酸性水稻土重金属钝化修复技术应用研究

原瑞芬

（莆田市农业环保能源站 福建莆田351100）

随着我国工业化、城镇化的快速发展，大量含有重金属的物质排放进入环境， 导致我国农田土壤的重金属污染问题日益突出。 在2014 年由环境保护部和国土资源部首次发布的 《全国土壤污染状况调查公报》表明，中国耕地土壤点位污染超标率为 19.4%，其中轻中度污染点位占总超标点位的94.3%；污染类型以镉、汞、砷、铅、铬等重金属为主，其超标点位数占全部超标点位的 82.8%[1-2]。 虽然重金属在土壤中的溶解度小，但是其具有化学性质稳定、毒性大、滞留时间长、不易被微生物降解等特点，并可通过食物链进行富集进而最终影响人体健康[3]。 重金属污染土壤的修复技术主要有生物修复法、 物理修复法和化学钝化法。 其中，化学钝化技术主要包括淋洗、施用钝化剂、络合浸提等，较生物修复法和物理修复法具有低成本、见效快等优点，因此，原位化学钝化技术常用于重金属污染农田的修复[4]。 近些年来，随着对土壤重金属污染修复研究的深入， 低累积作物品种和叶面阻控剂在修复中的应用逐渐引起研究人员的重视。

目前，重金属污染农田的土壤修复研究，主要集中在某种或某类钝化材料的钝化机理研究中[5-6]， 研究的作物多为蔬菜或者水稻[7-9]，而比较不同种类的重金属钝化修复安全利用技术的研究相对较少。 因此，本研究选用种植低积累水稻品种（10 个品种）、施用土壤调理剂（7 种土壤调理剂）和喷施叶面阻控剂（5 种叶面阻控剂）等3 类技术，在仙游县度尾镇酸性水稻土耕地开展重金属钝化修复安全利用技术比选试验， 筛选出适宜于重金属污染酸性水稻土的安全利用修复技术措施， 旨在为酸性水稻田的重金属修复提供理论依据和指导。

1 材料与方法

1.1 土壤背景值

试验地点位于仙游县度尾镇潭边居委会（25°40′26″N、118°58′29″ E），试验点位置见图 1。 试验田的选择标准：地势平整、水稻种植面积较大，灌溉条件良好，土壤有 Cd、Pb、Cr 及 Cd/Pb 复合污染。试验田土壤 Cd含量为0.32 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）， 选取的试验田为Cd 污染安全利用类耕地，土壤pH 4.76，为酸性水稻土。 具体试验田土壤理化性质见表1。

表1 试验田土壤基本理化性质

图1 试验点位置

1.2 供试材料

试验选用丰两优1 号、恒丰优、沪优明占、佳福占、威良优 1 号、甬优 1540、甬优 4949、汕优 016、现丰华占和甬优2640 等10 个水稻品种。

试验共选用7 种土壤调理剂和5 种叶面阻控剂，其中主要成分见表2。

1.3 试验设计

设置3 类安全利用技术试验区，分别是低积累水稻品种、叶面阻控剂和土壤调理剂试验区。 于2020 年3 月8 日开始育秧， 土壤调理剂试验区于4 月5 日开始撒施土壤调理剂（表2）并翻耕使其混合均匀，处理7 d 后，于4 月12~15 日统一插秧。 叶面阻控剂试验区分别于分叶末期至拔节初期（5 月20 日）、灌浆初期（6 月 16 日）进行叶面喷施。 在水稻成熟期（7 月15 日） 对各试验区的稻谷和土壤均采用五点法分别进行统一采样。

表2 试验材料汇总

1.3.1 低积累水稻品种验证试验区 在该区域内选取3 块地势平坦、 面积1 亩的田块用于进行低积累水稻品种验证试验， 每块试验田均分为10 个小区，分别种植一个水稻品种， 每个小区之间间隔30 cm。田间水肥管理与当地原有的管理水平保持一致。

1.3.2 土壤调理剂验证试验区 在该区域内选取7 块地势平坦、面积0.6 亩的田块，田埂宽度不少于20 cm、高度不低于30 cm，田埂覆盖塑料薄膜，每一块小区都设置单独的进水口、出水口，用于土壤调理剂验证试验。 采用裂区方法， 将每块田平均一分为二，1 个为对照区、1 个为处理区，每块大田撒施1 种调理剂， 比较重金属在土壤中的有效态降低和糙米中含量的降低情况。 水稻品种选用当地主栽品种现丰华占， 田间水肥管理与当地原有的管理水平保持一致。

