不同土壤调理剂对铅污染蔬菜—水稻轮作耕地控铅效应研究

陈勇红

（仙游县农业农村局农村环保能源站 福建仙游351200）

改革开放以来，由于我国工业化、城镇化的快速发展，加以粗放式的发展模式和以燃煤为主的能源结构，导致土壤重金属污染[1]，根据2014年《全国土壤污染状况调查公报》，90%土壤重金属污染与铅（Pb）、镉、铜和锌有关[2]。重金属Pb在土壤中溶解度小，滞留时间长，可以通过食物链影响人体健康[3]。针对重金属污染土壤，主要的修复技术有生物修复法、物理修复法和化学钝化法，化学钝化技术具有低成本、见效快等特点，因此，从实用性和经济性考虑，原位化学钝化技术适用于重金属污染农田[4]。

目前，针对于重金属Pb污染农田的研究，多集中于钝化材料的钝化机理[5-6]，研究的作物多为蔬菜或者水稻[7-9]，针对于不同钝化材料对蔬菜—水稻轮作耕地重金属Pb的钝化研究相对较少。

因此，选用碱性含钙（镁、铝或铁）类、有机类、有机硅肥类、腐殖酸类、黏土矿物类、有机无机复配类等16种土壤调理剂，在福建省仙游县盖尾镇Pb污染蔬菜—水稻轮作耕地开展大田控铅试验，筛选出适宜于Pb污染蔬菜—水稻轮作耕地的土壤调理剂。

1 材料与方法

1.1 土壤背景值

试验地位于仙游县盖尾镇石马村（25.36858°N、118.799757°E），试验点位置见图1；试验点耕地土壤理化性质见表1，土壤Pb含量为110.8 mg/kg，根据《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准》（GB 15618-2018），属于轻中度Pb污染安全利用类耕地。

图1 试验点位置

表1 试验点土壤基本理化性质

1.2 供试材料

试验共选取16种土壤调理剂，各调理剂主要成分见表2。

表2 不同处理土壤调理剂主要成分及用量

1.3 试验设计

试验在农户常规施肥的基础上，加施不同的土壤调理剂。试验设计17个处理（表2），每个处理3次重复，田间试验小区采用随机区组排列。土壤调理剂施用方法：种植前5～10 d结合整地翻耕一次性撒施，使产品与土壤混合均匀；不同试验处理除了施用的土壤调理剂种类和用量不同外（除处理17仅施有机硅肥外），其他田间日常管理措施均一致。

第1茬蔬菜为上海青（华冠188青梗菜），2020年2月18日结合整地基施土壤调理剂，并播种上海青种子，播种后由于连续降雨和冻害导致烂根死苗，因此，于3月13日，在每个试验小区用竹条和塑料薄膜加盖避雨防冻塑料棚，并进行缺苗补种，加强田间排水，减少冻害和涝害。4月22日进行田间上海青取样并测产验收。第2茬水稻为早季稻（盛泰优018），3月16日进行早季秧苗育种，4月24日结合整地基施土壤调理剂，4月25日进行移栽插秧，7月15日进行早季水稻取样并收割测产。

1.4 检测方法

用电位法（土水比例为1∶2.5）测定pH[10]；土壤重金属有效态Pb含量测定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法；蔬菜和稻米重金属Pb含量测定采用HNO3-H2O2微波消解-石墨炉原子吸收分光光度法测定[11]。样品测定过程中，同时用国家标准物质样品（GB W10014-圆白菜和GB W07405-土壤国家标准物质）进行质量控制。

1.5 数据处理

试验数据处理采用Microsoft Excel 2017办公软件，采用SPSS 11.0统计软件进行统计分析，采用Origin 2017制图软件制图。

2 结果与分析

2.1 施用不同土壤调理剂对土壤pH的影响

由图2可知，施用不同土壤调理剂对第1茬蔬菜收获后土壤的pH总体上表现出一定的提高效果（除处理8外），提高率为5.06%～17.42%，其中处理2、处理16、处理13、处理15和处理5对蔬菜收获后土壤pH的提高效果相对更佳，提高率分别为17.42%、16.85%、16.29%、15.73%和14.61%；对蔬菜收获后土壤pH的提高效果，处理1和处理8显著地（P＜0.05）低于其他处理（除处理3），而与其他处理（除处理1、处理3、处理8）的差异不显著。

