酸性轻、中度镉污染稻田“VIP+n”综合治理技术模式及效益分析

唐熙雯

摘 要：“VIP+n”农田重金属污染治理修复技术主要通过控制污染源头、调节土壤pH值、优化田间水分管理、推广低累积镉（Cd）品种加施用土壤调理剂、叶面阻控剂、植物提取、秸秆移除和生产改制等技术措施进行土壤重金属治理，主要适用于南方酸性轻、中度Cd污染稻田。该文详细阐述了“VIP+n”综合治理技术模式在南方酸性轻、中度重金属Cd污染稻田中的应用实践，分析了生态效益、社会效益和经济效益，为后续构建更科学精细的重金属污染耕地修复治理体系提供参考。

关键词：稻田;稻米镉;“VIP”综合治理技术;镉污染

中图分类号 X53文献标识码 A文章编号 1007-7731（2020）09-0145-03

耕地重金属污染具有隐蔽性、多源性和持久性等特点，且影响农作物吸收与积累重金属的因素众多，其治理修复涉及农学、土壤、环境和食品安全等多个学科，治理难度和复杂程度远超过工矿场地重金属污染的修复，已成为世界性的难题[1]。随着人们对农田土壤重金属污染认识的深入以及对环境保护和人类健康要求的提高，人们对农田土壤修复也提出更高的要求，单一的修复技术较难满足对复合污染的综合治理，如何将各项修复技术合理地结合、切实在土壤污染修复方面取得突破性的进展，成为目前乃至未来的重要发展趋势。目前，包括物理、化学、生物学及农艺措施在内的诸多方法被广泛应用于农田重金属污染治理领域，但很多治理措施存在着成本高、操作复杂、对土壤肥力有损伤、二次污染等诸多问题，难以实现大面积推广。对于轻度污染的农田，实行单一或2～3种联合的治理措施就能将糙米中Cd含量降至安全利用范围内，而对于污染程度中度及以上Cd污染的农田则无法达到理想的效果，通常需要多种措施联合使用、相互补充才可能会取得预期效果[2]。为此，从2014年起，在农业农村部、财政部的大力支持下，湖南省农业农村厅于长株潭及湘江流域部分典型县市区开展农田重金属污染耕地修复治理工作，形成了“以农艺调控为主，边生产、边修复的非工程性技术路径”，并总结、提炼出“VIP+n”土壤重金属污染治理的创新技术模式。该技术模式主要适用于南方酸性轻、中度Cd污染稻田（轻度污染区：土壤全Cd ≤ 0.6mg/kg，且中晚稻米Cd 0.2～0.4mg/kg的耕地;中度污染区：土壤全Cd 0.6～1.5mg/kg或中晚稻米Cd 0.4～0.6mg/kg的耕地;pH值为4.5～6.5），但不适用于重度污染稻田（土壤全Cd>1.5mg/kg或中晚稻米Cd含量>0.6mg/kg的耕地）。这种技术模式不仅能有效修复治理酸性轻、中度Cd污染稻田，还能保持耕地质量，促进食品安全。

1 技术原理

“VIP”或“VIP+n”是指在Cd低积累水稻品种（V）+优化水分管理（I）+撒施生石灰（P）等3大调节土壤酸度（pH）的基础上增施（采用）土壤调理剂、钝化剂、叶面阻控剂、商品有机肥等降Cd产品或技术（n）的一种重金属污染耕地综合治理技术模式，主要适合于南方酸性安全利用区轻、中度Cd污染稻田修复治理，通过减少源头输入，提高土壤pH值，阻抗水稻对镉的吸收与转运，从而降低土壤重金属镉活性，达到减弱水稻茎叶和糙米中镉浓度的目的，使轻、中度酸性Cd污染稻田实现安全生产。

2 关键技术

2.1 推广种植低Cd积累水稻品种（V） 不同水稻品种间吸收和积累重金属的能力存在差异，主要表现在不同水稻品种对Cd的耐性和分配比例上不同[2-4]，一般杂交稻富集程度高于常规稻、籼稻高于粳稻 [3]，且不同地域和遗传背景差异较大的水稻品种稻米Cd含量不同[4]。从2007年开始，湘科研单位在湖南地区采用水培、盆栽、小区试验和大田示范等方法，最终筛选出49个早、中、晚季Cd积累相对较低的水稻品种，即低Cd积累水稻品种，早稻季主要包括湘早籼32号、湘早籼45号、中嘉早17、株两优189和株两优819等，晚稻主要包括湘晚籼12号、湘晚籼13号、H优518、H优159、金优498和金优59等，中稻主要包括Y两优2108、Y两优488和Y两优9918等。基层农业部门或新型农业经济组织应参考当地生态环境条件，按照“一村一品”和“农户自愿”的原则，采购低Cd积累水稻品种并发放至农户手中，并签订种植承诺书，确保农户在治理区域内种植低镉品种。种植Cd低累积水稻品种是解决稻米Cd污染问题最直接、最经济、最有效的根本途径之一[5]，该技术简单适用，不增加农民工序与劳动强度，且易落实到位，在大面积应用中效果理想。

