不同治理措施在绍兴受镉污染水稻田的应用效果

徐嘉礼， 罗春晖， 吴海波， 姜坤*， 郑彬

(1.浙江益壤环保科技有限公司，浙江 绍兴 312000； 2.绍兴文理学院，浙江 绍兴 312000)

土壤重金属污染严重威胁土壤质量安全，是世界各国面临的重要挑战[1]。伴随着城市化和工业化进程的快速发展，我国土壤重金属污染问题较为突出，特别是农田土壤污染[2]。原环境保护部于2005—2013年开展了全国土壤污染状况调查，并在2014年《全国土壤污染状况调查公报》中公布结果，全国土壤污染总超标率为 16.1%，环境状况总体不容乐观，污染物主要以Cd、Ni、Cu、As等无机污染物为主，其中Cd超标率高达7%[3]。Cd是一种毒性较高的金属，在土壤中有较强的迁移性，容易被动物、植物和微生物吸收与累积，并可通过食物链转移到人体内，长期摄取会对人体健康产生致命危害[4]。在日本等国家，曾经因为人们长期食用“镉米”和饮用含Cd的水而患“痛痛病”[5]。土壤中Cd的有效性会随着土壤酸化程度的加深而增强，加剧Cd在水稻中的迁移与累积，造成稻米Cd含量超标[6-7]。因此，南方酸性土水稻种植区土壤Cd污染问题更为突出。浙江省酸性土壤约占全省土壤总面积的50%以上[8]，局部地区土壤存在Cd污染，各地土壤中Cd含量相差大，来源复杂[9]。朱有为等[10]调查研究发现，浙江省40个县 (市、区) 主要优势农产品产区土壤和农作物的Cd含量存在一定程度超标，土壤超标率为10.69%，农作物超标率为4.57%，地区超标率从大到小依次是浙中、浙北、浙南，但整体无严重污染区域。浙江省人口众多，城镇化水平高，中小企业数量多，是我国经济发达省份，土壤安全和治理是不可忽视的问题。

针对土壤环境质量问题，国家在2016年印发的《土壤污染防治行动计划》中提出要求，到2020年，轻中度污染耕地实现安全利用的面积达到266.667万hm2，受污染耕地安全利用率达到90%左右，到2030年，受污染耕地安全利用率达到95%以上[11]。为此，浙江省印发《浙江省土壤污染防治工作方案》，要求到2020年，受污染耕地安全利用率达到91%左右，到2030年，受污染耕地安全利用率达到95%左右，土壤环境质量稳中向好[12]。为科学规范推进轻中度污染耕地安全利用与治理修复，农业农村部推出了《轻中度污染耕地安全利用与治理修复推荐技术名录(2019年版)》，总结推荐了农艺调控类、土壤改良类、生物类、综合类等技术措施。本文将选用优化施肥、品种调整、叶面调控3种农艺调控类及土壤改良类中的原位钝化修复措施，通过开展大田试验，验证此类措施对Cd污染农田土壤的修复效果及对水稻籽粒Gd吸收的影响，以期为绍兴市受污染耕地安全利用与治理工作提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验于2020年5—11月在绍兴市越城区某Cd轻度污染农田进行，根据耕地质量划分，本区域属安全利用类耕地。试验区灌溉水无重金属污染，土壤类型为水稻土，pH 5.13，有机质59.64 g·kg-1，有效钙157.6 mg·kg-1，有效镁56.94 mg·kg-1，有效硅88.9 mg·kg-1，有效镉0.494 mg·kg-1，As 8.09 mg·kg-1，Hg 0.321 mg·kg-1，Pb 60.8 mg·kg-1，Cd 0.694 mg·kg-1，Se 0.762 mg·kg-1。

结合当地种植习惯，选择水稻品种春优927、甬优538、甬优1540、中浙优8号、秀水14进行试验。供试土壤调理剂为浙江益壤环保科技有限公司提供的ER系列土壤调理剂，叶面阻控剂由佛山市铁人环保科技有限公司提供，钙镁磷肥由金华万里神农农业科技有限公司提供。

