CRA土壤調理劑固定鈍化鎘離子效應研究

唐毓杰，胡九州，孟三宏

（1.永州市零陵區農業局，湖南永州 425006；2.湖南原生生物科技股份有限公司，湖南長沙 410001）

CRA土壤調理劑固定鈍化鎘離子效應研究

唐毓杰1，胡九州2，孟三宏2

（1.永州市零陵區農業局，湖南永州 425006；2.湖南原生生物科技股份有限公司，湖南長沙 410001）

通過盆栽和大田試驗，研究了CRA土壤調理劑對污染土壤中鎘離子的固定鈍化效應。盆栽試驗結果表明，在鎘污染的兩種土壤中施用CRA土壤調理劑，土壤中的鎘離子含量比對照下降，水稻糙米和稻草中的鎘含量分別比對照平均降低了44.75%和55.05%；大田試驗表明，在鎘污染的稻田上施用CRA土壤調理劑后，水稻糙米中的鎘含量分別比對照明顯降低；當施用量為750 kg·hm-2時，第二季晚稻上的后效作用明顯，糙米中的鎘含量依然低于對照，且能滿足國家食品衛生標準的要求。綜上，在鎘污染土壤中施用CRA土壤調理劑，對固定鈍化鎘離子、降低其移動性和生物利用性具有顯著綜合效應。

土壤調理劑；鎘；固定；鈍化

鎘是一種嚴重污染環境，危害動植物及人體健康的重金屬元素。鎘可在生物體內富集，并通過食物鏈進入人體，在體內形成鎘硫蛋白，選擇性地蓄積于肝、腎等器官中。其中，腎臟約可吸收進入體內的近1/3的鎘，是鎘中毒的“靶器官”。其他臟器如脾、胰、甲狀腺和毛發等也有一定量的蓄積，嚴重者可導致鎘中毒。

當前，我國土壤鎘污染的主要來源如下：一是工業廢氣中的鎘隨風擴散，經自然沉降，蓄積于土壤；二是含鎘工業廢水灌溉農田所導致的土壤鎘蓄積［1］。2006年3-4月，中山大學生物科技學院聯同香港浸會大學生物系抽查化驗中港兩地市面出售的楊桃，其中51%的樣本中鎘含量屬嚴重超標；同年1月份，湖南省株洲市新馬村發生了震動全國的鎘污染事件，有2人因不明原因死亡，150名村民經體檢被判定為慢性輕度鎘中毒。如何有效地治理鎘污染已成為當前亟待破解的環境難題。目前，治理與修復鎘污染土壤的方法主要有以下兩種：一是將污染物鎘清除；另一種則是通過改變鎘在土壤中的存在形態，使其固定鈍化，從而降低其移動性和生物可利用性［2］。鑒于目前我國重金屬鎘污染土壤大多尚處在中輕度污染水平，探索快速有效的生物與理化綜合修復技術［3-4］，既可確保糧食質量安全，又可繼續維持生產，對緩解我國人口與耕地資源矛盾具有十分重要的意義。因此，本研究擬針對綜合修復鎘污染土壤的CRA土壤調理劑技術進行探索。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 CRA土壤調理劑RSP991菌劑的制備

RSP991菌劑選用的菌種為沼澤紅假單胞菌（Rhodop seudanonas palustris），購自中國微生物菌種保藏管理委員會農業微生物中心的ACCC10649、ACCC00309、ACCC00311三種原始菌種，總有效活菌數≥20.0億·g-1［5］。

將上述3種原始菌種在無菌條件下分別接種于斜面培養基上，在30℃條件下培養48 h。培養基成分為：NaH2PO45.5mg·L-1，蘋果酸1.5mg· L-1，乙酸鈉2mg·L-1，NaOH2mg·L-1，NH4Cl1mg·L-1，MgCl20.25mg·L-1，CaCl20.05mg·L-1，酵母膏1mg·L-1，微量元素1mL· L-1（微量元素溶液為含有氯化亞鐵、氯化鈷、氯化鎳、氯化銅、氯化錳、氯化鋅、鉬酸鈉、五水亞硒酸鈉的復合溶液），pH值7.0。

將斜面培養的菌種在無菌條件下分別接種于液體培養基，在pH值7.0、溫度30℃條件下，160 r·min-1搖床培養48h。培養基配方：葡萄糖10 g、牛肉膏5g、酵母粉5g、淀粉10g、豆餅粉5 g、K2HPO40.5g、MgSO40.2g、水1L。

將搖床培養的菌種在無菌條件下分別接種于發酵罐培養基，配方為：玉米粉26kg、豆餅粉16kg、硫酸銨4kg、葡萄糖8kg、酵母粉2.5kg、蛋白胨1.7kg、加水至600kg。在pH7.0、罐壓0.5kg、溫度30℃、通風量1∶1.1條件下，培養48h后，至每mL菌數大于1.0×1010個，80%菌體轉成芽孢時下罐，得到發酵液；然后將3種發酵液按照1∶1∶1的重量比例混合靜置1h，經過濃縮干燥制備成混合孢子粉。

