鎘砷污染稻田土壤鈍化阻隔技術(shù)研究

阮博 潘素 林倩茹 楊啟豪

基金項目：廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目（202020080825000004）；2022-2023年佛山市社會領(lǐng)域科技攻關(guān)專項（2220001018511）。

作者簡介：阮博（1989-），男，漢族，湖北孝感人，博士，研究方向為農(nóng)田重金屬修復。

潘素（1999-），女，漢族，湖南衡陽人，在讀碩士，研究方向為資源利用與植物保護。

林倩茹（1997-），女，漢族，廣東陽江人，碩士，研究方向為農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境修復。

楊啟豪（1984-），男，侗族，湖南懷化人，本科，高級工程師，研究方向為環(huán)境科學。

摘要：隨著人類活動和工業(yè)、農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，耕地土壤受到了鎘、砷等土壤重金屬的嚴重污染，對食品安全和人體健康造成嚴重威脅。本研究以鎘砷污染稻田水稻為研究對象，驗證了“葉面阻控劑”“土壤調(diào)理劑”“葉面阻控劑+土壤調(diào)理劑”在阻隔水稻對重金屬吸收等方面的有效性，篩選出適合輕中度鎘砷污染農(nóng)田安全利用技術(shù)模式。實驗結(jié)果表明：施用葉面阻控劑和土壤調(diào)理劑后能調(diào)控土壤酸性（土壤pH提升2.3個單位），增加稻米產(chǎn)量（最高增產(chǎn)8.04%），且通過“土壤鈍化+葉面阻控”組合措施能夠明顯降低稻米對鎘、砷的吸收（鎘含量降低50%，砷含量降低5.89%），有力地保障了農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，為受污染耕地的治理與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全提供了技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：鎘砷污染；稻田土壤；鈍化阻隔技術(shù)

文章編號：1674-7437（2023）12-0164-04? ? ?中國圖書分類號：X53? ? ? ?文章標識碼：A

土壤既是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，又是人類社會發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)來源[1]。2014年4月17日，環(huán)保部和國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國耕地土壤重金屬等污染物點位超標率達19.4%，污染形勢不容樂觀，尤其是長江三角洲、珠江三角洲等經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)耕地鎘、砷等污染狀況十分嚴重[2]。土壤重金屬超標帶來的水稻、小麥等糧食作物重金屬超標問題也令人擔憂。目前，我國農(nóng)田土壤重金屬污染面積逐步增大且以中輕度污染為主。我國耕地面積中，受Cd、As、Pb、Hg、Zn等重金屬污染的面積近2 000萬hm2，約占耕地總面積的1/5[3]。農(nóng)田土壤重金屬污染已成為人們極為重視的環(huán)境問題，隨之而來的還有糧食作物安全問題。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，全國每年被重金屬污染的糧食達0.12億t，經(jīng)濟損失達200億元[4]。因此，土壤重金屬污染防治與修復工作亟待加強。

近年來，黨中央和國務(wù)院高度重視土壤重金屬污染防治與糧食安全生產(chǎn)，明確將“保護耕地資源，防治耕地重金屬污染”作為《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015-2030年）》的重點任務(wù)；國務(wù)院2016年5月28日印發(fā)《土壤污染防治行動計劃》（簡稱“土十條”），對今后一個時期我國土壤污染防治工作做出了全面戰(zhàn)略部署；黨的二十大報告中提出要“強化土壤污染管控與修復，加強農(nóng)業(yè)面源污染防治”“確保國家糧食安全”等[5]。然而，如何修復農(nóng)田土壤重金屬污染，保障糧食作物安全生產(chǎn)，仍是當前土壤及環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點和難點。目前，我國農(nóng)田鎘砷污染協(xié)同控制技術(shù)研發(fā)相對滯后，鎘砷復合污染農(nóng)田控制材料研發(fā)的難點在于單一材料很難同時控制兩種金屬/類金屬在水稻籽粒中的累積，因此，亟待開發(fā)一種能夠大面積推廣應(yīng)用、成本較低、不誤農(nóng)時的鎘砷協(xié)同控制技術(shù)方法，降低農(nóng)產(chǎn)品中重金屬含量。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部辦公廳印發(fā)的《輕中度污染耕地安全利用與治理修復推薦技術(shù)名錄（2019年版）》顯示，目前，我國針對重金屬污染耕地安全利用技術(shù)主要有農(nóng)藝調(diào)控（深翻耕、葉面阻控、水分管理、石灰調(diào)節(jié)、優(yōu)化施肥、品種調(diào)整等）、土壤改良（原位鈍化、定向調(diào)控）、生物類技術(shù)（微生物修復、植物提?。?，以及替代種植和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整等[6]。

