不同鈍化劑對(duì)輕度鎘污染農(nóng)田水稻吸附的鈍化修復(fù)作用

馬嬋華

摘要 添加鈍化劑是修復(fù)重金屬污染土壤的有效方法之一。通過(guò)在成都平原的水稻輕度Cd污染農(nóng)田進(jìn)行田間試驗(yàn)，選取石灰、生物炭、生物有機(jī)肥3種鈍化劑，探討輕度Cd污染農(nóng)田土壤原位鈍化修復(fù)技術(shù)效果。結(jié)果表明，向農(nóng)田土壤中施加石灰、生物炭、生物有機(jī)肥等鈍化劑可以在一定程度上降低作物籽粒中Cd含量。單一石灰處理、生物炭配施石灰處理以及生物有機(jī)肥配施石灰處理可以使水稻常規(guī)修復(fù)試驗(yàn)中水稻籽粒中Cd含量降低8.85%～29.62%。由此可見(jiàn)，向農(nóng)田土壤中施加鈍化劑可以在一定程度上降低作物籽粒中Cd含量。

關(guān)鍵詞 農(nóng)田土壤污染;重金屬鎘污染;鈍化劑;吸附;鈍化;修復(fù)

中圖分類號(hào) X53? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2021）02-0046-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.014

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Passivation and Remediation Effects of Different Passivation Agents on the Adsorption of Lightly CadmiumContaminated Farmland Rice

MA Chanhua

（Sichuan Institute of Nuclear Geology，Chengdu，Sichuan 610052）

Abstract Adding passivation agent is one of the effective methods to repair heavy metal contaminated soil.In this paper， field experiments were carried out on lightly Cd contaminated rice fields in Chengdu Plain， and three passivation agents， including lime， biochar and bioorganic fertilizer， were selected to investigate the technical effects of insitu passivation remediation of soil in lightly Cd contaminated farmland.The results showed that adding passivation agents such as lime， biochar and bioorganic fertilizer to the farmland soil could reduce the content of Cd in grain. Single lime treatment， biochar combined with lime treatment and bioorganic fertilizer combined with lime treatment could reduce the Cd content of rice grains by 8.85%-29.62% respectively in conventional rice restoration experiments.Therefore， it can be concluded that applying passivation agent to farmland soil can reduce Cd content of crops to some extent.

Key words Soil pollution in farmland;Heavy metal cadmium pollution;Passivation agent;Adsorption;Passivation;Remediation

土壤是人類生存發(fā)展必不可少的自然資源，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，與人類的生存發(fā)展和環(huán)境息息相關(guān)。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，土壤污染日益嚴(yán)重。進(jìn)入到土壤系統(tǒng)的重金屬Cd，可以通過(guò)食物鏈最終富集到人體，從而產(chǎn)生危害[1]。人體積累少量的Cd便可能引發(fā)嚴(yán)重的癥狀，長(zhǎng)期食用Cd超標(biāo)的食物會(huì)富集在肝臟、腎臟和骨骼中，造成各種不同程度的損傷，危害人類健康[2]。聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署將Cd列為12種全球性意義的危險(xiǎn)化學(xué)物質(zhì)中的首位。因而采取有效的措施治理農(nóng)田土壤重金屬污染尤其是 Cd 的污染，開(kāi)展重金屬污染土壤修復(fù)研究，特別是鈍化修復(fù)技術(shù)研究顯得尤為迫切[3]。

成都平原氣候溫和，土地肥沃，是我國(guó)重要的糧食產(chǎn)區(qū)，也是全國(guó)重要的商品糧、油生產(chǎn)基地。根據(jù)2014年《四川省土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，四川耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)34.3%，Cd點(diǎn)位超標(biāo)率為20.8%。研究表明，Cd、Pb、Hg是成都平原土壤重金屬的主要污染物;同時(shí)成都郊區(qū)土壤Cd超過(guò)《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）中的二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，總體處于中等程度潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，土壤重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻。因此，探討成都平原Cd 污染農(nóng)田土壤的修復(fù)具有重要的意義。

該研究于2018年4—10月在成都平原地區(qū)的稻田輕度Cd污染農(nóng)田水稻進(jìn)行田間跟蹤小區(qū)試驗(yàn)，選取石灰、生物炭、生物有機(jī)肥3種鈍化劑進(jìn)行輕度Cd污染農(nóng)田土壤原位鈍化修復(fù)效果的研究[4]，以篩選出適合大田的輕度Cd污染農(nóng)田水稻吸附鈍化修復(fù)技術(shù)，從而為成都平原地區(qū)重金屬污染土壤的治理與修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)[5]。

1 材料與方法

1.1 材料

該研究中所需材料為17-17-17復(fù)合肥、生物炭、石灰、尿素（總氮≥46.0%）、水稻種。水稻季常規(guī)修復(fù)試驗(yàn)供試水稻品種為深兩優(yōu)1813。供試鈍化劑的基本性質(zhì)見(jiàn)表1。

1.2 試驗(yàn)處理方法

在研究區(qū)輕度Cd污染農(nóng)田土壤開(kāi)展石灰、生物炭以及生物有機(jī)肥等不同鈍化劑對(duì)Cd的修復(fù)研究。試驗(yàn)共設(shè)置4個(gè)處理，各個(gè)處理組鈍化劑的用量如下：

①處理1，不施鈍化劑處理;

②處理2，單一石灰處理，施用石灰用量1 050 kg/hm2;

③處理3，石灰與生物炭配合處理，先施加1 050 kg/hm2石灰，待7 d后，再施加3 000 kg/hm2生物炭;④處理4，石灰與生物有機(jī)肥配合處理，先施加1 050 kg/hm2石灰，待7 d后，再施用3 000 kg/hm2生物有機(jī)肥。

