酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術及應用

摘 要：農田土壤的質量及其狀態與農田生產力息息相關。基于此，介紹了酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術，闡述了酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術的選擇原則，并提出了酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術的應用建議，以期提高農產品的產量與品質，為促進農業產生的高質量發展提供參考。

關鍵詞：鎘污染；土壤改良技術；安全利用技術

中圖分類號： X53 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）06–0-03

農田生產力在一定限度上取決于農田土壤的質量與狀態。部分南方地區正面臨土壤酸化這一嚴峻的生態挑戰，尤以經常接受化肥施用和實施水旱輪作制度的稻田最為明顯。在受影響的土壤中，鎘元素頻繁超過安全標準，導致稻米污染[1]。研究指出，酸性條件下的稻田土壤更容易導致稻米中鎘含量增加，形成所謂的“鎘大米”。

鑒于此，對酸性稻田土壤進行改良，能解決土壤酸性、營養匱乏、板結及黏性等問題，并減少土壤中重金屬的含量，對防止污染物質轉移至農作物的可食部分具有重要作用。同時，這對能確保農產品的產量與品質、促進水稻產業向綠色和高品質方向發展至關重要。

1 酸性鎘污染稻田土壤概述

酸性鎘污染稻田土壤已成為全球性的環境難題，其對農業生產、生態系統穩定及人類健康構成巨大威脅。鎘作為一種有毒重金屬，可以通過工業排放、農用化合物及大氣沉降等多種途徑進入土壤。在酸性環境中，鎘的生物可利用性顯著提高，使得稻田土壤更易受其污染。這不僅直接影響稻米的產量和品質，而且其通過食物鏈影響人體健康，引起腎臟疾病、骨質疏松等多種慢性疾病。因此，解決酸性鎘污染的問題刻不容緩[2]。

2 酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術

2.1 土壤改良技術

2.1.1 石灰調酸

石灰為堿性物質，可平衡酸性稻田土壤的pH值，降低土壤中重金屬陽離子活躍度。其主要通過加快重金屬陽離子共同沉淀，從而減弱重金屬在土壤中的活性。

標準操作是在水稻播種前7 d左右，將石灰均勻鋪撒于土壤表面，然后通過翻耕或旋耕使其與土壤深層混合。同時，施用石灰時需避免與化肥同時使用或混合。

對于pH值＜5.5的土壤，建議石灰施用量為1 500

～3 000 kg/hm2；對于pH值在5.5～6.5之間的土壤，石灰施用量應調整為750～2 000 kg/hm2。

此外，針對不同類型的土壤，石灰的施用量也有所區別。一般情況下，石灰施用量由大到小依次為黏土、壤土、砂壤土。

值得注意的是，連續或過量施用石灰可能導致土壤板結問題。因此，每隔2～3年施用1次石灰為宜，并建議在施用石灰的同時，適量增加有機肥料的施用量，以維持土壤的良性循環[3]。

2.1.2 土壤調理劑調控

在受鎘污染的酸性稻田應用土壤調理劑能顯著提高土壤的pH值。該方法通過離子交換和礦物化過程，能將土壤中的重金屬元素轉換為難溶、移動性差且極為穩定的金屬礦物形態，以此減弱土壤重金屬的活性。這種變化有助于減少作物對重金屬的攝取，特別是減少作物對鎘的攝取。

同時，土壤調理劑的應用還能顯著增加土壤中鈣、鎂、硅等關鍵營養元素含量，進而提高土壤的營養水平和耕地的整體質量。

一般情況下，建議在水稻移栽或直播前1～2周，將土壤調理劑均勻地撒于田塊表面，并將其混合至耕層。施用后，需保證田間的持水量不低于60%（持續至少3 d）。同時，避免在相同時間內混合施用土壤調理劑和化肥。

2.1.3 種植紫云英

土壤中的有機質對鎘等多種重金屬元素具有顯著的吸附和絡合作用，這有助于減弱金屬元素在土壤的活躍度。種植紫云英并將其翻入土壤，能有效增加土壤有機質的含量，從而減少作物對重金屬的吸收量和籽粒中重金屬的累積量。

針對安徽省沿江地區的稻田，建議種植南昌種、湘肥1號、弋江籽和弋江大葉等紫云英品種[4]。根據水稻收割的時機，9月中旬至10月末是種植紫云英的理想時段。也可采取與水稻輪作的方式進行復種，推薦的播種量為22.5～30.0 kg/hm2。

在紫云英盛花時期（水稻移栽前7～15 d），對其進行翻壓，翻壓量應在22 500～30 000 kg/hm2之間。翻壓后的30 d內，需對田塊進行適度灌溉，避免排水。同時，針對用紫云英翻壓的稻田，還需適當減少氮肥的使用量。

2.2 安全利用技術

2.2.1 選用低鎘積累水稻品種

在水稻種植中，水稻品種對鎘的吸收與積累存在差異，這主要歸因于不同水稻品種對鎘的吸收與轉運能力及對鎘的生理響應各不相同。通過栽培鎘積累量較低的水稻品種，可降低稻米中鎘超標的可能性。相關研究表明，在鎘污染的環境下，粳稻品種相較于秈稻品種，其籽粒中的鎘含量較低。