葉面阻控技術(shù)一般是指在作物關(guān)鍵生長期（如水稻分蘗期、拔節(jié)期，水果膨大期等）噴施具有拮抗或生理調(diào)控的葉面肥，有效阻控重金屬往籽?；蚬麑嵽D(zhuǎn)運，最終降低可食部位重金屬超標風險的技術(shù)。常見的葉面阻隔劑包括含氮、磷、鉀及常規(guī)微量元素（鈣、鎂、鐵、硼、錳、鋅、鉬、鈦、硫）成分的葉面阻隔劑、硅基（有機硅和無機硅）葉面阻隔劑、含硒或稀土元素成分的葉面阻隔劑及含農(nóng)作物生理調(diào)節(jié)類物質(zhì)（甘露糖）的葉面阻隔劑等[7]，應(yīng)用于水稻、玉米、油菜等農(nóng)作物。硅作為水稻的營養(yǎng)元素，可以提高水稻葉片葉綠素含量、提高根系活力、降低細胞膜的透性，從而提高水稻對重金屬的抵抗能力。

通過施用鈍化劑、土壤調(diào)理劑等，降低重金屬污染物在土壤中的活性，阻控作物對土壤污染物的吸收，其技術(shù)核心是向污染土壤中加入土壤鈍化劑改變土壤的物理、化學性質(zhì)，通過對重金屬的吸附、離子交換、沉淀或共沉淀作用，改變重金屬在土壤中的化學形態(tài)和存在狀態(tài)，從而降低其生物有效性和遷移性，減少重金屬元素對動植物的毒性及其環(huán)境風險。

本實驗思路為：以農(nóng)產(chǎn)品安全為核心，從降低土壤重金屬移動性、阻止水稻等植株體內(nèi)重金屬向籽粒運輸兩個方面入手；利用現(xiàn)有的農(nóng)田土壤重金屬污染治理技術(shù)成果、農(nóng)田重金屬固定鈍化技術(shù)與產(chǎn)品降低重金屬移動性，并運用葉面阻隔技術(shù)與產(chǎn)品降低重金屬轉(zhuǎn)運實現(xiàn)對輕中度污染土壤的治理，以期為重金屬超標農(nóng)田的糧食安全生產(chǎn)提供參考。

1? ?材料、方法與數(shù)據(jù)分析

1.1? ?實驗材料

實驗水稻品種為美香占2號（Oryza sativa L.）。實驗所用葉面阻控劑和土壤調(diào)理劑信息（見表1）。

1.2? ?實驗方法

1.2.1? ?實驗處理

以農(nóng)戶現(xiàn)有地塊為基礎(chǔ)，在22畝（約14 666 m2）地塊上開展共12個實驗處理，分為A、B、C、D、E、F等6個實驗組，同一實驗組內(nèi)地塊土壤性質(zhì)基本一致，每組設(shè)置空白對照及實驗處理，每個處理設(shè)置3個重復，隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)面積30 m2，大田區(qū)域面積為3畝（約2 000 m2）左右。實驗地利用現(xiàn)狀為水田，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量類別屬于安全利用類，土壤pH在4.80～6.16之間，土壤鎘含量為0.2～0.3 mg/kg，土壤砷含量為84.5～142 mg/kg。特征污染物為鎘、砷元素，多數(shù)介于篩選值和管制值之間。

土壤主要采集表層土壤（深度0cm～20 cm）。采用梅花五點法于每個處理區(qū)各采集一份土壤樣品（1袋樣品≥500g），每個處理區(qū)每個點位采集不少于100 g土壤，將其混合后為一個土壤樣品，樣品統(tǒng)一送至第三方機構(gòu)檢測。水稻與土壤協(xié)同采樣，測定稻米中鎘、砷、汞、鉛、鉻等五項重金屬含量。

土壤調(diào)理劑于2022年8月15日在T2與T4分別撒施；葉面阻控劑于2022年10月6日在T4、T6與T8第一次噴施；葉面阻控劑于2022年10月26日第二次噴施。葉面阻控劑于2022年10月6日在大田第一次噴施；葉面阻控劑于2022年10月26日第二次噴施。實驗于2022年11月24日按照梅花五點法完成采樣，當日送至第三方檢測。其中，習慣施肥，在插秧前選用24-7-19

（N-P2O5-K2O）配方肥，人工撒施40 kg/666.67m2。葉面阻控劑統(tǒng)一按1∶10兌水稀釋后無人機噴施；土壤調(diào)理劑人工均勻撒施后將每個實驗區(qū)單獨打田（見表2）。

1.2.2? ?測定指標及方法

土壤和調(diào)理劑按照水土（劑）比為2.5∶1制備懸液后直接采用pH計測定。土壤中鎘參照GB/T17141-1997測定、砷參照GB/T 22105.2-2008測定、有效態(tài)鎘參照HJ 804-2016測定。水稻鎘含量參照GB/T 5009.15-2014測定、砷含量參照GB/T 5009.11-2014測定。

1.3? ?數(shù)據(jù)分析

實驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016軟件進行數(shù)據(jù)分析、繪圖，以平均數(shù)±標準誤差表示數(shù)據(jù)。

