汞污染稻田土壤调理剂效果研究

摘要 通过选用市面上常见的品牌商品化土壤调理剂产品和高校、科研院所复配土壤调理剂产品共10种，在南京江宁区汞污染稻田开展田间试验，探讨这10种土壤调理剂对土壤pH、土壤汞、土壤养分和水稻籽粒中汞含量的影响。结果表明，与对照相比，使用土壤调理剂一定程度上可提高土壤pH，降低土壤汞含量和水稻籽粒汞含量。同时，施用土壤调理剂还能有效提高土壤有机质、有效磷、速效钾含量，降低碱解氮含量。不同土壤调理剂处理均可降低水稻汞富集系数，降幅为19.0%～62.6%。其中，对水稻籽粒汞富集系数的降幅较高的为有机硫改良剂，其次为黏土矿物基土壤调理剂和硅钙镁土壤调理剂。

关键词 土壤调理剂；汞；污染；水稻

中图分类号 S156.2 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2024）17-0051-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.17.011

Study on the Effect of Soil Conditioners in Mercury-contaminated Rice Fields

GU Jia1，2， ZHAO Pei-song1，2， JIANG Ci-dong1，2 et al

（1.Institute of Geochemical Exploration and Marine Geological Survey， ECE， Nanjing， Jiangsu 210007;2.Coastal Saline-alkali Land Ecological Rehabilitation and Sustainable Utilizationment Technology Innovation Center， MNR， Nanjing，Jiangsu 210007）

Abstract A total of 10 kinds of commercialized soil conditioner products of common brands on the market and soil conditioner products compounded by universities and scientific research institutes were selected to carry out field tests in mercury-polluted paddy fields in Jiangning District of Nanjing， to explore the effects of these 10 soil conditioners on soil pH， soil mercury， soil nutrients and Hg content in rice grains. The results showed that compared with the control， the use of soil conditioner could improve soil pH， reduce soil mercury content and rice grain Hg content to some extent. At the same time， the application of soil conditioner could also effectively improve the content of soil organic matter， available phosphorus and available potassium， and reduce the content of alkali-hydrolyzable nitrogen.The mercury enrichment coefficient of rice could be reduced by different soil conditioners， with a decrease of 19.0%-62.6%. Among them， organic sulfur improver had a higher reduction in grain BCF， followed by clay mineral-based soil conditioner and calcium silicate soil conditioner.

Key words Soil conditioner;Mercury;Contaminate;Rice

基金项目 江苏省2016年度省级耕地污染防治专项（苏财建〔2017〕123号）。

作者简介 顾佳（1984—），女，江苏淮安人，高级工程师，硕士，从事土壤污染评估与修复治理研究。

收稿日期 2023-10-30

汞污染是农田土壤中最常见的重金属污染之一。农田土壤中汞含量超标，农作物的生长将受到抑制，影响农田生态系统，污染物也会随之迁移，一旦进入人体，将对人体健康造成严重危害。农田土壤中汞的来源十分广泛，包括成土母岩母质、大气汞的干湿沉降、含汞废水排放、含汞固体废弃物堆积、含汞农药化肥施用等［1-2］。农田重金属汞污染土壤治理的技术主要有工程措施、农艺调控措施、化学钝化技术和生物修复技术等［3-4］。其中，化学钝化技术是往重金属污染土壤中投入土壤调理剂以改变汞在土壤中的化学形态，从而降低其在土壤环境中的迁移、植物有效性和生物毒性［5］。常见的土壤调理剂有碱性材料、黏土矿物、磷酸盐类材料、硫化物等［6］。碱性物质可以提高土壤pH，促使土壤中重金属阳离子发生共沉淀作用，降低土壤中重金属阳离子的活性［7］。黏土矿物比表面积较大，结构层带电荷，可以通过发生吸附、共沉淀反应等减少土壤中重金属离子的浓度和活性，从而实现钝化效果［8］。磷酸根和重金属离子反应可以形成稳定的磷酸盐沉淀［9］。硫化物作稳定剂修复汞污染土壤，通常会与土壤中的汞结合成一种极难溶、低毒性、非常稳定的化合物，从而缓解土壤汞污染［10］。

