石灰降低酸性农田农产品中重金属积累的效果

倪中应+石一珺+谢国雄+章明奎

摘要 针对27份不同酸化程度的农田土壤设置对照（不施石灰）和施用石灰2个处理，相继种植蔬菜和水稻，比较研究了施用石灰对蔬菜和糙米中重金属积累的影响。结果表明，与对照比较，施用石灰可使蔬菜中Cd、Pb、Hg、As和Cr含量分别降低30.71%、14.30%、14.10%、6.46%、10.70%，糙米中Cd、Pb、Hg、As和Cr含量分别降低39.37%、17.96%、11.60%、5.40%、10.66%；降低效果随土壤pH值的下降而增强，以Cd最为显著。

关键词 农产品安全；重金属；石灰；酸性土壤

中图分类号 S141.3；X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2018）01-0176-02

农产品中重金属超标除了与农田受外源重金属污染有关外，还深受土壤性状恶化的影响，其中土壤酸化和有机质下降是加剧农产品重金属污染的重要原因[1-3]。因此，许多研究认为校治土壤酸碱度、增加优质有机肥投入可在一定程度上降低土壤重金属的活性，减少作物对土壤重金属的吸收[4-7]。施用石灰是一项古老而传统的酸性土壤改良和调控土壤养分的措施[8]，也是近年来耕地土壤改良和质量提升的重要内容，同时石灰因具有成本低廉、操作简单、容易被农户所接受等特点而受到越来越多的关注，并被认为是一项有效的农田重金属污染修复的重要措施[9]。本文通过同时对多处酸性土壤进行盆栽试验，进一步验证了施用石灰对蔬菜和水稻等农产品中Pb、Cd、Hg、As、Cr等常见重金属元素积累的影响。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

从浙江省等地挑选了27份酸性农田土壤用于试验。试验土壤的pH值在4.21～5.43之间，其中酸性（pH值4.5～5.5）土壤15份，强酸性（pH<4.5）土壤12份；土壤Pb、Cd、Hg、As和Cr含量分别在25.25～341.13、0.17～0.65、0.15～0.48、12.35～53.21、42.35～304.54 mg/kg之间。供试石灰石粉购自杭州，其pH值为12.7，含CaO 568 g/kg，含Pb、Cd、Hg、As和Cr分别为13.54、0.07、0.05、4.12、16.17 mg/kg。试验前土壤充分混匀并过5 mm筛；石灰施用前过100目（<0.125 mm）筛。

1.2 试验方法

每一土壤各设对照（不施石灰）和施石灰2个处理。施石灰处理的土壤pH值调节为6.5，石灰用量按浙江省地方标准《耕地土壤综合培肥技术规范》（DB 33/T 942—2014）执行，因初始土壤pH值不同，土壤石灰添加量在0.56～2.67 g/kg之间（相当于1.25～6.00 t/hm2）。盆栽试验在直径为30 cm、高为30 cm的塑料容器中进行，每个处理用土量为15 kg，盆栽土壤与石灰充分混匀后，于（25±1）℃室温及75%的土壤含水量下培养6个月后用于试验。试验先后种植蔬菜和水稻二季作物。蔬菜试验中每盆移栽4株25 d龄的青菜幼苗（品种为苏州青），移栽蔬菜前每盆各施复合肥（15-15-15）1.5 g；蔬菜生长60 d后，采集蔬菜地上部分样品用于分析。蔬菜收获后种植水稻，试验前每一处理分别施尿素、磷酸二铵和硫酸钾1.0、1.0、1.0 g作为底肥，加水使土表形成5 cm水层，选择大小、长势基本一致的3.5叶水稻秧苗移栽至盆中，每盆4株（品种为浙408）。1个月后加施肥料1次，用量同底肥。采用常规管理，105 d后水稻成熟采集谷物样品。

蔬菜样依次用含少量洗洁精的自来水、自来水各冲洗2～3次，去除附着的灰尘及其污染物质，之后用去离子水冲洗2～3次。清洗后取蔬菜可食部分切碎、混匀，用于重金属分析。谷物样风干后脱壳获得糙米样，并磨细过1 mm筛用于分析。植物样品采用HNO3-HClO4联合消煮[10]，用石墨炉-原子吸收光谱法测定Cd、Pb、Cr，用硫酸-硝酸-高锰酸钾消化（GB/T 17136—1997）-原子荧光光度计法测定Hg和As。