2? ? 結(jié)果與分析

2.1? ?施用葉面阻控劑與土壤調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量的影響

由圖1不同葉面阻控劑及土壤調(diào)理劑施用前后水稻產(chǎn)量結(jié)果可見，在葉面阻控效果實驗中，經(jīng)測產(chǎn)統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，施用“降鎘靈”“噴噴富”葉面阻控劑均能達到一定增產(chǎn)效果，其中，以施用“噴噴富”葉面阻控劑增產(chǎn)效果最為明顯，增產(chǎn)6.09%。在土壤鈍化效果實驗中，測產(chǎn)分析發(fā)現(xiàn)，施用“億土康”土壤調(diào)理劑均能達到一定增產(chǎn)效果，其中，以施用“億土康”土壤調(diào)理劑300kg/666.67 m2處理的水稻增產(chǎn)效果最佳，增產(chǎn)8.04%（見圖1）。

2.2? ?施用不同劑量土壤調(diào)理劑對土壤pH的影響

根據(jù)圖2所示，與CK處理組對比，撒施“億土康”牌土壤調(diào)理劑的水稻種植區(qū)域土壤pH均有升高，“億土康”調(diào)理劑施用量100 kg/666.67 m2、200 kg/

666.67 m2、300 kg/666.67 m2處理后土壤pH分別增大了1.1、2.1、2.3個單位，其中，以施用“億土康”土壤調(diào)理劑300 kg/666.67 m2的處理，對pH的影響最大，增大2.3個單位（見圖2）。

2.3? ?不同葉面阻控劑與土壤調(diào)理劑處理對稻米鎘砷含量的影響

各實驗組不同處理之后稻米中Cd、As含量如下（見表3，圖3）。

根據(jù)表3各小區(qū)及大田稻米鎘、砷數(shù)據(jù)結(jié)果可看出，A組施用土壤調(diào)理劑T2比T1鎘下降50%；B組采用“葉面阻控劑+土壤調(diào)理劑”組合實驗T4比T3鎘下降50%，砷下降5.89%；C組施用葉面阻控劑-噴噴富T6比T5鎘下降33.33%，砷增加13.33%；D組施用葉面阻控劑-降鎘靈T8比T7鎘下降50% ，砷增加7.14%。根據(jù)圖3小區(qū)及大田實驗數(shù)據(jù)可看出，在大田示范實驗中采用葉面阻控劑-降鎘靈實施區(qū)域比空白區(qū)域Cd下降28.05%，As無明顯下降；采用葉面阻控劑-噴噴富實施區(qū)域比空白區(qū)域Cd下降28.75%，As下降5.89%。經(jīng)過處理的稻米鎘、砷含量均低于食品安全國家標準《食品中污染物限量》（GB 2762-2022）規(guī)定的限值（稻米Cd<0.2 mg/kg、As<0.5 mg/kg）（見圖3）。

2.4? ?施用不同劑量土壤調(diào)理劑對土壤有效態(tài)鎘含量的影響

如圖4施用不同劑量土壤調(diào)理劑后土壤有效態(tài)鎘含量所示，在土壤鈍化效果實驗中，施用不同用量的“億土康”處理（100 kg/666.67m2、200 kg/666.67m2、300 kg/666.67m2）的土壤有效態(tài)鎘含量與對照組（CK）相比，土壤中有效態(tài)鎘含量顯著降低，比對照組（CK）分別下降34.58%、40.19%、48.60%，土壤中有效鎘含量降幅明顯，其中以施用“億土康”土壤調(diào)理劑300 kg/666.67m2的處理，對土壤有效態(tài)鎘含量的影響最大（見圖4）。

3? ?結(jié)束語

本實驗施用葉面阻控劑和“億土康”牌土壤調(diào)理劑處理均對水稻表現(xiàn)一定增產(chǎn)作用，其中以施用“億土康”土壤調(diào)理劑300kg/666.67m2，增產(chǎn)效果最為明顯，增產(chǎn)8.04%。

本實驗施用葉面阻控劑及土壤調(diào)理劑均能大幅度降低稻米對鎘的吸收。在“葉面阻控劑-降鎘靈”實驗降鎘率達50%，在“葉面阻控劑-噴噴富”實驗降鎘率達33.33%，葉面阻控劑降鎘效果顯著；施用土壤調(diào)理劑降鎘率達50%，在“葉面阻控劑+土壤調(diào)理劑”組合實驗鎘降幅50%，砷降幅5.89%，實驗數(shù)據(jù)可看出土壤調(diào)理劑、“葉面阻控劑+土壤調(diào)理劑”降鎘效果顯著。經(jīng)過處理的稻米鎘、砷含量均低于食品安全國家標準規(guī)定的限值。

本實驗施用“億土康”牌土壤調(diào)理劑均能顯著提升稻田中土壤pH。

本實驗施用“億土康”牌土壤調(diào)理劑均能顯著降低稻田中土壤的有效態(tài)鎘含量，其中，以施用“億土康”土壤調(diào)理劑300 kg/666.67m2的降幅最大，比對照組（CK）下降48.60%。表明施用調(diào)理劑后能鈍化土壤中重金屬，降低水稻對重金屬的有效吸收。

綜合以上實驗結(jié)果，施用葉面阻控劑和土壤調(diào)理劑后能調(diào)控土壤酸性，增加稻米產(chǎn)量，并且通過“土壤鈍化+葉面阻控”組合措施能夠明顯降低稻米對鎘砷的吸收，保障農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)出安全，不失為一種行之有效的受污染耕地安全利用技術(shù)模式。

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