不同治理措施在文山受污染稻田的應用效果

胡興鋼，宋瑞瑚，李曉梅，劉潤梅

（文山州農業環境保護與農村能源管理站，云南文山 663099）

引言

土壤是人類賴以生存的主要資源之一，土壤的質量在一定程度上決定了農作物的產量和品質，農田土壤污染會直接導致糧食的減產和間接通過食物鏈的生物放大效應威脅人們的身體健康。重金屬是指比重＞5的金屬，在環境污染方面主要有汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等具生物毒性的重元素。重金屬于大氣、水體、土壤環境中普遍存在，并在3種環境間相互遷移[1]。土壤中的重金屬污染具有不可逆性、長期性、隱蔽性、易富集性和毒性強等特點[2]，目前某些地方重金屬已經對土壤造成了非常大的影響。水稻作為我國的主要糧食作物，重金屬在其稻米中的富集對人類健康存在潛在威脅。自20世紀以來，我國稻米重金屬超標問題日益嚴重。2014年全國土壤污染調查公報顯示，重金屬鎘、汞、鉛、鉻、鋅的點位超標率分別為7.0%、1.6%、1.5%、1.6%、1.1%，耕地土壤點位超標率為19.4%[3]，林承奇等[4]的研究結果表明閩西南地區稻米Cd、Ni、Cu含量超標率分別為8.9%、4.4%和2.2%。

通過采取不同的治理措施對重金屬污染的稻田進行修復，降低土壤中重金屬污染物向水稻中的遷移，從而得到安全、可食用的稻米。降低重金屬對稻田及水稻污染的治理措施有如下幾種：施加土壤調理劑，通過對土壤重金屬進行固定和鈍化，以降低重金屬活性，減少重金屬向作物的遷移量；采用農藝措施治理，合理施肥，可以有效減輕土壤中重金屬的含量，降低重金屬的危害，提高作物產量，改善產品品質[5]。丁凌云等[6]通過采用石灰、過磷酸鈣和有機物等改良劑對水稻產量和重金屬吸收進行研究，發現石灰+過磷酸鈣（0.4kg/m2）能夠顯著降低水稻中的重金屬含量。劉登彪等[7]通過設置不同葉面阻控劑濃度，探究了其對土壤和稻米鎘含量的影響。本研究根據農產品協同監測結果，篩選出樣品超標的輕中度污染耕地，分別選用石灰調節、葉面調控、優化施肥、土壤調理劑等安全利用措施技術，開展輕中度污染耕地安全利用技術試驗，為全州輕中度污染耕地安全利用提供技術支撐，為推進受污染耕地安全利用工作奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2021年2—12月在文山市某地，地勢平坦，土壤肥力均勻，試驗地面積為390.05畝。根據土壤環境質量類別劃分結果，本試驗地塊屬安全利用類。

選擇的水稻品種為科豐182和中浙優10號。葉面調控劑由江蘇天象生物科技有限公司提供、優化施肥的肥料為江蘇天象生物科技有限公司生產的“威力特”、土壤調理劑為江蘇天象生物科技有限公司提供的“天象1號”（降鎘型）。

1.2 試驗設計

試驗設計5個處理：CK為對照試驗（常規施肥），A為常規種植+石灰（石灰100kg/畝），B為常規種植+葉面調控（葉面阻控劑225g/畝），C為常規種植+優化施肥（復合微生物菌肥25kg/畝），D為常規種植+土壤調理劑（土壤調理劑250kg/畝）。每個處理設3次重復，共計設30個小區，每個小區面積30㎡。每個小區之間至少留0.5m的保護區，整個試驗區四邊各預留0.5m以上保護行。水稻采用當地常規栽培，單行條栽，株行距為20cm*26cm，每穴1-2株，栽種密度為19.2萬穴/hm2。

1.3 施肥處理

表1 試驗處理

1.4 樣品采集與處理

1.4.1 土壤樣品的采集

試驗田整平后灌水施肥插秧前，在整個試驗區采集1個基礎土樣送檢。收獲后在每個處理小區采集1個樣品送檢。每個采集點要求用梅花5點法采集表層0-20cm混合土樣。每一點采取的土樣厚度、深淺、寬窄大體一致，各點差異不能大，土樣混合后留樣總量不少于3kg。土樣風干后分別用干凈塑料袋密封保存，標簽牌編號與田間品種吊牌一致，測定土壤重金屬Cd、Cr、As、Pb、Hg全量，重金屬有效態Cd、Pb含量，pH值等。

1.4.2 水稻樣品采集與處理

水稻樣品與對應點位土壤樣品同步采集。在90%谷粒變黃時，分品種分小區收獲，成熟一個品種收獲一個，避開小區兩端邊株，采集每個土壤樣品分樣點最近的整株稻穗（梅花5點法取樣），去雜后單獨裝網袋。每一點采取的稻穗大體一致，各點差異不能大，樣品混合后總量不少于2kg（按稻谷干重樣計），數量不夠時增加取樣稻穗數。標簽牌編號與田間品種吊牌一致，檢測糙米重金屬Cd、Cr、As、Pb、Hg含量。

1.5 數據處理

試驗數據采用Excel軟件進行分析整理。

2 結果與分析

2.1 不同處理措施對土壤重金屬的影響

不同的施肥措施會對土壤中的重金屬元素產生影響，由表2可知，不同的施肥處理均能降低土壤中Hg、Cd、Cr、As、Pb的含量。其中土壤中的鎘和砷超過了土壤環境質量標準（GB 15618—2018），其余的汞、鉻、鉛均未超過土壤環境質量標準。