1.3.3 叶面阻控剂验证试验区 在该区域内选取5 块地势平坦、面积0.6 亩的田块，用于叶面阻控剂验证试验，每块小区之间间隔为30 cm，采用裂区方法将同种水稻田等分为处理组和空白对照组， 重金属含量处理组喷施1 种叶面阻控剂， 比较同一品种水稻的处理组和对照组重金属有效态降低和糙米重金属含量降低情况。 水稻品种选用当地主栽品种现丰华占， 田间水肥管理水平与当地原有的管理水平保持一致。

1.4 检测方法

采用电位法（土水比1∶2.5）测定水稻田土壤pH[10]；土壤重金属有效态含量测定采用DTPA 浸提-原子吸收分光光度法； 稻米重金属含量测定采用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（GBW07405-土壤国家标准物质）进行质量控制。

1.5 数据处理

采用SPSS 25.0 统计软件对测定的试验数据进行统计分析，采用Origin 2017 制图软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同钝化修复技术钝化效果分析

2.1.1 低积累水稻品种对糙米重金属含量的影响不同水稻品种糙米中重金属含量分析结果（图2）表明不同的水稻品种对重金属的吸收差异显著：10 个水稻品种重金属Pb 含量均未超过限量值，汕优重金属Pb 含量最低（0.06 mg/kg）；10 个水稻品种中，仅甬优1540 和甬优4949 重金属Cd 含量未超过限量值，且甬优 1540 重金属 Cd 含量最低（0.13 mg/kg）； 10 个水稻品种重金属Cr 含量均未超过限量值， 威良优1 号重金属 Cr 含量最低（0.23 mg/kg）； 10 个水稻品种重金属Hg 含量均未超过限量值，甬优1540 重金属Hg含量最低 （0.003 mg/kg）；10 个水稻品种重金属无机As 含量均未超过限量值，威良优1 号重金属无机As含量最低（0.15 mg/kg）。 根据试验对比和分析测试结果， 甬优1540 对土壤中重金属的吸收量低于其他品种。

图2 低积累品种筛选结果

2.1.2 不同土壤调理剂对土壤有效态重金属含量和糙米重金属含量的影响 不同土壤调理剂对土壤有效态重金属的影响结果（图3）表明，7 种土壤调理剂中，农地乐处理过的土壤有效态As 较对照组减少最多，达到14.71%；天象1 号处理过的土壤有效态Cd减少最多， 达到25%； 楚戈处理过的土壤有效态Cr减少最多，达到12.5%；炭基土壤重金属钝化剂处理过的土壤有效态Pb 减少最多， 达到13.04%。 由于7 个处理组土壤中Hg 的含量较低， 有效态Hg 未检出。 上述结果表明，与其他6 种土壤调节剂相比，天象1 号可以显著降低土壤有效态Cd 含量，且不会提高其他土壤有效态重金属的含量。

图3 土壤调理剂验证区有效态重金属检测结果

不同土壤调理剂对糙米中重金属含量的结果表明（图4），7 种土壤调理剂中，维地康处理组的糙米As 含量较CK 减少最多，达到10.47%；楚戈处理组的糙米Cd 含量较CK 减少最多，达到55.56%；农地乐处理组的糙米Cr 含量减少最多，达到71.39%；楚戈的处理组的糙米Hg 含量减少最多，达到25%；除炭基土壤重金属钝化剂CK 外， 由于土壤中Hg 的含量较低，均未检出糙米Hg；与CK 相比，炭基土壤重金属钝化剂修复后，糙米Pb 减少了100%，治理效果最佳。 上述结果表明， 楚戈土壤调理剂克有效修复Cd污染水稻土，但不适用于Cd、As、Cr 混合污染的水稻土； 微生物菌剂维地康则可有效修复As 污染土壤。

