鎘砷污染稻田土壤鈍化阻隔技術研究

阮博 潘素 林倩茹 楊啟豪

基金項目：廣東省重點領域研發計劃項目（202020080825000004）；2022-2023年佛山市社會領域科技攻關專項（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，研究方向為農業生態環境修復。

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

摘要：隨著人類活動和工業、農業的迅速發展，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”“土壤調理劑”“葉面阻控劑+土壤調理劑”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田安全利用技術模式。實驗結果表明：施用葉面阻控劑和土壤調理劑后能調控土壤酸性（土壤pH提升2.3個單位），增加稻米產量（最高增產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%），有力地保障了農產品安全生產，為受污染耕地的治理與農產品質量安全提供了技術支撐。

關鍵詞：鎘砷污染；稻田土壤；鈍化阻隔技術

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

土壤既是生態系統的重要組成部分，又是人類社會發展的物質基礎以及農業生產的基礎來源[1]。2014年4月17日，環保部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》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、珠江三角洲等經濟發達地區耕地鎘、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]。農田土壤重金屬污染已成為人們極為重視的環境問題，隨之而來的還有糧食作物安全問題。統計數據顯示，全國每年被重金屬污染的糧食達0.12億t，經濟損失達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，黨中央和國務院高度重視土壤重金屬污染防治與糧食安全生產，明確將“保護耕地資源，防治耕地重金屬污染”作為《全國農業可持續發展規劃（2015-2030年）》的重點任務；國務院2016年5月28日印發《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，加強農業面源污染防治”“確保國家糧食安全”等[5]。然而，如何修復農田土壤重金屬污染，保障糧食作物安全生產，仍是當前土壤及環境領域的研究熱點和難點。目前，我國農田鎘砷污染協同控制技術研發相對滯后，鎘砷復合污染農田控制材料研發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，亟待開發一種能夠大面積推廣應用、成本較低、不誤農時的鎘砷協同控制技術方法，降低農產品中重金屬含量。根據農業農村部辦公廳印發的《輕中度污染耕地安全利用與治理修復推薦技術名錄（2019年版）》顯示，目前，我國針對重金屬污染耕地安全利用技術主要有農藝調控（深翻耕、葉面阻控、水分管理、石灰調節、優化施肥、品種調整等）、土壤改良（原位鈍化、定向調控）、生物類技術（微生物修復、植物提?。?，以及替代種植和種植結構調整等[6]。

葉面阻控技術一般是指在作物關鍵生長期（如水稻分蘗期、拔節期，水果膨大期等）噴施具有拮抗或生理調控的葉面肥，有效阻控重金屬往籽?；蚬麑嵽D運，最終降低可食部位重金屬超標風險的技術。常見的葉面阻隔劑包括含氮、磷、鉀及常規微量元素（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作物生理調節類物質（甘露糖）的葉面阻隔劑等[7]，應用于水稻、玉米、油菜等農作物。硅作為水稻的營養元素，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，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和存在狀態，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境風險。

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

1? ?材料、方法與數據分析

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理劑信息（見表1）。

1.2? ?實驗方法

1.2.1? ?實驗處理

以農戶現有地塊為基礎，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，同一實驗組內地塊土壤性質基本一致，每組設置空白對照及實驗處理，每個處理設置3個重復，隨機區組排列，每個小區面積30 m2，大田區域面積為3畝（約2 000 m2）左右。實驗地利用現狀為水田，耕地土壤環境質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各采集一份土壤樣品（1袋樣品≥500g），每個處理區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，樣品統一送至第三方機構檢測。水稻與土壤協同采樣，測定稻米中鎘、砷、汞、鉛、鉻等五項重金屬含量。

土壤調理劑于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。葉面阻控劑統一按1∶10兌水稀釋后無人機噴施；土壤調理劑人工均勻撒施后將每個實驗區單獨打田（見表2）。

1.2.2? ?測定指標及方法

土壤和調理劑按照水土（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? ?數據分析

實驗數據采用Microsoft Excel 2016軟件進行數據分析、繪圖，以平均數±標準誤差表示數據。

2? ? 結果與分析

2.1? ?施用葉面阻控劑與土壤調理劑對水稻產量的影響

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

2.2? ?施用不同劑量土壤調理劑對土壤pH的影響

根據圖2所示，與CK處理組對比，撒施“億土康”牌土壤調理劑的水稻種植區域土壤pH均有升高，“億土康”調理劑施用量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）。

根據表3各小區及大田稻米鎘、砷數據結果可看出，A組施用土壤調理劑T2比T1鎘下降50%；B組采用“葉面阻控劑+土壤調理劑”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%。根據圖3小區及大田實驗數據可看出，在大田示范實驗中采用葉面阻控劑-降鎘靈實施區域比空白區域Cd下降28.05%，As無明顯下降；采用葉面阻控劑-噴噴富實施區域比空白區域Cd下降28.75%，As下降5.89%。經過處理的稻米鎘、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理劑對土壤有效態鎘含量的影響

如圖4施用不同劑量土壤調理劑后土壤有效態鎘含量所示，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）的土壤有效態鎘含量與對照組（CK）相比，土壤中有效態鎘含量顯著降低，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”土壤調理劑300 kg/666.67m2的處理，對土壤有效態鎘含量的影響最大（見圖4）。

3? ?結束語

本實驗施用葉面阻控劑和“億土康”牌土壤調理劑處理均對水稻表現一定增產作用，其中以施用“億土康”土壤調理劑300kg/666.67m2，增產效果最為明顯，增產8.04%。

本實驗施用葉面阻控劑及土壤調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；施用土壤調理劑降鎘率達50%，在“葉面阻控劑+土壤調理劑”組合實驗鎘降幅50%，砷降幅5.89%，實驗數據可看出土壤調理劑、“葉面阻控劑+土壤調理劑”降鎘效果顯著。經過處理的稻米鎘、砷含量均低于食品安全國家標準規定的限值。

本實驗施用“億土康”牌土壤調理劑均能顯著提升稻田中土壤pH。

本實驗施用“億土康”牌土壤調理劑均能顯著降低稻田中土壤的有效態鎘含量，其中，以施用“億土康”土壤調理劑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。

綜合以上實驗結果，施用葉面阻控劑和土壤調理劑后能調控土壤酸性，增加稻米產量，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，保障農產品的產出安全，不失為一種行之有效的受污染耕地安全利用技術模式。

參考文獻：

[1]趙其國，駱永明. 論我國土壤保護宏觀戰略[J].中國科學院院刊，2015，30（04）：452-458.

[2]中國政府網.全國土壤污染狀況調查公報[EB/OL].（2014-04-17）[2014-04-17].https：//www.gov.cn/foot/site1/20140417/782bcb8884-

0814ba158d01.pdf.

[3]黃益宗，郝曉偉，雷鳴，等.重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐[J].農業環境科學學報，2013，32（03）：409-417.

[4]楊啟豪.農田土壤重金屬污染現狀及修復技巧探討[J].科學技術創新，2019（31）：5-6.

[5]習近平.高舉中國特色社會主義偉大旗幟 為全面建設社會主義現代化國家而團結奮斗——在中國共產黨第二十次全國代表大會上的報告[M].北京：人民出版社，2022．

[6]王浣荷. 輕中度鎘污染農田土壤的修復及利用研究[D].杭州：浙江大學，2020.

[7]向焱赟，伍湘，張小毅，等.葉面阻控劑對水稻吸收和轉運鎘的影響研究進展[J].作物研究，2020，34（03）：290-296.