2.2 優化水分管理（I） 不同水分管理条件下稻米Cd含量大小表现为全生育期淹水灌溉<乳熟期晒田<分蘖期晒田<湿润灌溉<分蘖至乳熟期2次晒田[6]。大量研究表明，稻田采用全生育期淹水灌溉技术可大幅减少稻米Cd的积累，使轻、中度酸性Cd污染稻田实现安全生产[7]。全生育期淹水灌溉（自秧苗移栽时起至完熟期间整个生长时期），即根据水稻不同生育期保持田间水层深度至少3cm，直至收割前10d左右自然落干，尤其是在孕穗期到灌浆期确保田间有3～5cm水层。进行农田水分管理时，首先要保障灌溉水源的质量，按照“分村分组”的原则或根据灌溉水源的分布情况聘请管水员负责优化水分管理工作，规范相关职责并签订合同;优化水分管理的过程中，尽量不晒田、少晒田，确因特殊情况需要晒田的丘块可实行放水露田，降低晒田程度和时间。

2.3 撒施石灰（P） 施用石灰可提高土壤pH值、降低土壤Cd的活性，从而降低水稻茎叶和糙米中Cd的浓度[8] 。石灰材料主要选择生石灰，生石灰产品中CaO含量≥70%，施用量可根据土壤pH值和土壤质地确定，以调控土壤pH值至7.0为目标。当施用石灰后当季农作物收获土壤pH值达7.0时需停施1年。双季稻区1年施用2次效果最佳，早稻施用时间为水稻移栽前20d，晚稻施用时间为水稻移栽前3～5d（根据实际情况调整）;一季稻区施用1次，时间为水稻移栽前20d。生石灰的施用可采用人工撒施的方式，将石灰均匀地撒施在土壤的表面，然后进行翻耕，翻耕深度至少应在15cm以上，也可配合石灰撒播机进行撒施，然后进行翻耕或旋耕，使石灰与土壤充分混匀。在撒施过程中注意做好防护工作，确保附近农作物和人员的安全，做到均匀撒施，以防止局部土壤碱性过大而影响到作物生长，严禁迎风撒施;此外不能与化肥和农药同时使用。

2.4 施用土壤调理剂（n1） 按降镉功能物质的主要成分进行分类，土壤调理剂可分为粘土矿物类土壤钝化剂、石灰质类土壤钝化剂、功能元素类土壤钝化剂、有机物类土壤钝化剂、微生物类土壤钝化剂、有机无机复混类土壤钝化剂共6类产品，例如“天脊”土壤调理剂、阿姆斯微生物菌剂（生物改良剂）等产品，施用后，早稻的平均降镉效果为44.8%，晚稻为38.3%，平均降镉率为41.55%。一般1年施用1次，施用标准为1500～3750kg/hm2，可在生石灰施用7d后撒施，早稻施用时间为水稻移栽前20d，晚稻施用时间为水稻移栽前3～5d（根据实际情况调整），一季稻区施用时间为水稻移栽前20d，施用后间隔1～2d后施基肥或商品有机肥，随后翻耕或旋耕，使调理剂与土壤混合均匀，即可进行正常抛、插秧。

2.5 喷施叶面阻控剂（n2） 通过喷施叶面阻控剂阻抗水稻对镉的吸收与转运，强化降镉效果。叶面阻控剂分为粉剂和水剂，每季的喷施标准为1875～3750mL/hm2或3000g/hm2，在早、中、晚稻季可以选择一次性喷施或分2次喷施，一般在水稻分蘖盛期后段和孕穗期后段的无风或微风多云天实施。此类产品的具体施用方法：将叶面阻控剂粉剂或水剂按1∶1000～1∶500的比例进行兑水稀释，采用人工或无人机喷剂并结合病虫害统防统治工作共同开展。叶面阻控剂的最佳喷施时间宜在10∶00前或16∶00以后，应避免烈日与高温、刮大风、雨天或高湿等极端天气喷施叶面阻控剂。

