不同土壤改良剂对汞污染水稻-蔬菜轮作耕地安全利用效果的研究

余 臻

(福州市绿色食品发展中心，福建 福州 350026)

土壤是农业的基础，由于城市化等人类活动影响，全球范围内约有33%的土壤发生退化或受到污染[1]。土壤重金属可通过食物链危害人体健康[2]。针对重金属污染土壤，主要的修复技术有生物法、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[3]。将当地低累积作物品种与土壤改良剂进行综合调控集成能够有效降低汞生物有效性，取得进一步降低农作物等积累风险显著效果[4]。因此，选用有机钝化剂(泥炭土，P)、吸附材料(沸石，Z；麦饭石，M)、钙质剂(白云石，D)、叶面硅肥、叶面硒肥、有机-吸附钝化(泥炭土、沸石为2∶1，PZ；泥炭土、麦饭石为2∶1，PM)、有机-钙质钝化(泥炭土、白云石为2∶1，PD)等9个土壤改良剂，在福建省长乐区玉田镇东渡村汞污染水稻-蔬菜轮作耕地开展大田试验，筛选出适宜汞污染水稻-蔬菜轮作耕地的土壤改良剂。

1 材料与方法

1.1 土壤背景值

试验地位于长乐区玉田镇东渡村(N25.52060°，E119.27481°)，种植制度为水稻-蔬菜轮作。试验地效果比对小区见图1，地块土壤与改良剂理化性质分析结果显示见表1，重金属汞含量为1.96mg·kg-1，超过《土壤环境质量 农用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB 15618-2018)筛选值，而镉、铅、砷、铬则低于风险筛选值，试验地地块属于汞单项安全利用类耕地。

表1 土壤及改良剂基本理化性质

1.2 供试材料

试验共选取9个土壤改良剂，各改良剂主要成分及用量见表2。

表2 不同处理土壤改良剂主要成分及用量

1.3 试验设计

试验在农户常规施肥的基础上，加施不同土壤改良剂。按照田间试验要求实施管理，效果比对区设在核心区附近(玉田镇东渡村，为汞污染类型)，选择水稻-蔬菜轮作地块，试验设置10个不同处理(不同技术措施)，见表2，每个处理设3次重复，共计30个小区，所有处理小区面积均为52m2(13m×4m)。以籼粳杂交稻“甬优1540”为对照(CK)，后续开展有机调控、吸附钝化、钙质定向钝化、叶面阻控和综合措施的安全利用模式效果比对。各水稻品种4月18号育秧，5月20日统一移栽，8月27日收获。水稻小区田块在农民正常水分管理，秧苗移栽后自然落干，实田2d，复水施肥除草后，浅水促蘖，至有效分蘖终止期搁田，白根长出后复浅水，孕穗至扬花结束前保持浅水层，后期薄露灌溉，干湿交替。

2020年4月18日，小区田块整地，水稻播种育秧，5月20日秧苗移栽，6月5日、6月25日，分2次施用硫酸钾复合肥(N-P-K=16∶16∶16，每次用量375kg·hm-2)。6月13日，改良剂撒施试验小区按试验设计要求施用相应用量的泥炭土、白云石、麦饭石和沸石等。7月20日、7月28日，实施水稻叶面阻控措施的小区，进行2次的叶面硅肥喷施。8月27日，收获时对每个水稻小区产量进行测产，并按照5点采样法多点采集农作物及对应土壤样品。水稻样品经砻谷机脱壳制作稻米样品，烘干后保存。

1.4 检测方法

土壤pH参照NY/T 1121.2-2006,用电位法(土水比例为1∶2.5)测定pH[5]；土壤有效态汞参照DB35/T 1459-2014，用硫代乙醇酸-磷酸氢二钠浸提-原子荧光法测定；稻米重金属汞含量参照GB 5009.17-2014，用硝酸浸提-原子荧光法测定；水稻生物量将收获的水稻置于105℃杀青30min后于60℃烘干至恒重，在电子天平上进行称量，并记录下水稻籽粒干重。

1.5 数据处理

试验所得基础数据通过Excel 2019和Sigmaplot 12.5制图，利用SPSS 26.0软件进行显著性分析，差异显著性分析采用Duncan法，差异显著水平为5%。

2 结果与分析

2.1 改良剂对土壤pH影响

由图2可知，改良剂处理对应土壤pH值大小为M(麦饭石，6.8)>D(白云石，6.5)=PM(泥炭+麦饭石，6.5)=PD(泥炭+白云石，6.5)>Si(叶面喷施硅肥，6.4)=Z(沸石，6.4)=P(泥炭，6.4)=Se(叶面喷施硒肥，6.4)=CK(对照，6.4)>PZ(泥炭+沸石，6.3)，与对照相比，麦饭石显著提高了土壤pH(P<0.05)，而其余处理与对照pH差异并不显著(P>0.05)。可见，相对于对照而言，施加各种改良剂后，仅泥炭加沸石处理降低了土壤pH值，降幅达1.6%，其余改良剂处理的土壤pH值增加了0.0～0.4单位，增幅为0.0%～6.3%，且麦饭石处理显著提高了土壤pH(P<0.05)。结果表明，麦饭石可以显著提高土壤的盐基饱和度，有效降低土壤交换性酸和石灰需要量，显著提高土壤pH值[6]。这与张舒予[7]、邢世和[8]等针对土壤调理剂改良酸性土壤研究结果相一致。

