操作進行田間管理(化肥、農藥施用種類、施用量確保一致)。水稻成熟收獲后，采集各小區土壤、水稻稻米樣品。分析土壤pH值、重金屬總量；分析稻米中重金屬含量。

2 結果與分析

2.1 施用鈍化劑后籽粒中重金屬含量

將收獲的籽粒檢測結果與《食品安全國家標準 食品中污染物限量》(GB 2762—2017)標準對比見表2，各試驗組籽粒中鎘含量均達到限值要求。

表2 水稻籽粒中重金屬檢測結果 單位：mg·kg-1

農用地污染治理效果評價點位的農產品可食部位中目標污染物的單因子污染指數算術平均值和農產品樣本超標率判定治理區域的治理效果。水稻籽粒中各重金屬單因子指數詳見表3。

表3 水稻籽粒中各重金屬單因子指數

由表3可知，水稻成熟期籽粒樣品8項重金屬單因子指數在0.11～0.95，單因子污染指數均值為0.72。其中Cd單因子指數在0.42～0.89，單因子污染指數均值為0.60。

由表2、表3可知，樣本均達標(即超標率為0)，因此，依據《耕地污染治理效果評價準則》采樣農產品可食部位中目標污染(Cd)的單因子污染指數算術平均值和農產品超標率判定試點項目的治理效果，本期試驗結果達標。

2.2 施用鈍化劑對土壤pH值的影響

藥劑施用前土壤樣品pH值在4.79～5.44，土壤呈酸性。2019年水稻成熟期3個空白對照點土壤樣品檢測表明pH值在5.04～5.35，試驗組1鈍化劑施加后的pH值在5.31～6.07，試驗組2鈍化劑施加后的pH值在5.01～5.27，試驗組3鈍化劑施加后的pH值在5.01～5.40。從試驗結果來看，施用土壤鈍化劑后土壤酸堿度略有改善。

2.3 施用鈍化劑對土壤Cd重金屬的影響

2.3.1 鈍化劑Ⅰ試驗結果

施加Ⅰ鈍化劑后土壤中有效態鎘變化情況見表4、表5。試驗組1施用鈍化劑后，1-2～1-4、4-1～4-3土壤中有效態Cd的含量平均值為0.096 mg·kg-1，與2018年土壤有效態Cd的含量0.133 mg·kg-1對比，平均下降值0.037 mg·kg-1，下降率為27.94%。由表5可見：Ⅰ鈍化劑對土壤中鎘具有一定鈍化效果，具有一定程度的阻控效果，較上一年度下降27.94%；Ⅰ鈍化劑添加量280 kg·hm-2時對鎘的鈍化效果最好，其次為220 kg·hm-2添加量，Ⅰ鈍化劑對土壤中鎘的鈍化效果為280 kg·hm-2>220 kg·hm-2>240 kg·hm-2>80 kg·hm-2>(160 kg·hm-2=200 kg·hm-2)，可見Ⅰ鈍化劑對鎘有效態的鈍化效果與藥劑添加量無明顯關聯性；添加鈍Ⅰ化劑后，對水稻籽粒中鎘含量阻控效果，280 kg·hm-2時最好，其次為200 kg·hm-2時，Ⅰ鈍化劑對鎘的阻控效果為280 kg·hm-2>200 kg·hm-2>240 kg·hm-2>160 kg·hm-2>80 kg·hm-2>200 kg·hm-2，可見Ⅰ鈍化劑對鎘的阻控效果與藥劑添加量無明顯關聯性。

表4 試驗組1土壤中有效態鎘變化情況

2.3.2 鈍化劑Ⅱ試驗結果

施加Ⅱ鈍化劑后試驗組2土壤中有效態鎘變化情況見表6。試驗組2施用鈍化劑后，處理2-2～2-4土壤中有效態Cd的含量平均值為0.088 mg·kg-1，與2018年土壤有效態Cd的含量0.133 mg·kg-1對比，平均下降值0.045 mg·kg-1，下降率為33.58%。