因此，農民可根據當地實際情況選擇具備高鎘抗性和低鎘積累能力的水稻品種進行種植，如鎮稻11號、太湖糯、寧粳5號等。這不僅能夠增強稻米的食用安全性，還有利于促進農業可持續發展。

2.2.2 優化施肥

根據測土配方原則進行科學施肥，可有效避免因施用化學肥料不當而引起土壤重金屬污染物激活現象。在基礎肥料的選擇上，優先施用生物有機肥（可結合深耕作業）。生物有機肥含豐富的有機物質和微量元素，不僅能夠增強土壤肥力，為作物提供所需營養，而且有機物對重金屬的吸附與螯合能增強土壤對金屬的固定作用，從而有效減少作物對重金屬的吸收量。在生物有機肥的施用上，建議施用3 t/hm2的生物有機肥為基肥，并根據具體的土壤肥力狀況和作物生長情況，相應減少45% NPK（15-15-15）復合肥的施

用量。

同時，在鉀肥的選擇上，推薦施用硫酸鉀；在磷肥的選擇上，建議施用鈣鎂磷肥；在氮肥的選擇上，推薦施用尿素或碳銨。此外，嚴禁使用重金屬含量超標的肥料，避免污水污泥、生活廢棄物和工業垃圾等影響農田土壤。

2.2.3 水分調控

田間水分管理是調節土壤酸堿度的有效途徑之一。在酸性土壤中，持續淹水操作能引導土壤進入還原狀態，顯著提高土壤pH值，同時減弱重金屬鎘的活性，從而有效減少作物對鎘的吸收。實施水分管理策略時，農民應確保灌溉水的清潔性，并在水稻生長的拔節期至灌漿期間進行水分調節。

具體做法包括在水稻返青期保持較淺的水層，分蘗期采取干濕交替的策略，孕穗期至灌漿期實行淹水灌溉（水層高度維持在3～5 cm之間），而在灌漿期采取間歇灌溉的方法，直至收獲前水層高度保持在3 cm左右。收割前7 d，應排干田間水分，防止過早因斷水而影響作物生長。冬季閑置期應排水曬田，以避免因過長時間的積水而造成土壤次生鹽漬化的問題。

采取以上管理措施不僅有利于作物生長環境的優化，還能有效降低土壤重金屬污染風險，確保農作物生產的安全。

2.2.4 葉面調控

葉面施用含硅、鋅等益生元素的肥料，能顯著提升作物的逆境抵抗力，并通過與作物體內的重金屬進行競爭性吸收，有效抑制了重金屬沿植物從根部到地上部分的轉移，從而減輕作物內重金屬的聚集，并降低其在可食用部位的含量。

對于既有鎘污染又缺少硅、鋅的稻田，采用葉面施肥技術尤為合適。在施用含硅的水溶性肥料時，建議稀釋倍數在500～600倍之間，而用于航空噴灑的量則應控制在1.5～3.0 L/hm2之間。

2.2.5 深翻耕

深翻耕技術的核心目的是將受污染的表層土壤與下層的潔凈土壤相混合，以此減少表層土壤中的重金屬含量。其能有效減少土壤中重金屬的濃度，保護土壤結構不被過度破壞。該技術主要在冬季空閑期或春季操作，利用農業設備破壞稻田內相對厚重和緊實的犁底層，平均耕作深度約為20 cm，并保留約5 cm的犁底層不受影響。

同時，冬季和春季深翻耕分別在不同的時間段進行。冬季深翻耕在單季稻或雙季晚稻收割后進行，春季深翻耕則在冬播綠肥的盛花期或冬季作物收割后實施。

此外，深翻耕技術雖然適用于大部分農田，但對于一些特殊類型的土地，如沙漏田和潛育性田，此技術并不推薦使用，且不應每年連續進行，以每隔3年執行1次為宜。

3 酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術的選擇原則

3.1 可行性

選擇的技術方案必須具有一定的成熟性、可操作性。在技術層面，應確保所選的土壤改良和安全使用措施能有效解決酸性鎘污染稻田問題，達成目標，且能夠被廣泛應用；在經濟層面，治理和修復的成本控制在農民可承受的范圍內，以促進技術的大規模推廣應用，確保能產生一定的經濟效益[5-7]。

3.2 安全性

在酸性農田土壤改良與修復的過程中，應首選對耕地土壤環境質量影響較小的技術和措施。同時，確保所有使用的農業用品均達到相應的標準要求，并對農產品中的重金屬含量進行精確檢測，避免使用會加劇土壤酸化問題的肥料和改良劑[8]。此外，通過科學規劃土壤改良和安全利用的策略，堅持按照既定的流程操作，可以有效防止土壤、水源及作物受到二次污染，從而保護生態環境，確保農產品的質量安全。