每個(gè)處理小組進(jìn)行3次重復(fù)設(shè)置，合計(jì)15個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)進(jìn)行隨機(jī)排列，保證試驗(yàn)效果。每個(gè)小區(qū)為20 m2，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)之間用塑料薄膜覆蓋，防止試驗(yàn)期間各小區(qū)之間產(chǎn)生串水現(xiàn)象。

1.3 試驗(yàn)操作步驟

試驗(yàn)田地于5月20日進(jìn)行施肥處理，6月5日進(jìn)行水稻栽種，10月收獲。種植期間均采用清水，確保滿足農(nóng)田灌溉用水要求。根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植模式將鈍化劑與肥料施加到各試驗(yàn)小區(qū)，進(jìn)行土壤翻耕混勻。

水稻收割后，將作物樣本以及樣品對(duì)應(yīng)的重金屬污染土壤送到檢測(cè)中心進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，對(duì)作物和土壤中重金屬鎘的含量進(jìn)行測(cè)定，以便研究不同處理組、不同鈍化劑方式下土壤以及水稻對(duì)重金屬鎘元素的吸收能力。

測(cè)試項(xiàng)目：鎘含量;測(cè)試設(shè)備：ICP-OES;測(cè)試依據(jù)：DB53/T 288—2009 食品中鎘等18種元素的測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、處理與分析。

2 結(jié)果與分析

針對(duì)不同鈍化劑處理對(duì)作物籽粒中Cd 含量的影響進(jìn)行分析，根據(jù)各小區(qū)采集的水稻成熟期水稻樣品中Cd 含量測(cè)定結(jié)果，得出水稻在不同鈍化劑及其組合處理下水稻籽粒中Cd 含量（圖1）。從圖1可以看出，在此次修復(fù)試驗(yàn)中，水稻籽粒中Cd含量為0.18～0.26 mg/kg，將使用鈍化劑的樣品與未使用的樣品進(jìn)行對(duì)比分析，3種鈍化劑處理模式均可降低水稻籽粒中Cd含量，降低幅度為8.85%～29.62%，其中石灰與生物炭配合處理模式以及石灰與生物有機(jī)肥配合處理模式下的水稻籽粒中Cd含量與不添加鈍化劑模式相比降低效果明顯，同時(shí)鈍化劑配合使用模式下的水稻籽粒中Cd含量比單一石灰處理下的水稻籽粒中Cd含量也有顯著降低。其中石灰與生物炭配合處理模式下的水稻籽粒中Cd含量的降低效果最好，水稻籽粒中Cd含量降為0.18 mg/kg，與不加鈍化劑模式相比降低了29.62%。但是從圖1還可以看出，有些經(jīng)過(guò)原位鈍化修復(fù)處理后的水稻籽粒中Cd含量仍然較高，除了水稻籽粒中Cd含量最低的石灰與生物炭配合處理模式降低至0.18 mg/kg，其他樣品均超過(guò)了國(guó)家食品安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) GB 2762—2012《食品安全標(biāo)準(zhǔn)》所規(guī)定的食品中Cd限量指標(biāo)的要求（糙米中Cd含量不高于0.2 mg/kg）[6]。

石灰、生物炭以及生物有機(jī)肥等鈍化劑主要是通過(guò)降低土壤中Cd的生物有效性，減少作物對(duì)土壤中Cd的吸收，從而降低水稻籽粒Cd含量。

3 結(jié)論與討論

該研究通過(guò)在成都平原輕度Cd 污染農(nóng)田進(jìn)行水稻種植田間試驗(yàn)，選取石灰、生物炭、生物有機(jī)肥3種鈍化劑進(jìn)行輕度Cd污染農(nóng)田土壤原位鈍化修復(fù)效果的研究，根據(jù)田間小區(qū)試驗(yàn)的結(jié)果，得出以下結(jié)論：向農(nóng)田土壤中施加鈍化劑可以在一定程度上降低作物籽粒中Cd含量，單一石灰處理、生物炭配施石灰處理以及生物有機(jī)肥配施石灰處理可以使水稻季常規(guī)修復(fù)試驗(yàn)中水稻籽粒中Cd含量降低8.85%～29.62%。3種處理中生物炭配施石灰處理效果最好[7]。

鈍化劑對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果往往受到重金屬離子的種類、土壤類型、作物類型及環(huán)境因子的制約，不同鈍化劑的修復(fù)效果差異也很大，有些鈍化劑在土壤重金屬污染修復(fù)中還存在著一些爭(zhēng)議[8]。因此，除了需要更深入系統(tǒng)地研究鈍化劑對(duì)重金屬污染修復(fù)機(jī)理，在現(xiàn)有研究工作的基礎(chǔ)上，還需要借鑒關(guān)于土壤鈍化劑的最新研究成果，篩選出一些經(jīng)濟(jì)成本低、有效性強(qiáng)、穩(wěn)定性高且對(duì)環(huán)境友好的土壤鈍化劑，這也是土壤鈍化劑研究的發(fā)展方向之一[9]。

研究重金屬在土壤環(huán)境中的遷移轉(zhuǎn)化是評(píng)估鈍化劑原位修復(fù)效果最為有效的方法之一。重金屬在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化不僅涉及以形態(tài)轉(zhuǎn)化為主要方式的化學(xué)遷移，還涉及生物遷移過(guò)程，因此，還需要考慮鈍化劑施用對(duì)生物遷移的影響。增加試驗(yàn)可以對(duì)鈍化劑的重金屬污染土壤修復(fù)效果進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明，更好地揭示鈍化劑對(duì)重金屬原位固定機(jī)理[10]。

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