施石灰后农产品重金属含量降低比例（%）=（对照处理农产品中重金属含量-石灰处理中农产品中重金属含量）×100/对照处理农产品中重金属含量。

2 结果与分析

2.1 施用石灰对蔬菜重金属积累的影响

由图1可知，除个别情况外，与不施用石灰的对照比较，施用石灰可明显降低蔬菜地上部分重金属的积累，施石灰处理的蔬菜Cd、Pb、Hg、As和Cr含量分别比对照降低12.32%～46.87%、5.32%～41.32%、4.32%～31.52%、-3.74%～13.56%、4.28%～21.56%，平均分别为30.71%、14.30%、14.10%、6.46%、10.70%，降低效果以Cd最为明显，其次为Pb和Hg，对As的效果相对较小。相关分析表明，除Hg外，施用石灰蔬菜中重金属含量比对照降低的比例与土壤pH值存在负相关，Cd、Pb、Hg、As、Cr与pH值的相关系数分别为-0.442 5、-0.562 9、-0.524 5、-0.021 8、-0.416 6，说明土壤pH值越低，施用石灰对降低蔬菜中Cd、Pb、Hg和Cr积累的效果越佳。

2.2 施用石灰对糙米重金属积累的影响

由图2可知，施用石灰对糙米重金属积累的影响趋势与对蔬菜的影响相似，但影响程度有所不同，其中对Cd、Pb的下降程度为糙米大于蔬菜，而对Hg的降低效果为糙米低于蔬菜。施石灰处理的糙米Cd、Pb、Hg、As和Cr含量分别比对照降低19.65%～61.23%、8.57%～56.23%、2.36%～19.87%、-3.57%～10.68%和3.65%～18.74%，平均分别为39.37%、17.96%、11.60%、5.40%、10.66%，作用效果也以Cd最为明显，其次为Pb；同样，对As的作用相对较小。施用石灰糙米中Cd、Pb、Hg和Cr重金属含量比对照降低的比例与土壤pH值也存在显著相关，Cd、Pb、Hg、As、Cr与pH值的相关系数分别为-0.527 6、 -0.552 1、-0.535 2、-0.216 6、-0.693 9。

3 结论与讨论

对27份不同酸化程度农田土壤进行蔬菜试验和水稻试验都表明，施用石灰可降低蔬菜和糙米中重金属的积累，尤其对Cd和Pb的效果最为明显；土壤酸度越强，施用石灰降低农产品中重金屬积累的效果越明显。鉴于我国近年来农田土壤酸化加剧、酸化土壤面积呈增加趋势及酸化对农产品中重金属积累的明显影响，建议把施用石灰作为日常性农业措施推广应用。

4 参考文献

[1] 倪中应，谢国雄，章明奎.酸化对耕地土壤镉铅有效性及农产品中镉铅积累的影响[J].江西农业学报，2017，29（8）：52-56.

[2] 徐明岗，李菊梅，张青.pH对黄棕壤重金属解吸特征的影响[J].生态环境，2004，13（3）：312-315.

[3] 乔冬梅，齐学斌，庞鸿宾，等.不同pH对对重金属Pb2+形态的影响研究[J].水土保持学报，2010，24（6）：173-176.

[4] 赵小虎，刘文清，张冲，等.蔬菜种植前施用石灰对土壤中有效态重金属含量的影响[J].广东农业科学，2007，43（7）：47-49.

[5] 代允超，吕家珑，曹莹菲，等.石灰和有机质对不同性质镉污染土壤中镉有效性的影响[J].农业环境科学学报，2014，33（3）：514-519.

[6] 朱奇宏，黄道友，刘国胜，等.石灰和海泡石对镉污染土壤的修复效应与机理研究[J].水土保持学报，2009，23（1）：111-116.

[7] 周歆，周航，曾敏，等.石灰石和海泡石组配对水稻糙米重金属积累的影响[J].土壤学报，2014，51（3）：555-563.

[8] 蔡东，肖文芳，李国怀.施用石灰改良酸性土壤的研究进展[J].中国农学通报，2010，26（9）：206-213.

[9] 陈远其，张煜，陈国梁.石灰对土壤重金属污染修复研究进展[J].生态环境学报，2016，25（8）：1419-1424.

[10] SPARK D L. Methods of Soil Analysis，Part 3：Chemical Methods[M].Madison：SSSA and ASA，1996：703-919.