2.6 施用商品有机肥（n3） 商品有机肥不仅可以改善土壤的理化性质，还可以增加土壤的肥力、活化土壤、增强作用抗性，而且有机肥中的有益微生物对重金属有很强的亲和性，可通过形成不溶性的金属—有机复合物、增加土壤阳离子交换量，降低土壤中重金属的水溶态及可交换态组分，降低其生物有效性[9]。一般1年施用1次，施用标准为750～2250kg/hm2，最好在早稻或中稻（含一季晚稻）翻耕前结合基肥撒施，也就是施用土壤调理剂后间隔1～2d实施。如果遇到治理面积大、厂家产能不足、人力不够、组织调度货物时间长、雨天延期施工等因素，一般在撒施完石灰和土壤调理剂后来不及施用商品有机肥，则可延后施工时间，最迟可以在早稻移栽返青后撒施。

3 效益分析

该项技术模式在南方酸性轻中度Cd污染稻田中示范推广后效果显著，主要体现在以下几个方面：在社会效益方面，一是保障了粮食安全生产，加快建立健全了耕地重金属污染修复治理和粮食安全利用体系;二是保障了粮食数量，经过“VIP+n”安全生产关键技术修复治理过的耕地，土壤有效态镉的活性大大降低，该耕地能够在未来连续产出镉含量达标的大米;三是辐射和示范周边效应明显，增加了当地就业机会，能够间接或直接增加当地新型农业经济组织、大户或农户收入，并衍生物资人工撒施或机械施用、管水员服务组织、物资发放专业化队伍等新兴产业。在经济效益方面，一是减少了农户种植成本3450元/hm2，主要包括向农户发放镉低积累水稻品种1～6kg并提供种植技术指导，每年减少种子成本2250元/hm2;施用商品有机肥1500～3000kg/hm2等“VIP”或“VIP+n”组合技术，农户减少了化肥施用量，每年降低肥料投入300元/hm2;采用“VIP”或“VIP+n”关键技术，病虫害发生频率减轻，农户每季可以节约用药1次，1年节约用药2次，早稻420元/hm2、晚稻480元/hm2，全年节约900元/hm2;二是稻米质量好、产量高，打通市场流通環节，农户年经济收入达38517.45元/hm2。根据测产报告显示，“VIP+n”安全生产关键技术实施区域比周边非实施区域普遍高出2.73%的产量。实施区域治理过的耕地产出的稻米在送检时基本都能达标，但是在周边的非治理区，稻米则出现了较多因镉超标、粮站拒收的情况，并且大部分群众表示镉低积累水稻种子不仅质量好、产量高，而且口感好，这些好的口碑促使项目区农民能够将自家大米高于市场价并优先非治理区农户卖出，从而大大增加了农户的经济收入。在生态效益方面，一是通过采用镉污染稻田“VIP+n”安全生产关键技术，能够实现稻米平均降镉效果在80%以上，达到国家标准水平（稻米镉含量≤0.2mg/kg）;二是提升了pH值，减轻了土壤酸化;三是增加土壤有机质含量，改变了土壤板结的状况;四是减少了农药用量，降低了有毒物资二次污染的机率;五是大大降低了土壤有效态镉的活性，阻止了土壤中有效态镉向农作物富集。

参考文献

[1]黄道友，朱奇宏，朱捍华，等.重金属污染耕地农业安全利用研究进展与展望[J].农业现代化研究，2018，39（6）：1030-1043.

[2]王蜜安，尹丽辉，彭建祥，等.综合降镉（VIP）技术对降低糙米镉含量的影响研究[J].中国稻米，2016（1）：43-47.

[3]李坤权，刘建国，陆小龙.水稻不同品种对Cd吸收及分配的差异[J].农业环境科学学报，2003，22（5）：529-532.

[4]孙亚莉，徐庆国，刘红梅，等.不同品种和地区对稻米镉含量与品质的耦合影响[J].中国农学通报，2017，33（17）：1-7.

[5]唐丽，李曜魁，毛毕刚，等.靶向突变OsNramp5基因创制镉低积累籼型杂交稻亲本及组合[C]//2018中国作物学会学术年会论文摘要集.2018.

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[7]纪雄辉，梁永超，鲁艳红，等.污染稻田水分管理对水稻吸收积累镉的影响及其作用机理[J].生态学报，2007，27（9）：3930-3939.

[8]崔晓玉，陈雄鹰，徐伟，等.不同生石灰施用量对酸性土壤与稻米镉含量的影响[J].现代农业科技，2018（6）：19-20.

[9]Naidu R， Harter R D. Effect of different organic ligands on cadmium sorption by and extractability from soils[J]. Soil Science Soc Am J，1998，62：644-650.

（责编：王慧晴）