江华县重金属镉污染农田控制技术初探

吴唐福，王相琴，李昌文，陈召宇

（江华瑶族自治县农业农村局，湖南江华425500）

全球经济迅猛发展，工业化和现代化进程不断加快，随之而来的是农田受到大量重金属元素的污染，土壤质量呈持续下降趋势，农产品的产量和质量受到严重影响。作为土壤污染的主要类型之一，重金属污染对农田危害性最为严重，土壤系统中的大量重金属通过食物链在人体内蓄积，达到有害水平最终危害人体健康［1］。2015年按照湖南省农业资源与环境保护管理站统一部署，江华瑶族自治县相关部门在桥头铺镇下蒋村开展重金属镉污染稻田“低镉品种+优化水分管理+施用生石灰”（VIP）及“低镉品种+优化水分管理+施用生石灰+土壤钝化剂/叶面阻隔剂”（VIP+n）控镉技术体系的试点工作，旨在探索江华瑶族自治县耕地土壤及稻米重金属污染规律，组装集成对应的修复治理技术模式，以进一步验证和完善VIP、VIP+n技术体系，探索符合江华当地实际的技术体系。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

江华地处湖南省最南端，潇水源头，湘、粤、桂三省（区）结合部，年平均日照时数1758 h，无霜期308 d，年平均气温18.0～18.5℃，年降水量1510 mm，具有气候温和、雨量充沛、冬寒期短、夏无酷暑、无霜期长、湿度大的气候特点。主要作物有水稻、玉米、烟草、红薯等。

1.2 试验地点与材料

试验地点位于江华县桥头铺镇下蒋村17组（25.2877°N，111.5172°E）。试验田面积 1500 m2，肥力水平、污染程度一致，距主要交通干道在150 m以上，灌溉水源为涔天河水库渠道水。试验田土壤为第四纪红土、板页岩发育的潴育性水稻土，pH 5.0，全镉含量0.615 mg/kg，高于《土壤环境质量标准》二级标准值（0.30 mg/kg），属重度污染农田。

供试早稻品种：低镉品种株两优819、株两优189，当地主栽品种株两优08；供试晚稻品种：低镉品种金优59、湘晚籼12号，当地主栽品种五优103。

供试化肥为尿素（含N 46%）和45%复合肥（15-15-15）。基肥在抛秧前施下，追肥在移栽返青后施用。

供试原料：本地产生石灰、湖南永州种业有限公司提供的土壤钝化剂和叶面阻控剂。

1.3 试验设计

共设10个处理，具体方案如表1。每处理3次重复，随机区组排列，共30个小区。小区面积30 m2，各小区间作埂，留走道和灌排水沟。田埂高度30 cm，用农膜覆盖，确保每个小区单排单灌。

表1 试验设计

1.4 试验方法

早稻于4月3～4日播种，4月17日整地前采集土壤样品，5月1日耕田，5月5日耙田后施基肥并移栽早稻，6月9日撒施石灰，6月15日防治病虫害，7月14～22日采集土壤样品和稻谷样品，并收割。

晚稻于6月22日播种，7月29～30日人工整理试验小区、施试验专用肥后移栽。

1.5 数据分析

试验数据计算与分析用DPS统计软件进行。

2 结果与分析

由于稻米铅和砷含量相差不大，本文主要分析降镉技术对稻米镉含量的影响（表2、表3）。方差分析表明，桥头铺镇下蒋村小区试验土壤的有效态镉（早、晚稻）差异不显著，说明试验田背景值符合试验要求。

表2 稻田重金属污染VIP技术修复治理试点稻米重金属含量检测结果

表3 稻田重金属污染VIP技术修复治理的土壤与稻米镉含量分析结果

早稻稻米镉含量 V、P、VP、IP、VIP、V+n1、VIP+n1、VIP+n2等8个处理之间差异不显著；V、V+n1、VIP+n1等3个处理与对照和I处理之间存在显著差异。