笔者通过研究水稻季施用不同土壤调理剂对汞污染稻田土壤汞含量及水稻籽粒中汞积累的影响，筛选出适合该地区的汞污染农田土壤修复材料，为汞污染水稻田安全利用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于江苏南京市江宁区，属亚热带季风气候，四季分明，多年平均气温15.5 ℃，年降水量1 062 mm。此次在江宁某地区选取轻-中度汞污染水稻田进行土壤调理剂效果试验，试验区面积0.93 hm2。试验地块地势平坦，形状整齐，排灌方便，地力水平相对均匀，作物轮作方式为水稻-小麦。试验地块远离主干道、堆肥厂、居民区等受人为活动干扰较大的场所。

试验水稻品种镇稻18，为当地主栽水稻品种。试验田土壤为潜育型水稻土，土壤pH 6.78，有机质23.19 g/kg，碱解氮188.73 mg/kg，有效磷10.23 mg/kg，速效钾110.00 mg/kg，总镉0.26 mg/kg，总砷13.00 mg/kg，总铅63.20 mg/kg，总铬80.52 mg/kg，总汞1.03 mg/kg。

1.2 试验设计

该试验研究时间为2021年6—11月，共设置11种处理，每个处理设置3个生物学重复，随机排列。每个小区规格为18 m×12 m，小区之间开沟起垄，沟宽50 cm，垄上覆盖地膜以防止窜水和调理剂淋失，周围留足保护行。

试验调理剂一共10种，包括市面上常见的品牌商品化产品和高校、科研院所复配产品，试验材料和主要成分见表1。各种土壤调理剂的施用量和使用方法按照各产品的说明或推荐用量均匀撒施于土壤表层后，翻耕至20 cm深的土层，稳定3 d灌水后进行水稻移栽。水稻施肥、灌溉、除草、打药等田间管理都按照当地常规操作，各小区保持一致。

1.3 样品采集和检测

在小区建成时和上一季农产品采收后、土壤调理剂施入前以及此次试验农产品采收时进行取样。采用对角线取样法，每个小区采集土壤表层0～20 cm的土壤混合样品1 kg。检测指标包括pH、镉、汞、铅、砷、铬、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾。同样采用对角线取样法，水稻收获后每个小区采集水稻籽粒样品1 kg，检测指标包括镉、汞、铅、铬、砷、无机砷。

土壤、农产品按现行国家或行业颁布方法进行，其中，土壤pH采用玻璃电极法测定；有机质含量采用油浴加热重铬酸钾法测定；有效磷含量采用碳酸氢钠提取-钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定；全氮含量采用半微量凯氏定氮法测定；碱解氮含量采用碱解扩散法测定；镉、铅、铬采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定；砷、汞采用原子荧光光谱分析法测定；有效汞采用氯化钙浸提法测定。水稻籽粒镉、铅、铬采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定；总砷采用氢化物发生原子荧光光谱分析法测定；总汞采用原子荧光光谱分析法测定；无机砷采用液相色谱-原子荧光光谱分析法测定。

1.4 数据处理

使用Excel 2016进行数据处理和作图，结果表示为平均值±标准差；使用SPSS 24.0软件中的单因素方差分析对数据进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调理剂对土壤pH的影响

从图1可以看出，在10种土壤调理剂处理下，此次试验区土壤pH在6.85～7.51，均值为7.21。不同调理剂施用后，土壤pH均有所提高，提高0.52%～10.18%。7#（微生物土壤修复菌剂）在提升土壤pH上效果不太明显，有6种土壤调理剂与对照之间存在显著差异（P＜0.05），其提升效果排序为2#＞3#＞4#＞1#＞5#＞9#＞10#＞8#＞6#＞7#。