1.2 处理设计

根据修复技术设4个主区：T为对照区；A为品种调整区；B为优化施肥+叶面调控综合调控区；C为原位钝化区。T主区只设T0处理，种植水稻品种为春优927；A主区设A1(甬优538)、A2(甬优1540)、A3(中浙优8号)、A4(秀水14)4个处理；B主区设B1(钙镁磷肥600 kg·hm-2)、B2(钙镁磷肥600 kg·hm-2+叶面阻控剂1 L·hm-2)、B3(钙镁磷肥600 kg·hm-2+叶面阻控剂2 L·hm-2)、B4(钙镁磷肥1 200 kg·hm-2+叶面阻控剂1 L·hm-2)4个处理；C主区设C1(土壤调理剂2 250 kg·hm-2)、C2(土壤调理剂4 500 kg·hm-2)、C3(土壤调理剂6 750 kg·hm-2)3个处理。小区面积0.1 hm2，其中B、C主区均种植春优927，并以T0作对照(CK)。土壤调理剂在水稻种植前撒施，翻耕均匀并保水养护7 d后播种。钙镁磷肥与叶面阻控剂在水稻分蘖期撒施，灌浆期再喷洒1次叶面阻控剂。水稻于2020年6月进行选种并采用直播方式播种，11月收割。按照当地种植习惯进行正常水肥管理。

1.3 样品采集与检测

水稻成熟后，在各处理区采用梅花点法采集农田耕作层(0～20 cm)混合土壤样品约1 kg，采集对应点位的混合水稻样品约500 g，分析对照区T0土壤基本理化性质及对应水稻籽粒Cd含量，分析A、B、C区土壤有效态Cd及对应水稻籽粒Cd含量。土壤基本理化性质分析参照《土壤农化分析》第3版要求，土壤有效态Cd的测定采用电感耦合等离子体-原子发射光谱 (ICP-AES) 法测定，水稻籽粒Cd含量采用石墨炉原子吸收光谱(GF-AAS)法测定。

2 结果与分析

2.1 对水稻籽粒中Cd的影响

图1所示，常规稻秀水14籽粒中的Cd含量最低，其次为甬优538，甬优1540居第三位，三者籽粒中Cd含量均<0.1 mg·kg-1，春优927与中浙优8号籽粒中的Cd含量相对较高，分别为0.22和0.31 mg·kg-1，均超过GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》(0.2 mg·kg-1)。由此可见，常规稻籽粒Cd含量比杂交稻低，而杂交稻品种中籽粒Cd含量相差较大，这与陈德等[13]的研究结果相似。

图1 不同治理措施作用下的水稻籽粒Cd含量

采取优化施肥与叶面调控的单一或组合措施对水稻籽粒Cd的降低均有明显的效果，Cd含量均低于GB 2762—2017限量。组合措施比单一措施效果好，其中钙镁磷肥1 200 kg·hm-2+叶面阻控剂1 L·hm-2效果最好，Cd含量最低为0.081 mg·kg-1，降幅大于钙镁磷肥600 kg·hm-2处理，说明钙镁磷肥的用量对籽粒Cd含量有较大影响。钙镁磷肥600 kg·hm-2+叶面阻控剂1 L·hm-2的治理效果略优于钙镁磷肥600 kg·hm-2，说明叶面阻控剂对抑制水稻籽粒中Cd的累积有一定效果。此外，随着叶面阻控剂浓度的提高，籽粒中Cd含量并未降低，均为0.14 mg·kg-1，说明叶面阻控剂对Cd的用量有一定适用范围，并不是浓度越高越好。

原位钝化对水稻籽粒中Cd均有降低效果，Cd含量均低于GB 2762—2017限量，其中土壤调理剂6 750 kg·hm-2效果最为明显，籽粒中Cd含量为0.14 mg·kg-1，降幅约为36%，说明土壤调理剂的用量对水稻籽粒中Cd含量有一定影响。