晚稻稻米镉含量 V、I、P、VP、VIP、V+n1、VIP+n1、VIP+n2等8个处理之间差异不显著；V、VP、VIP、V+n1、VIP+n1、VIP+n2等 7个处理与对照和IP处理之间存在差异显著。

2.1 V处理

早、晚稻该处理与对照降低稻米镉含量均在80%以上，参考土壤背景值低于20%，加权计算仍可达60%。

2.2 I处理

早稻稻米镉含量与对照的差别不大，但晚稻比对照稻米镉含量降低37.1%。这可能与早稻期间当地降雨量、降雨日多有关，即田块大部分时间处于湿润状态，优化灌溉水管理措施的效果体现不出来；而晚稻期间降水较少，通过优化灌溉水管理，有一定效果，但效果还不太明显。

2.3 P处理

早稻的稻米镉含量比对照降低50%，晚稻稻米镉含量降低70%，说明施生石灰对降低稻米镉含量有一定效果。

2.4 VP处理

与对照相比，早稻稻米镉含量降低30%，晚稻稻米镉含量降低60%，说明施生石灰对降低稻米镉含量也有一定效果，但并没形成V+P的叠加效应。

2.5 IP处理

早、晚稻与对照比降低稻米镉含量都在20%以内，这与该处理背景值可能有一定关系（比对照高11.8%）。

2.6 VIP处理

与对照比，早稻稻米镉含量降低近60%，晚稻稻米镉含量降低80%以上，说明采用低镉品种+优化水分管理+施用生石灰这个技术组合降镉效果好，且晚稻比早稻的效果更好，表明灌溉水处理的叠加效应体现出来了。

2.7 V+n1处理

早稻和晚稻稻米镉含量分别较对照降低87.7%、69.7%，参考土壤背景值低近20%，加权计算仍可达50%左右。

2.8 VIP+n1处理

早稻和晚稻稻米镉含量分别降低82.4%、78.7%，说明采用低镉品种+优化水分管理+施用生石灰+土壤钝化剂技术组合能明显降低稻米镉含量。土壤钝化剂价格较昂贵，且其叠加效应并不十分明显，致使这一技术组合在推广上有一定难度。

2.9 VIP+n2处理

该处理下早稻和晚稻稻米镉含量分别降低39.2%、64.7%，效果不及VIP处理，表明施用叶面阻控剂效果不如施用土壤钝化剂。尽管叶面阻控剂成本比土壤钝化剂低，但其对降低稻米镉含量作用还有待进一步探讨。

3 小结与讨论

本试验采用10种镉控制技术来探讨江华县耕地重金属镉污染的控制情况，结果表明：采用低镉品种可以降低稻米镉含量，成本较低，但适合本地种植的低镉水稻品种产量不高，米质也不太好；采用VIP（低镉品种+优化水分管理+施用生石灰）技术、VIP+n（低镉品种+优化水分管理+施用生石灰+土壤钝化剂/叶面阻隔剂）技术可以明显降低稻米镉含量50%～80%，达到国家稻米食用标准，表明VIP技术及VIP+n技术可以在江华瑶族自治县土壤镉含量0.3 mg/kg以上，pH值6.5以下的镉污染农田上推广应用。

湖南是水稻种植大省，但越来越多的耕地受到重金属镉的污染，因此，降低镉在水稻中的含量成为亟待解决的问题。唐金花等研究出的“种植低镉水稻品种+优化水分管理+撒施石灰修复技术”组合能够降低重金属污染农田稻米镉含量，并在湘潭县进行推广［11］。土壤重金属污染的主要特点为范围广、持续时间长、降解困难，且随着食物链逐渐富集到生物体内［13］。目前，应用成熟的土壤镉污染修复方式主要有钝化剂原位修复、原位淋洗修复、植物修复、微生物修复、电动修复［10］。随着生态环境恶化加剧，传统的物理、化学修复方法的缺点越来越明显，因此植物修复、微生物修复、电动修复技术的优点就逐渐显现出来，利用生物工程及转基因技术筛选出优良品种也不失为一种方法。