图2 不同处理蔬菜季土壤pH比较

由图3可知，施用不同土壤调理剂对第2茬水稻收获后土壤的pH总体上表现出一定的提高效果（除处理17、处理8和处理9外），提高率幅度为1.64%～8.74%，其中处理10、处理7、处理6、处理16、处理15和处理12对水稻收获后土壤pH的提高效果相对更佳，提高率分别为8.74%、8.74%、8.20%、7.10%、7.10%和7.10%；对水稻收获后土壤pH的提高效果，除了处理17、处理8、处理9和处理3外，其他处理均显著（P＜0.05）高于处理1。

2.2 施用不同土壤调理剂对土壤有效态Pb的影响

由图4可知，施用不同土壤调理剂对第1茬蔬菜收获后，土壤有效态Pb含量总体上表现出一定的降低效果（除处理8和处理3外），降低率幅度为1.78%～18.67%，其中处理2、处理5、处理7、处理12和处理3对蔬菜收获后有效态Pb含量的降低效果相对更佳，降低率分别为18.67%、18.01%、15.85%、15.48%和15.01%；对蔬菜收获后有效态Pb含量的降低效果，处理2和处理5可显著（P＜0.05）优于处理8、处理1、处理3和处理16，与其他处理间的差异不显著。

图4 不同处理蔬菜季土壤有效Pb含量比较

由图5可知，施用不同土壤调理剂对第2茬水稻收获后土壤的有效态Pb含量总体上表现出一定的降低效果（除处理8、处理3和处理17外），降低率幅度为1.69%～21.17%，其中处理6、处理10、处理13、处理14和处理15对水稻收获后土壤有效态Pb含量的降低效果相对更佳，降低率分别为21.17%、20.51%、19.76%、15.99%和15.15%；对水稻收获后土壤有效态Pb含量的降低效果，处理6和处理10可显著（P＜0.05）低于处理8、处理1、处理3和处理17，而与其他处理间的差异不显著。

图5 不同处理水稻季土壤有效Pb含量比较

2.3 施用不同土壤调理剂对蔬菜和糙米Pb含量的影响

由图6可知，施用不同土壤调理剂后第1茬蔬菜的Pb含量总体上均表现了一定的降低效果（除处理8外），降低率为10.46%～65.90%，其中处理12、处理16、处理15、处理10和处理4对蔬菜Pb含量的降低效果更佳，降低率分别为65.90%、65.19%、56.64%、51.11%和48.59%；对蔬菜Pb含量的降低效果，除处理12和处理16可显著（P＜0.05）优于处理8外，其他处理间的差异均未达到显著性水平（P＞0.05）。

图6 不同处理蔬菜重金属Pb含量对比

由图7可知，施用不同土壤调理剂后第2茬水稻稻米Pb含量总体上均表现出一定的降低效果（除处理2外），降低率为16.04%～76.29%，其中处理15、处理14、处理3、处理16和处理6对稻米Pb含量的降低效果更佳，降低率分别为76.29%、75.80%、70.01%、68.62%和67.22%；处理15、处理14、处理3、处理16和处理6的稻米Pb含量均显著地（P＜0.05）低于处理1和处理2。

图7 不同处理糙米重金属Pb含量对比

根据《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB-2762-2017），新鲜叶类蔬菜Pb限量值（鲜重）分别为0.3 mg/kg和0.2 mg/kg，而稻米Pb限量值（干重）均为0.2 mg/kg。本试验各处理上海青（叶类蔬菜）的Pb含量范围为0.005～0.014 mg/kg（小于限量值），稻米的Pb含量为0.057～0.249 mg/kg，其中处理1、处理2和处理9的稻米Pb含量超过限量值，其他处理的稻米铅含量均低于限量值。