2.2 对土壤中有效态Cd的影响

图2所示，优化施肥与叶面调控及组合调控措施对土壤中有效态Cd的降低效果不显著，只有在钙镁磷肥施用量1 200 kg·hm-2的处理下，效果较为明显，Cd含量为0.281 mg·kg-1，降幅为43%，而钙镁磷肥施用量600 kg·hm-2与叶面阻控剂对土壤中有效态Cd无显著影响。原位钝化对水田土壤中有效态Cd的作用效果明显，施用土壤调理剂2 250、4 500、6 750 kg·hm-2处理的有效态Cd含量分别为0.251、0.244和0.224 mg·kg-1，降幅分别为49%、51%和55%。

图2 不同治理措施作用下的土壤有效态Cd含量

3 小结与讨论

本研究是在轻度Cd污染水稻田中采用品种调整、优化施肥与叶面调控及原位钝化4项措施，通过大田试验验证其对稻米中Cd含量的降低效果，结果表明，采用以上措施均可使稻米中Cd含量低于GB 2762—2017限量，耕地安全利用率均可达到100%。

有研究发现，水稻的品种与基因型对稻米中Cd含量的积累有显著影响[14]。某些特定水稻品种在不同器官间对Cd的运转能力也影响Cd在水稻籽粒中的累积[15]。本研究中，5个水稻品种籽粒Cd含量相差较大，整体上杂交稻Cd的积累能力要高于常规稻，这也印证了以往的研究结果[16]。因此，选择种植Cd积累能力较低的水稻品种可以满足受污染耕地的安全利用要求。

钙镁磷肥作为一种土壤改良剂，其中的钙、镁、磷不仅是植物生长所必需的营养元素，而且可以通过元素间相互竞争、拮抗作用，影响作物的生理代谢等过程，降低污染土壤中Cd等重金属的生物有效性[17]。张丽君等[18]研究中，通过施用钙镁磷肥可改善土壤pH值，降低土壤有效镉含量，对土壤肥力具有一定改善作用，因此，较适用于微酸性的Cd污染农田。王小蒙等[19]对根施钙镁磷肥与叶喷硅/硒联合调控水稻中Cd的吸收作用进行研究，结果表明，联合调控对降低稻米Cd含量表现出显著的协同效应，通过联合处理可使稻米中Cd含量不超标。本次研究中所采用钙镁磷肥与叶面阻控剂联合处理的方法，对降低稻米Cd含量均有良好效果，可保障稻米的质量安全。

原位钝化是实现受污染耕地安全利用的重要手段之一，其原理是通过改变土壤重金属的形态和降低重金属的活性减少水稻对重金属的吸收，以达到污染农田安全利用的目的[20]。目前,研究较多的土壤调理剂主要包括黏土矿物、含碳物质、含磷物质、硅钙物质、金属氧化物、有机物料和工业废弃物等。李祥等[21]通过田间小区试验，探究了石灰、硅肥、赤泥等 9 种不同土壤改良剂对稻米中Cd含量的影响，结果表明，9 种土壤改良剂均能降低水稻各器官Cd含量，但对土壤 pH 的影响存在差异。本次试验中使用的土壤调理剂是一种具有一定吸附作用的碱性物质，对土壤pH有明显改善，同时可有效降低土壤中有效态Cd含量及稻米中Cd含量，可适用于酸性Cd污染土壤的安全利用治理。

综合以上研究结果，品种调整、优化施肥、叶面调控、原位钝化4类措施对抑制土壤有效态Cd含量及稻米中Cd的累积均有较好效果，可适用于酸性Cd污染耕地的安全利用和治理。各地可结合自身实际情况选取相应的治理措施，可优先选取成本较低的农艺调控类措施，以保证受污染耕地的安全利用率达标，保障稻米的安全生产。