表2 不同處理措施對土壤重金屬的影響

在本研究中，不同處理措施對減少土壤中的鎘和砷含量的影響均呈現土壤調理劑（D）＞優化施肥（C）＞石灰（A）＞常規種植（CK）＞葉面調控（B）。其中，葉面調控劑對土壤重金屬含量無太大影響。種植科豐182的土壤中不同施肥措施的Cd含量呈現出差異，其中A和B與CK、C和D與CK呈現出顯著的差異性；C、D與CK在As的含量上呈現出顯著的差異性。種植中浙優10號的土壤中不同處理措施的Cd含量均與CK呈顯著性差異，B、C、D的As的含量均與CK無顯著的差異性。

2.2 不同處理措施對水稻籽粒重金屬的影響

如表3所示，不同處理措施對水稻籽粒的Hg、Cd、Cr、As有不同程度的影響。在施用石灰、葉面調控劑、土壤調理劑后，水稻籽粒中的重金屬均有一定程度的下降，其中在施用土壤調理劑后，水稻籽粒中重金屬含量下降最明顯，呈現出土壤調理劑（D）＞葉面調控（B）＞優化施肥（C）＞石灰（A）＞常規種植（CK）的趨勢。

表3 不同處理措施對水稻籽粒重金屬的影響

在本研究中，Hg的含量在土壤中不超標，但在水稻籽粒中超標，施加葉面調控劑和土壤調理劑后能夠顯著降低水稻籽粒中的汞含量。土壤中鎘含量超標，以常規種植的方式進行種植，無論是科豐182還是中浙優10號，其籽粒中的Cd的含量都超標，通過不同處理措施進行處理后，科豐182籽粒中的Cd含量明顯下降，大部分水稻都已滿足食品限量標準。通過對比兩種不同品種的水稻可以看出，中浙優10號對Hg、As有低累積效應，而科豐182在Cd、Cr污染的土壤中種植效果更好。

3 討論

本研究是在中輕度污染的土壤中采用施加石灰、土壤調理劑、優化施肥、葉面阻控4項措施以及兩種水稻品種，通過大田試驗來探究其對土壤和稻米中重金屬的降低效果。結果表明各項措施均能降低土壤中重金屬的含量，使稻米中的重金屬含量低于GB2762—2017限量，滿足耕地安全利用的目的。

大量研究表明，在受重金屬污染的農田上施用石灰、土壤調理劑等能有效降低土壤中的重金屬含量。施加石灰和土壤調理劑能改變土壤pH值、陽離子交換量，從而直接影響重金屬離子的生物化學行為。李鵬等[8]研究發現，沉積物中的重金屬Cu和Zn的釋放量隨pH值的增加而顯著降低；徐明崗等[9]通過比較Cu、Zn、Cd、Pb、Co、Ni等6中典型重金屬在不同pH值下的解吸，結果發現其解吸比例隨pH值升高而降低；陳誠等[10]研究發現，施用土壤調理劑能顯著降低稻米中的Cd含量，并且能夠提高土壤pH值，從而降低土壤有效Cd含量，降低土壤Cd活性。在本研究中，施用石灰和土壤調理劑后能明顯降低土壤和稻米中Cd和As的含量。這也印證了以往的研究結果。

噴施葉面阻控劑能夠顯著降低稻米中的重金屬含量。李伯平[11]通過噴施葉面阻控劑，可以使鎘停留在植物根、莖基部，阻止其向稻米中傳送，噴施后稻米和稻草中重金屬鎘含量分別比對照降低了41.5%和25.3%；劉登彪等[12]通過設置不同葉面阻控劑，探究其對土壤pH值、全鎘、有效態鎘，以及對稻米中鎘含量的影響。研究結果表明：各處理的葉面阻控劑處理對稻米中鎘含量均有不同程度的降低。本研究表明：噴施葉面阻控劑雖對土壤中重金屬含量沒有太大影響，但其能明顯降低稻米中的重金屬含量。

施肥方式的不同對土壤中重金屬的含量產生影響，化肥和有機肥中除含有作物必須的養分外，還含有一定量的重金屬元素，長期單一施用化肥會導致土壤中重金屬含量升高[13]，尤其是施用磷肥會對土壤重金屬累積產生影響[14]。優化施肥能夠有效降低土壤中重金屬的含量，施用配方肥整體上可以降低土壤重金屬污染風險[15]。在本研究中，采用優化施肥能夠有效降低土壤中重金屬的含量。

水稻的品種對稻米中重金屬的積累量也具有顯著影響[16]。不同水稻品種在不同器官之間對重金屬的富集能力也不相同。仲維功等[17]通過在土壤中添加重金屬，研究了43個不同類型的水稻品種對重金屬的吸收規律，發現不同水稻對重金屬的累計能力具有顯著的差異。本研究結果表明：中浙優10號對Hg、As有低累積效應，而科豐182在Cd、Cr污染的土壤中種植效果更好。

4 結束語

在Cd和As超標的污染農田中，種植水稻后分別采用石灰、葉面阻控、優化施肥、土壤調理劑四種措施配用結果如下。

（1）除葉面阻控外，其余三種措施均使得污染農田上的土壤Cd和As含量下降；

（2）四種處理措施均能降低稻米中的重金屬含量，呈現出土壤調理劑（D）＞葉面調控（B）＞優化施肥（C）＞石灰（A）＞常規種植（CK）的趨勢；

（3）通過對比兩種不同品種的水稻可以看出，砷污染的土壤中更適合種植中浙優10號，而在Cd污染的土壤中更適合種植科豐182。