3.3 適宜性

在前期試驗示范成果的基礎上，選擇已驗證、成熟且安全性高的耕地安全利用技術方案，目的是減少技術實施過程中的風險[9]。在選擇當地作物的種類和種植方式時，應綜合考量土壤pH值、污染水平、受污染地區范圍、污染物類型及修復過程所需的時間和成本等要素，以選取最適合當地的治理酸性鎘污染稻田土壤的修復技術。

4 酸性鎘污染稻田土壤改良與安全利用技術的應用建議

4.1 選擇低鎘積累品種

根據當地特有的水稻種植傳統及作物品種多樣性，精心篩選在重金屬，尤其是鎘方面顯示出較低累積傾向的水稻品種進行栽培[10]。專注于不同水稻品種對鎘吸收的差異性，優先選擇具有抗性強、低鎘累積特性的高產量水稻品種。這種方法不僅有助于減少作物的重金屬含量，還能在保障產量的基礎上增強作物的安全性，促進農業的健康可持續發展。

4.2 實施水肥綜合調控

在不同階段對水稻實施合理的水肥綜合管理策略十分必要，同時應選擇更環保的農業用品，包括優先使用含重金屬量低的化學肥料、堿性肥料及有機肥，從而減少作物可食用部分中重金屬的吸收。面對酸性鎘污染的稻田土壤，農民應盡可能避免或減少含高酸性的肥料（或物質）如過磷酸鈣、尿素的使用。

此外，在水稻生長的關鍵時期，農民應使用葉面施用的硅肥和其他微量元素肥料，有效減少作物對重金屬鎘的吸收和積累。

4.3 改良土壤環境

對酸性稻田土壤環境進行改良的技術焦點在于平衡土壤pH值。借助石灰、有機肥料及土壤調理劑的應用，能顯著提高土壤pH值，同時增加土壤中的有機物含量。這些措施有利于降低土壤中重金屬鎘的有效性及對作物的潛在威脅，有效限制作物對土壤重金屬的攝取。而實施深翻耕作、植物輪作，有助于增強土壤的環境負荷能力和抵御環境風險的能力。這些綜合措施旨在改善酸性稻田土壤環境，推動農業高質量發展。

5 結束語

針對酸性鎘污染稻田土壤的改良與安全利用是一項復雜而又至關重要的任務。選擇合適的改良與安全利用技術，不僅能有效減弱土壤中鎘的活性，降低其對稻米的轉移率，而且能恢復土壤的生態功能，保障糧食安全和農業可持續發展。在實施改良措施時，農民應遵循可行性、安全性和適宜性的原則，綜合考慮土壤條件、污染程度和經濟效益等因素，選擇最適宜的技術路徑。此外，加強對酸性鎘污染稻田管理的研究，推廣有效的改良與安全利用技術，對保護環境、促進農業健康發展具有重要意義。未來，應持續加強科技創新，為實現土壤資源的可持續利用提供堅實保障。

參考文獻

[1] 陳思民，盧新哲，黃春雷，等.強酸性輕度鎘污染稻田安全利用技術模式探究：以浙江省永康市鎘污染試驗區為例[J].浙江大學學報（農業與生命科學版），2023，49（6）：853-862.

[2] 高大林.不同鈍化劑在Cd污染稻田土壤上的修復效果研究[D].合肥：安徽農業大學，2021.

[3] 方澤波.污染酸性稻田土壤靶向調酸及其降鎘效應[D].長沙：湖南師范大學，2021.

[4] 程偉，張敏，李一路，等.“大三元”土壤調理劑各組分對酸性鎘污染稻田的修復效果[J].湖南農業科學，2020，（8）：34-36.

[5] 李娟.安全利用類輕中度鎘污染農田土壤原位調理修復應用研究[D].北京：北京林業大學，2020.

[6] 閔建美.輕中度鎘污染耕地安全利用技術及其實施成效[J].南方農業，2024，18（3）：66-70.

[7] 胡含秀，周曉天，王垚，等.修復復合肥與鈍化劑對鎘污染農田水稻安全生產的效果研究[J].江蘇農業科學，2023，51 （23）：203-210.

[8] 覃樹濤，盧揚學，盧子遠，等.不同土壤調理劑對桂東中度鎘污染農田的修復效果[J].農技服務，2023，40（10）：56-61.

[9] 唐云鵬，胡勝男，陳鑌，等.三季油料作物輪作模式安全利用鎘污染農田及其經濟效益評估[J].環境工程學報，2023， 17（8）：2655-2664.

[10] 張稷策，劉燚.耕地土壤鎘污染現狀及治理措施：以湖南省衡陽市祁東縣為例[J].北京農業職業學院學報，2023， 37（3）：71-76.

收稿日期：2024-04-25

基金項目：池州市優悠家庭農場農用地安全利用項目（CZG42022452）。

作者簡介：陳新友（1969—），男，安徽貴池人，高級農藝師，主要從事農產品質量安全和農業環保研究。#通信作者：章飛翔（1993—），男，安徽銅陵人，工程師，主要從事土壤污染治理與修復工作，E-mail：1819757781@qq.com