图4 不同土壤调理剂对糙米中重金属含量的影响

2.1.3 不同叶面阻控剂对糙米重金属含量的影响不同叶面阻控剂处理对糙米重金属含量的结果表明（图5），CK 组除猛降镉组的糙米总砷未超标外，其余总砷量均超标，5 种叶面阻控剂也均导致糙米总砷量升高，钝化效率为镉盾（-4.26%）<诺果康（-6.28%）<降镉灵 （-7.31%）<镉无忧 （-8.51%，）<猛降镉（-32.24%）；猛降镉、镉盾、镉无忧的 CK 组糙米Cd超过国家食品限量值，其余未超标。 5 种叶面阻控剂中，钝化效率（糙米重金属含量）为猛降镉（80.07%，0.225 mg/kg）<镉无忧 （27.57%，0.059 mg/kg）<镉盾（8.88%，0.019 mg/kg）<诺果康（-2.17%，-0.002 mg/kg）<降镉灵 （-45.45%，-0.035 mg/kg）， 猛降镉的治理效果最佳； 5 种叶面阻控剂中， Cr 钝化效率（糙米重金属含量）为诺果康（42.48%，0.175 mg/kg）<猛降镉（25.7%，0.083 mg/kg）<降镉灵（12.41%，0.035 mg/kg）<镉无忧 （-108.67%，-0.163 mg/kg）<镉盾 （-144%，-0.216 mg/kg），诺果康的治理效果最佳，猛降镉其次；5 种叶面阻控剂中，Hg 钝化效率（糙米重金属含量）为猛降镉（25%，0.001 mg/kg）<诺果康（20%，0.001 mg/kg）<降镉灵（0%，0 mg/kg）<镉无忧（-33.33%，-0.001 mg/kg）<镉盾（-66.67%，-0.002 mg/kg），猛降镉的治理效果最佳； 5 种叶面阻控剂中，Pb 钝化效率 （糙米重金属含量）为诺果康（100%，0.062 mg/kg）=镉无忧（100%，0.068 mg/kg）<降镉灵（1.64%，0.001 mg/kg）<镉盾（-1.47%，-0.001 mg/kg）<猛降镉（-9.84%，-0.006 mg/kg），诺果康、镉无忧的治理效果最佳，修复后，均未检出糙米Pb。 由上述结果可知，含有机硅的叶面阻控剂虽然对重金属污染的酸性水稻土中Cd 有一定的钝化效果，但糙米As 含量超标。

图5 不同叶面阻控剂处理对糙米重金属含量的影响

2.2 不同土壤调理剂对水稻产量的影响

不同土壤调理剂对水稻产量的影响表明（图6），诺地康（增幅55.55%，增产233.3 kg/亩）>炭基土壤重金属钝化剂（增幅45%，增产240 kg/亩）>特贝钙（增幅25.35%，增产 120 kg/亩）>农地乐（增幅 9.88%，增产 53.3 kg/亩）>维地康（增幅 5.68%，增产 33.3 kg/亩）>楚戈（降幅 4.29%，减产 20 kg/亩）>天象 1 号（降幅7.41%，减产40 kg/亩），除楚戈和天象1 号外，其余土壤调理剂施用均能提高水稻产量。

图6 土壤调理剂试验区产量统计

不同叶面阻控剂处理对水稻产量的影响表明（图 7），猛降镉（增幅 42.9%，增产 240 kg/亩）>诺果康（增幅 20.78%， 增产 106.66 kg/亩）>降镉灵 （增幅9.09%，增产 46.66 kg/亩）>镉无忧（与 CK 相同）＝镉盾（与CK 相同），可见施用叶面阻控剂猛降镉显著提高水稻的产量。

图7 叶面阻控剂试验区产量统计

3 结论

综上所述，低积累水稻品种、土壤调理剂和叶面阻控剂对试验地水稻土有效态重金属含量、 糙米重金属含量及水稻产量的影响有以下几点。

（1）针对重金属Cd 超标酸性水稻土，甬优1540重金属Cd 含量最低（0.13 mg/kg），且其他重金属含量均未超过限量值，则推荐甬优1540 作为低积累水稻品种。

（2）选用的7 种土壤调理剂中，从不同土壤调理剂对土壤有效态重金属影响的角度分析， 天象1 号可以显著降低土壤有效态Cd 含量，且不会提高其他有效态重金属的含量， 可以推荐使用天象1 号作为重金属Cd 超标酸性水稻土的土壤调理剂；从不同土壤调理剂对糙米中重金属含量影响的角度分析，楚戈的治理效果最佳，但不适用于重金属Cd、Cr、As 混合超标水稻土。 楚戈和天象1 号土壤调理剂的施用虽会降低水稻产量，但降幅不大，可以忽略。

（3）针对重金属Cd 污染的酸性水稻土，叶面阻控剂中猛降镉可显著提高水稻的产量。 含有机硅的叶面阻控剂虽然有一定的钝化效果， 但存在导致糙米As 含量超标的情况，建议存在Cd、As 污染的酸性水稻土田间慎用有机硅叶面阻控剂， 或继续研究筛选适宜的其他阻控剂。