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复合钝化材料对Cd污染耕地水稻影响的研究

2021-11-10

皮革制作与环保科技 2021年9期
关键词:糙米稻谷重金属

赵 轶

(湖南省园林建设有限公司,湖南 长沙 410000)

土壤是人类赖以生存的基础,也是人类最为重要的生产工具之一。2014年发布的《全国土壤重金属污染状况调查公报》显示,全国土壤的总超标点位占16.1%,土壤环境的总体状况不容乐观。我国约有20万平方千米的耕地存在重金属污染,其中3.33万平方千米的耕地受到中度、重度污染[1]。湖南是我国“有色金属之乡”,矿产资源非常丰富,储量大,地下蕴藏钨、锡、铋、铅、锌、锑、汞等20多种有色金属[2]。雷鸣等[3]通过对湖南各地市场购买的大米和湖南矿区、冶炼区生产的稻谷样品研究发现,该批大米样品中超过国家食品卫生标准《GB 2762-2017》标准的达20.53%,平均含量为0.28 mg/kg,污染区大米中Cd含量高于市场大米。水稻作为重要的粮食作物,镉大米严重危害了人类的健康,因此必须要对污染耕地的进行修复。针对重金属污染耕地的修复方法有工程措施法、农艺调控法、植物修复法及原位钝化等方法,目前原位钝化法已经广泛应用于修复中、轻度重金属污染的农田土壤。

本研究所使用的复合钝化材料以高岭土、赤泥为主要原材料,通过球磨、烧结、表面改性等工艺措施制备所得。本研究使用该复合钝化材料,以原位钝化技术对湖南典型镉污染的土壤进行修复治理,并考察复合钝化材料对水稻产量及镉含量的影响,以期为后期镉污染农田的治理提供试验基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

复合钝化材料主要由SiO2(13.75%)、Al2O3(12.24%)、MgO(8.57%)、CaO(6.18%)等碱性物质组成,其pH值为8.3。最可几孔径28 nm,属于中孔材料,比表面积达64.8 m2/g。

试验场地位于湖南省中南部地区典型镉污染稻田,土壤中有效磷4.54 mg/kg,速效钾49.13 mg/kg,全氮2.38 mg/kg,有机质28.04 mg/kg,总镉1.058 mg/kg,有效态镉0.552 mg/kg,pH值为6.4。

1.2 试验方法

田间小区的布置采用随机区组设计,每个小区的面积为20 m2,按当地农民耕种习惯进行水肥及病虫害管理。在插秧前1 d向各小区分别均匀施撒100 kg/667 m2、200 kg/667 m2、400 kg/667 m2、600 kg/667 m2、800 kg/667 m2、1 000 kg/667 m2的复合钝化材料,通过翻耕使之与土壤充分混匀,同时设置空白对照,每组设置3次重复,水稻成熟期测定产量,并按多点取样法取样测定水稻糙米镉含量。

1.3 测定方法

土壤中的有效态镉参照HJ804-2016中测试方法进行测定;土壤pH值的测定参照NY/T 1377-2007中测试方法进行;糙米中镉含量的测定参照GB/T 5009.15-2003中方法进行;水稻产量的测定采用穗数、粒数、粒重测产法。

数据分析:JMP10.0,EXCEL。

2 结果与分析

2.1 复合钝化材料对水稻产量的影响

由图1可知,空白对照稻谷产量为449.7 kg/667 m2,施撒复合钝化材料后稻谷产量均出现不同程度的增加,但无显著性差异。在复合钝化材料添加量为1 000 kg/667 m2时,取得最大增产率(20.50%)。

图1 不同复合钝化材料添加量处理稻谷产量

2.2 复合钝化材料降低稻米镉含量的效果

由图2可知,经复合钝化材料处理后糙米的镉含量有不同程度地降低,复合钝化材料施用量为100 kg/667 m2、200 kg/667 m2、400 kg/667 m2时,铬含量下降得不明显。复合钝化材料的施用量为600 kg/667 m2、800 kg/667 m2、1 000 kg/667 m2时,糙米中镉的含量显著下降,分别下降至0.101 mg/kg、0.128 mg/kg、0.145 mg/kg,相较于空白对照分别下降了85.12%、80.95%、78.42%,糙米质量符合GB 2762-2012标准要求。

图2 不同复合钝化材料添加量稻米镉含量

3 讨论

土壤的pH值是影响土壤中镉存在形态及生物有效性的重要因素之一[4]。在酸性土壤上,提高土壤的pH能增加土壤对镉的固定能力,并降低其生物有效性,是抑制植株吸收镉的有效措施。随着土壤pH值的升高,土壤中的有机质表面、粘土矿物的负电荷也随之增加,因此对重金属离子的吸附力加强,导致交换态重金属的浓度降低。同时当pH值升高时,土壤溶液中多价阳离子与氢氧离子的离子积增大,故生成该元素氢氧根沉淀的机会增大,这些沉淀也增大了土壤对重金属的吸附力,以致其在溶液中的浓度降低。弱碱性的复合钝化材料加入土壤可不同程度的提升土壤pH值,抑制土壤中的镉向稻谷迁移。

复合钝化材料中含有的硅、钙等元素,可以对土壤中的镉产生一定的拮抗作用,因而降低土壤中镉的生物有效性,并阻止镉向水稻中转运与迁移,从而缓解植物的镉毒害作用[5]。赵颖[6]等通过田间实验表明添加硅后镉更多集中在水稻根部和茎叶中,糙米中的镉含量相对较少,说明硅可使镉滞留在根部和茎叶中,阻止其向上迁移,降低水稻籽粒部分的镉含量[6]。

4 结论

(1)施用复合钝化材料后会使稻谷的产量出现不同程度地增加,但均无显著性影响;复合钝化材料可明显降低水稻糙米的镉含量,当施用量为600 kg/667 m2、800 kg/667 m2、1 000 kg/667 m2时,糙米镉含量均达到食品安全的国家标准,较空白对照相比,分别下降了85.12%、80.95%、78.42%,均达到差异显著性水平。

(2)复合钝化材料通过表面物理吸附,提高了土壤的pH值及硅、钙等元素与土壤镉产生拮抗作用等方式降低土壤中镉的生物有效性,阻止其向水稻籽粒中迁移,减少水稻籽粒镉含量。

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