2.2 不同调理剂对土壤汞含量的影响

从图2可以看出，在10种土壤调理剂处理下，此次试验小区土壤汞含量为0.82～1.12 mg/kg，均值为0.91 mg/kg。虽然土壤汞含量在各处理之间无显著差异（P>0.05），但在数值上来看，除1#和3#外，其余8种调理剂处理下土壤汞含量均有降低，下降了2.17%～15.50%，这8种土壤调理剂降汞效果排序为4#＞5#＞7#＞10#＞8#＞2#＞9#＞6#。其中4#（硅钙镁磷肥土壤调理剂）、5#（钙镁土壤调理剂）和7#（微生物土壤修复菌剂）处理下，土壤汞含量下降均在15.00%以上。

2.3 不同土壤调理剂对土壤养分的影响

从图3可以看出，与对照相比，施用不同土壤调理剂处理的土壤有机质含量增加-0.13～6.47 g/kg，碱解氮含量降低-6.75～24.37 mg/kg，有效磷含量提高-0.37～4.06 mg/kg，速效钾含量提高2.08～16.67 mg/kg。施用土壤调理剂可一定程度上有效提高土壤有机质、有效磷、速效钾含量，降低碱解氮含量。

2.4 不同土壤调理剂对水稻籽粒汞含量的影响

在10种土壤调理剂处理下，此次试验小区水稻籽粒汞、镉、砷、铅、铬、无机砷含量均低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2017）规定的大米标准限值（0.02 mg/kg），其中水稻籽粒汞含量为0.005 4～0.008 9 mg/kg，对照组籽粒汞含量为0.012 mg/kg（图4）。

此次试验10种土壤调理剂均有较好的土壤重金属活性钝化效果，各调理剂处理均一定程度上降低水稻籽粒汞含量，降幅为23.0%～53.3%，其降汞效果排序为9#＞8#＞2#＞3#＞7#＞1#＞10#＞4#＞6#＞5#。其中，对籽粒汞含量的降幅较高的为9#有机硫改良剂（53.3%）。

2.5 不同土壤调理剂对水稻籽粒重金属富集系数的影响

前人研究发现，水稻籽粒重金属含量除与水稻基因型关系密切外，还主要受到土壤酸碱度和土壤汞含量的影响［11］。此次试验结果（图5）显示，水稻籽粒汞含量与土壤汞含量呈显著相关关系（r=0.177，P<0.01）。该研究通过计算水稻籽粒汞富集系数（水稻籽粒汞含量与土壤汞含量的比值）来分析不同土壤调理剂降汞效果。

从图6可以看出，各调理剂处理均可一定程度上降低水稻汞富集系数，降幅为19.0%～62.6%，其中，对水稻籽粒汞富集系数的降幅较高的为8#和9#（有机硫改良剂）。

综合考虑不同土壤调理剂处理下水稻籽粒汞含量和籽粒对汞的富集系数，结果发现（表2），2#黏土矿物基土壤调理剂（商品化产品）、3#硅钙镁土壤调理剂（商品化产品）、8#和9#有机硫改良剂（复配）这4种土壤调理剂可同时降低籽粒汞含量和籽粒汞富集系数40%以上。

3 结论

（1）与对照相比，10种土壤调理剂处理下土壤pH提高0.52%～10.18%，水稻籽粒汞含量降低23.0%～53.3%。除1#（硅钙镁钾土壤调理剂）和3#（硅钙镁土壤调理剂）处理外，其他8种土壤调理剂处理下土壤汞含量下降2.17%～15.50%。

（2）施用土壤调理剂可以改善土壤理化性质，提高土壤养分含量，一定程度上有效提高土壤有机质、有效磷、速效钾含量，降低碱解氮含量。

（3）综合水稻籽粒汞富集系数和土壤汞含量，8#和9#有机硫改良剂（复配）、2#黏土矿物基土壤调理剂（商品化产品）、3#硅钙镁土壤调理剂（商品化产品）这4种土壤调理剂对土壤和稻米的降汞效果较为理想，可作为后续土壤调理剂重点开发产品。

参考文献

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