表6 試驗組2土壤中有效態鎘變化情況

由表6、表7可見：Ⅱ鈍化劑對土壤中鎘具有一定鈍化效果，具有一定程度的阻控效果，較上一年度下降33.58%；Ⅱ鈍化劑添加量160 kg·hm-2時對鎘的鈍化效果最好，其次為240 kg·hm-2添加量，Ⅱ鈍化劑對土壤中鎘的鈍化效果為160 kg·hm-2>240 kg·hm-2>80 kg·hm-2，可見Ⅱ鈍化劑對鎘有效態的鈍化效果與藥劑添加量無明顯關聯性；添加Ⅱ鈍化劑后，對水稻籽粒中鎘含量阻控效果，240 kg·hm-2時最好，其次為160 kg·hm-2時，Ⅱ鈍化劑對鎘的阻控效果為240 kg·hm-2>80 kg·hm-2>160 kg·hm-2，可見Ⅱ鈍化劑對鎘的阻控效果與藥劑添加量無明顯關聯性。

表7 試驗組2不同鈍化劑添加量對土壤、籽粒中鎘含量的影響

2.3.3 鈍化劑 Ⅲ試驗結果

施用鈍化劑 Ⅲ后，3-2～3-4土壤中有效態Cd的含量平均值為0.067 mg·kg-1，與2018年土壤有效態Cd的含量0.133 mg·kg-1對比，平均下降值0.066 mg·kg-1，下降率為49.37%。

由表8、表9可見：Ⅲ鈍化劑對土壤中鎘具有一定鈍化效果，具有一定程度的阻控效果，有效鎘含量較上一年度下降49.37%、籽粒中鎘含量下降50.19%、籽粒中汞含量下降38.89%。Ⅲ鈍化劑添加量344 kg·hm-2時對鎘的鈍化效果最好，其次為264 kg·hm-2添加量，Ⅲ鈍化劑對土壤中鎘的鈍化效果為344 kg·hm-2>264 kg·hm-2>184 kg·hm-2，可見 Ⅲ鈍化劑對鎘有效態的鈍化效果與藥劑添加量成正比；添加 Ⅲ鈍化劑后，對水稻籽粒中鎘含量阻控效果，344 kg·hm-2時最好，其次為264 kg·hm-2時，Ⅲ鈍化劑對鎘的阻控效果為344 kg·hm-2>264 kg·hm-2>184 kg·hm-2，可見 Ⅲ鈍化劑對鎘的阻控效果與藥劑添加量成正比。

表8 試驗組3土壤中有效態鎘變化情況

表9 試驗組3不同鈍化劑添加量對土壤、籽粒中鎘含量的影響

3 結論與討論

土壤pH值是土壤環境質量調查與評價中最關鍵的土壤性質之一。對于重金屬污染的土壤，土壤pH值是影響土壤重金屬有效性的關鍵因素，土壤pH值升高會明顯增強土壤對陽離子的吸附能力，降低土壤中重金屬活性[9-10]。有研究表示，當土壤pH值升高時，土壤中有效態Cd含量相比對照最高降低幅度達到70%[11]。試驗農田土壤呈酸化趨勢，所用鈍化劑施用后減緩了土壤酸化趨勢，農田土壤pH值略有提高(提高了0.22～0.63)。實驗組Ⅰ鈍化劑、Ⅱ鈍化劑、 Ⅲ鈍化劑，土壤中有效態鎘含量較2018年分別平均下降27.94%、33.58%、49.37%，實驗組Ⅰ、Ⅱ鈍化劑下降程度與藥劑施用量關聯性不明顯，Ⅲ鈍化劑下降程度與藥劑施用量成正比；水稻籽粒中鎘含量較2018年分別平均下降38.08%、36.11%、50.19%，各實驗組阻控效果較明顯；Ⅰ藥劑施用量280 kg·hm-2時土壤中有效態鎘鈍化(達36.22%)、藥劑施用量280 kg·hm-2時籽粒中鎘阻控效果最佳(達41.24%)；Ⅱ藥劑施用量240 kg·hm-2時籽粒中鎘阻控效果最佳(達33.33%)；Ⅲ藥劑施用量344 kg·hm-2時土壤中有效態鎘鈍化效果最明顯(達49.59%)、籽粒中鎘阻控效果最佳(達50.60%)。 Ⅲ鈍化劑對土壤鎘的鈍化效果、籽粒中鎘含量的阻控作用均較好，從藥劑添加量(成本)角度考慮，將 Ⅲ鈍化劑184 kg·hm-2作為推薦藥劑組合，提高農產品安全利用的保證。同時加強對試驗區跟蹤監測，進一步驗證治理效果的時效性，為后續技術推廣應用提供更為翔實的技術參數。