图2 改良剂对土壤pH影响

2.2 改良剂对土壤有效汞含量影响

由图3可知，施加改良剂后各小区有效汞含量为(mg·kg-1)，CK(对照，0.028)>PD(泥炭加白云石，0.024)>D(白云石，0.023)>PZ(泥炭加沸石，0.022)>Se(叶面喷施硒肥，0.021)=Z(沸石，0.021)>Si(叶面喷施硅肥，0.019)>M(麦饭石，0.018)=PM(泥炭加麦饭石，0.018)>P(泥炭，0.017)，各处理土壤有效汞含量均低于农产品产地土壤重金属污染分级指标中汞的安全值(0.04mg·kg-1)。施加改良剂后，各处理土壤有效汞含量均低于对照组，仅泥炭加白云石和白云石处理土壤有效汞与对照相差异不显著(P>0.05)，泥炭加沸石、叶面喷施硒肥、沸石、叶面喷施硅肥、麦饭石、泥炭加麦饭石和泥炭处理均显著降低土壤有效汞含量(P<0.05)。结果表明，泥炭加沸石、叶面喷施硒肥、沸石、叶面喷施硅肥、麦饭石、泥炭加麦饭石和泥炭处理均可以改良土壤结构，调节土壤酸碱度，吸附重金属，阻断土壤重金属向食物链转移，减少土壤有效汞含量，这与闫双堆[9]、张杰[10]、马敏[11]、狄晓颖[12]等研究结果相一致。

图3 改良剂对土壤有效汞含量影响

2.3 改良剂对稻谷产量影响

施加改良剂后各小区的产量为(kg·hm-2)，PD(泥炭加白云石，8730)>D(白云石，8550)>P(泥炭，8280)>Si(叶面喷施硅肥，8175)>CK(对照，8085)>Se(叶面喷施硒肥，8040)>Z(沸石，7995)>PZ(泥炭加沸石，7965)>PM(泥炭加麦饭石，7905)=M(麦饭石，7905)。相对于对照而言，泥炭加白云石、白云石、泥炭、叶面喷施硅肥处理提高了水稻产量，增加产量90～645kg·hm-2，增幅1.1%～8.0%，其中泥炭加白云石和白云石显著提高水稻稻谷产量(P<0.05)。而叶面喷硒施肥、沸石、泥炭加沸石、泥炭加麦饭石、麦饭石处理则略微降低水稻产量，降低产量45～180kg·hm-2，降幅0.6%～2.2%，并未达到显著下降(P>0.05)。结果表明，泥炭加白云石、白云石、泥炭、叶面喷施硅肥处理可以改良水稻土壤理化性状，促进水稻根系发育，具有一定增产效果，这与吴宏涛[13]、闫晗[14]、赵琦[15]等研究结果相一致。

2.4 改良剂对稻米汞含量影响

由图4可知，未进行改良处理前稻米汞含量为0.010mg·kg-1，未超过国家食品安全限值。与对照组相比，添加改良剂后稻米汞含量并未改变，各处理下稻米汞含量均为0.010mg·kg-1。可见，“甬优1540”属于汞低富集水稻，对照和添加改良剂处理的“甬优1540”稻米汞含量均低于(食品安全国家标准中大米的汞限量为0.02mg·kg-1)的限值。

图4 改良剂对稻谷汞含量影响

3 结论

稻米汞含量在国家食品安全限值之内，施加改良剂后，“甬优1540”属于汞低富集水稻，对照和添加改良剂处理的“甬优1540”稻米汞含量均低于检出限。

泥炭加白云石和白云石显著提高水稻稻谷产量(P<0.05)，其余处理与对照稻谷产量无显著差异(P>0.05)。

与对照相比，泥炭加沸石处理降低了土壤pH值，降幅达1.6%，其余改良剂土壤pH值增加了0.0～0.4单位，且麦饭石处理显著提高了土壤pH(P<0.05)。

泥炭加白云石和白云石处理土壤有效汞与对照相差异不显著(P>0.05)，泥炭加沸石、叶面喷施硒肥、沸石、叶面喷施硅肥、麦饭石、泥炭加麦饭石和泥炭处理均显著降低土壤有效汞含量(P<0.05)。

本次田间试验仅在长乐区玉田镇东渡村的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田间验证。