復(fù)合鈍化材料對Cd污染耕地水稻影響的研究

趙 軼

（湖南省園林建設(shè)有限公司，湖南 長沙 410000）

土壤是人類賴以生存的基礎(chǔ)，也是人類最為重要的生產(chǎn)工具之一。2014年發(fā)布的《全國土壤重金屬污染狀況調(diào)查公報》顯示，全國土壤的總超標(biāo)點(diǎn)位占16.1%，土壤環(huán)境的總體狀況不容樂觀。我國約有20萬平方千米的耕地存在重金屬污染，其中3.33萬平方千米的耕地受到中度、重度污染[1]。湖南是我國“有色金屬之鄉(xiāng)”，礦產(chǎn)資源非常豐富，儲量大，地下蘊(yùn)藏鎢、錫、鉍、鉛、鋅、銻、汞等20多種有色金屬[2]。雷鳴等[3]通過對湖南各地市場購買的大米和湖南礦區(qū)、冶煉區(qū)生產(chǎn)的稻谷樣品研究發(fā)現(xiàn)，該批大米樣品中超過國家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)《GB 2762-2017》標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)20.53%，平均含量為0.28 mg/kg，污染區(qū)大米中Cd含量高于市場大米。水稻作為重要的糧食作物，鎘大米嚴(yán)重危害了人類的健康，因此必須要對污染耕地的進(jìn)行修復(fù)。針對重金屬污染耕地的修復(fù)方法有工程措施法、農(nóng)藝調(diào)控法、植物修復(fù)法及原位鈍化等方法，目前原位鈍化法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于修復(fù)中、輕度重金屬污染的農(nóng)田土壤。

本研究所使用的復(fù)合鈍化材料以高嶺土、赤泥為主要原材料，通過球磨、燒結(jié)、表面改性等工藝措施制備所得。本研究使用該復(fù)合鈍化材料，以原位鈍化技術(shù)對湖南典型鎘污染的土壤進(jìn)行修復(fù)治理，并考察復(fù)合鈍化材料對水稻產(chǎn)量及鎘含量的影響，以期為后期鎘污染農(nóng)田的治理提供試驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

復(fù)合鈍化材料主要由SiO2（13.75%）、Al2O3（12.24%）、MgO（8.57%）、CaO（6.18%）等堿性物質(zhì)組成，其pH值為8.3。最可幾孔徑28 nm，屬于中孔材料，比表面積達(dá)64.8 m2/g。

試驗(yàn)場地位于湖南省中南部地區(qū)典型鎘污染稻田，土壤中有效磷4.54 mg/kg，速效鉀49.13 mg/kg，全氮2.38 mg/kg，有機(jī)質(zhì)28.04 mg/kg，總鎘1.058 mg/kg，有效態(tài)鎘0.552 mg/kg，pH值為6.4。

1.2 試驗(yàn)方法

田間小區(qū)的布置采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個小區(qū)的面積為20 m2，按當(dāng)?shù)剞r(nóng)民耕種習(xí)慣進(jìn)行水肥及病蟲害管理。在插秧前1 d向各小區(qū)分別均勻施撒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的復(fù)合鈍化材料，通過翻耕使之與土壤充分混勻，同時設(shè)置空白對照，每組設(shè)置3次重復(fù)，水稻成熟期測定產(chǎn)量，并按多點(diǎn)取樣法取樣測定水稻糙米鎘含量。

1.3 測定方法

土壤中的有效態(tài)鎘參照HJ804-2016中測試方法進(jìn)行測定；土壤pH值的測定參照NY/T 1377-2007中測試方法進(jìn)行；糙米中鎘含量的測定參照GB/T 5009.15-2003中方法進(jìn)行；水稻產(chǎn)量的測定采用穗數(shù)、粒數(shù)、粒重測產(chǎn)法。

數(shù)據(jù)分析：JMP10.0，EXCEL。

2 結(jié)果與分析

2.1 復(fù)合鈍化材料對水稻產(chǎn)量的影響

由圖1可知，空白對照稻谷產(chǎn)量為449.7 kg/667 m2，施撒復(fù)合鈍化材料后稻谷產(chǎn)量均出現(xiàn)不同程度的增加，但無顯著性差異。在復(fù)合鈍化材料添加量為1 000 kg/667 m2時，取得最大增產(chǎn)率（20.50%）。

圖1 不同復(fù)合鈍化材料添加量處理稻谷產(chǎn)量

2.2 復(fù)合鈍化材料降低稻米鎘含量的效果

由圖2可知，經(jīng)復(fù)合鈍化材料處理后糙米的鎘含量有不同程度地降低，復(fù)合鈍化材料施用量為100 kg/667 m2、200 kg/667 m2、400 kg/667 m2時，鉻含量下降得不明顯。復(fù)合鈍化材料的施用量為600 kg/667 m2、800 kg/667 m2、1 000 kg/667 m2時，糙米中鎘的含量顯著下降，分別下降至0.101 mg/kg、0.128 mg/kg、0.145 mg/kg，相較于空白對照分別下降了85.12%、80.95%、78.42%，糙米質(zhì)量符合GB 2762-2012標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖2 不同復(fù)合鈍化材料添加量稻米鎘含量

3 討論

土壤的pH值是影響土壤中鎘存在形態(tài)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能增加土壤對鎘的固定能力，并降低其生物有效性，是抑制植株吸收鎘的有效措施。隨著土壤pH值的升高，土壤中的有機(jī)質(zhì)表面、粘土礦物的負(fù)電荷也隨之增加，因此對重金屬離子的吸附力加強(qiáng)，導(dǎo)致交換態(tài)重金屬的濃度降低。同時當(dāng)pH值升高時，土壤溶液中多價陽離子與氫氧離子的離子積增大，故生成該元素氫氧根沉淀的機(jī)會增大，這些沉淀也增大了土壤對重金屬的吸附力，以致其在溶液中的濃度降低。弱堿性的復(fù)合鈍化材料加入土壤可不同程度的提升土壤pH值，抑制土壤中的鎘向稻谷遷移。

復(fù)合鈍化材料中含有的硅、鈣等元素，可以對土壤中的鎘產(chǎn)生一定的拮抗作用，因而降低土壤中鎘的生物有效性，并阻止鎘向水稻中轉(zhuǎn)運(yùn)與遷移，從而緩解植物的鎘毒害作用[5]。趙穎[6]等通過田間實(shí)驗(yàn)表明添加硅后鎘更多集中在水稻根部和莖葉中，糙米中的鎘含量相對較少，說明硅可使鎘滯留在根部和莖葉中，阻止其向上遷移，降低水稻籽粒部分的鎘含量[6]。

4 結(jié)論

（1）施用復(fù)合鈍化材料后會使稻谷的產(chǎn)量出現(xiàn)不同程度地增加，但均無顯著性影響；復(fù)合鈍化材料可明顯降低水稻糙米的鎘含量，當(dāng)施用量為600 kg/667 m2、800 kg/667 m2、1 000 kg/667 m2時，糙米鎘含量均達(dá)到食品安全的國家標(biāo)準(zhǔn)，較空白對照相比，分別下降了85.12%、80.95%、78.42%，均達(dá)到差異顯著性水平。

（2）復(fù)合鈍化材料通過表面物理吸附，提高了土壤的pH值及硅、鈣等元素與土壤鎘產(chǎn)生拮抗作用等方式降低土壤中鎘的生物有效性，阻止其向水稻籽粒中遷移，減少水稻籽粒鎘含量。