2.4 施用不同土壤调理剂对蔬菜和稻谷产量的影响

由图8可知，施用不同土壤调理剂对第1茬蔬菜总体上表现出一定的增产效果（除处理2和处理9外），增产率为1.3%～80.8%，其中处理16、处理15、处理14、处理8及处理11等5个处理的增产效果更为明显，增产率分别为80.8%、70.5%、66.7%、61.5%和59.0%。对蔬菜的增产效果，处理16显著（P<0.05）高于处理1、处理5、处理9、处理2，并显著（P<0.05）优于处理4，但与处理15、处理14、处理8、处理11、处理12、处理13、处理6、处理7、处理3之间没有显著性差异（P>0.05）；处理15、处理14、处理8、处理11及处理12等5个处理相比处理1显著（P<0.05）增加蔬菜产量。

图8 不同处理蔬菜产量对比

由图9可知，施用不同土壤调理剂后第2茬水稻的增产效果表现不一，其中处理2、处理17、处理8、处理10等表现出一定的增产趋势，而其他处理均表现出与处理1产量相当或略有减产的趋势；除了处理2比处理1显著（P<0.05）提高水稻的产量外，其他各处理对水稻产量并没有显著（P>0.05）的影响。

图9 不同处理水稻产量对比

2.5 施用不同土壤调理剂对蔬菜和水稻经济效益的影响

2.5.1 蔬菜的经济效益 施用不同土壤调理剂对蔬菜产值均有一定的提高效果（除处理2和处理9外），产值增加幅度为55.6～3500.0元/亩，其中处理16、处理15、处理14、处理8和处理11对蔬菜产值的提高效果相对更佳，增加产值分别为3500.0元/亩、3055.6元/亩、2888.9元/亩、2666.7元/亩和2555.6元/亩。

2.5.2 水稻的经济效益 施用不同土壤调理剂对水稻产值的增减效果表现不一，其中，处理2、处理17、处理8、处理10和处理13对水稻稻谷产值的增加相对更佳，可比处理1分别增加产值696.3元/亩、622.2元/亩、400.0元/亩、118.5和51.9元/亩，而其他处理与处理1相比变化不大。

表3 施用不同土壤调理剂对蔬菜和水稻经济效益的影响

3 讨论

3.1 施用不同土壤调理剂对作物收获后土壤pH的影响

①施用不同土壤调理剂对第1茬蔬菜收获后土壤的pH总体上表现出一定的提高效果［除处理8（腐殖酸）］，其中碱性土壤调理剂［处理2（石灰）、处理16（盐藻皮、碳酸盐）、处理13（钾、钙、镁、硅、有机质）、处理15（碱性含铁有机-无机复配）和处理5（氢氧化镁）］对蔬菜收获后土壤pH的提高效果相对更佳。②施用不同土壤调理剂对第2茬水稻收获后土壤的pH总体上表现出一定的提高效果［除处理17（有机硅肥）、处理8和处理9（黏土矿物）外］，其中碱性土壤调理剂［处理10（碳酸盐、硅酸盐、黏土矿物等）、处理7（氰氨化钙）、处理6（牡蛎壳粉）、处理16、处理15和处理12（生石灰、硅灰石、黏土矿物等）］对水稻收获后土壤pH的提高效果相对更佳。

结果表明，碱性土壤调理剂可以通过向耕层土壤中释放氢氧根离子，结合土壤中氢离子，显著提高土壤pH[12]，这与刘晓月[13]、徐礼和[14]、郎家庆[15]等人针对土壤调理剂改良酸性土壤的研究结果相一致。

3.2 施用不同土壤调理剂对作物收获后有效态Pb含量的影响

①施用不同土壤调理剂对第1茬蔬菜收获后土壤的有效态Pb含量总体上表现出一定的降低效果［除处理8（腐殖酸）和处理3（盐藻皮）外］，其中碱性土壤调理剂［处理2（石灰）、处理5（氢氧化镁）、处理7（氰氨化钙）、处理12（生石灰、硅灰石、黏土矿物等）和处理3（盐藻皮）］对蔬菜收获后土壤有效态Pb含量的降低效果相对更佳。②施用不同土壤调理剂对第2茬水稻收获后土壤的有效态Pb含量总体上表现出一定的降低效果［除处理8（腐殖酸）、处理3（盐藻皮）和处理17（有机硅肥复合肥）外］，其中碱性土壤调理剂［处理6（牡蛎壳粉土壤调理剂）、处理10（碳酸盐、硅酸盐、黏土矿物等土壤调理剂）、处理13（钾、钙、镁、硅、有机质土壤调理剂）、处理14（碱性含铝有机-无机复配）和处理15（碱性含铁有机-无机复配）］对水稻收获后土壤有效态Pb含量的降低效果相对更佳。

试验结果表明，碱性土壤调理剂可以通过提高土壤pH，从而降低土壤中有效态Pb含量，这与黎大荣[16]、李杰[17]和Qiu,Kunyan[18]等人的研究结果一致。

3.3 施用不同土壤调理剂对蔬菜和稻米铅含量的影响

①施用不同土壤调理剂对第1茬蔬菜Pb含量总体上均表现了一定的降低效果［除处理8（腐殖酸）外］，其中碱性土壤调理剂［处理12（生石灰、硅灰石、黏土矿物等）、处理16（盐藻皮、碳酸盐）、处理15（碱性含铁有机-无机复配）、处理10（碳酸盐、硅酸盐、黏土矿物等）和处理4（碱性含钙、镁材料）］对蔬菜Pb含量的降低效果更佳。②施用不同土壤调理剂对第2茬水稻稻米Pb含量总体上均表现出一定的降低效果（除处理2），其中碱性土壤调理剂［处理15、处理14（碱性含铝有机-无机复配）、处理3（盐藻皮）、处理16和处理6（牡蛎壳粉）］对稻米Pb含量的降低效果更佳。

碱性土壤调理剂进入土壤中，可以吸附土壤中的游离态重金属Pb，从而降低土壤有效态Pb含量[19]，进而减少耕层土壤中重金属Pb向植株中转移。

3.4 施用不同土壤调理剂对蔬菜和稻谷产量的影响

①施用不同土壤调理剂对第1茬蔬菜产量总体上表现出一定的增产效果［除处理2（石灰）和处理9（黏土矿物）外］，其中碱性、腐殖酸类土壤调理剂［处理16（盐藻皮、碳酸盐）、处理15（碱性含铁有机-无机复配）、处理14（碱性含铝有机-无机复配）、处理8（腐殖酸类）及处理11（碳酸盐、硅酸盐、黏土矿物等）］的增产效果更为明显。②施用不同土壤调理剂对第2茬水稻产量的增产效果表现不一，其中腐殖酸类和部分碱性土壤调理剂［处理2、处理17（有机硅肥）、处理8、处理10（碳酸盐、硅酸盐、黏土矿物等）］表现出一定的增产趋势，而其他处理均表现出与处理1（农户习惯施肥）产量相当。

4 结论

综上所述，根据连续种植2茬农作物的田间小区试验结果，对施用16种土壤调理剂对农作物收获后表层土壤的有效态Pb的降低程度、农产品中Pb含量的降低程度、钝化剂价格、农产品产量等因素对重金属钝化材料进行综合评价，可以得出以下结论。

（1）初步可以从中优先选出楚戈牌土壤调理剂、含盐藻皮复合钝化剂、含铁复合钝化剂、金钝2号土壤调理剂、钙镁复合素等5种土壤调理剂适宜用于轻中度Pb污染菜地。

（2）含铁复合钝化剂、含铝复合钝化剂、盐藻皮、含盐藻皮复合钝化剂、特贝钙土壤调理剂等5种土壤调理剂适宜用于轻中度铅污染稻田。

（3）碱性含铁类、含盐藻皮复合类土壤调理剂适宜于Pb污染蔬菜—水稻轮作耕地。

本次田间试验也仅在仙游县盖尾镇石马村的1个试验地开展，在其他不同立地条件下的施用效果尚有待于今后进一步做田间验证。