將混合孢子粉與海泡石粉、膨潤土按比例混合，并加入適量酶活物質充分攪拌混勻，加工成型得到RSP991菌劑。

1.1.2 CRA土壤調理劑的酸性調節因子制備

用于制備酸性調節因子的材料為：白石粉，CaCO3＞90%，SiO20.07%～1%；白泥粉，經洗滌、過濾、脫水、烘干，含SiO210.3%，CaO 49.1%；七水硫酸鋅和食品級氧化鎂為市售。

將白石粉、白泥粉、硫酸鋅、氧化鎂按照51∶30∶4∶5的重量比例混合，粉碎過200目篩，攪拌均勻即成。

1.1.3 CRA土壤調理劑的制備

將按重量份計的RSP991菌劑10份、酸性調節因子90份，按比例混勻，加工得到CRA土壤調理劑。

1.2 處理設計

1.2.1 盆栽試驗

為研究CRA土壤調理劑對不同重金屬污染程度稻田土壤鎘離子的綜合修復效果，開展盆栽試驗，設置2個處理，各重復3次，隨機排列。處理1：每盆施用CRA土壤調理劑4.3g（折合大田用量為750kg·hm-2）；處理2對照（CK）：不施用CRA土壤調理劑。

試驗使用27cm×30cm（約0.057m2）的白色塑料盆缽，裝盆土壤分別采自湖南衡陽常寧市江河鄉高家咀村的砂泥田和湖南益陽沅江市四季紅鎮白泥村的湖泥田，土壤理化性質詳見表1。裝盆前土壤經風干，過5目篩，每盆裝土層厚約20cm，重11.5kg。在每盆上施用45%復混肥（氮、磷、鉀有效養分含量各為15%）4.3g（折合大田用量為750kg·hm-2）。于水稻播種28d后，每盆再施尿素1.0g（折合大田用量為180kg·hm-2）。試驗期間各處理栽培管理措施與大田生產管理一致。

表1 盆栽試驗供試土壤的基本理化性狀

1.2.2 田間小區試驗

為研究CRA土壤調理劑對雙季稻產區水稻糙米吸收累積鎘的影響及其后效作用，開展田間小區試驗。試驗地點分別選在湖南衡陽常寧市江河鄉高家咀村的砂泥田和湖南益陽沅江市四季紅鎮白泥村的湖泥田。供試土壤的基本理化性狀詳見表2。

試驗共設置3個處理，每個處理小區面積0.33hm2，不設重復，隨機排列。處理1：對照（CK），不施用CRA土壤調理劑；處理2：施用CRA土壤調理劑600kg·hm-2；處理3：施用CRA土壤調理劑750kg·hm-2。各處理于第一季早稻時施用CRA土壤調理劑，即在翻耕整地前，將CRA土壤調理劑均勻撒施在土壤表面，然后平整栽種；第二季晚稻上不施用。各處理管理措施相同。

表2 田間小區試驗供試土壤的基本理化性狀

1.3 測定方法

土壤中重金屬鎘離子采用CaCl2浸提-原子吸收分光光度法（石墨爐）測定，水稻糙米和稻草中的重金屬鎘含量采用硝酸-高氯酸混合酸消解后，原子吸收分光光度法（石墨爐）測定。

2 結果與分析

2.1 施用CRA土壤調理劑對盆栽土壤、糙米及稻草中鎘含量的影響

盆栽試驗結果表明，施用CRA土壤調理劑明顯降低了土壤中的鎘含量（表3），且在砂泥田與湖泥田上均有明顯效果［6］。土壤中的離子鎘是植物吸收利用鎘的主要形態，土壤中的鎘離子含量將直接影響植物對其的吸收積累。在盆栽試驗中，施用CRA土壤調理劑后，水稻糙米和稻草中的鎘含量也明顯降低，且能使糙米中的鎘含量降至國家糧食衛生標準（GB 2715-2005）范圍以內。其中，砂泥田施用CRA土壤調理劑后，水稻糙米和稻草中的鎘含量分別比對照降低了49.1%和50.6%，湖泥田施用CRA土壤調理劑后，水稻糙米和稻草中的鎘含量分別比對照降低了42.4%和59.5%（表3）。這些結果表明，施用CRA土壤調理劑對污染土壤中的鎘離子有明顯的固定鈍化作用，可以有效降低其移動性和生物可利用性［7］，并進而減少水稻中的鎘積累。

表3 施用CRA土壤調理劑對盆栽土壤、糙米及稻草中鎘含量的影響 mg·kg-1

2.2 施用CRA土壤調理劑對大田水稻糙米及稻草中鎘含量的影響

由表4可知，大田施用CRA土壤調理劑后，第一季早稻糙米和稻草中的鎘含量均明顯下降，且隨著CRA土壤調理劑添加量的增加，糙米和稻草中的鎘含量逐漸降低。砂泥田分別施用600和750 kg·hm-2的CRA土壤調理劑后，水稻糙米中的鎘含量分別比對照降低27.1%和50.6%；湖泥田施用600和750 kg·hm-2的CRA土壤調理劑后，水稻糙米中的鎘含量分別比對照降低23.2%和 42.4%；且兩種土壤上添加CRA土壤調理劑的處理下，水稻糙米中的鎘含量均滿足國家食品衛生標準，表明在鎘污染大田中施用CRA土壤調理劑對鎘離子同樣具有明顯的固定鈍化效果。

對第一季施用過CRA土壤調理劑的稻田繼續進行第二季晚稻種植，如表4所示，第二季晚稻糙米中重金屬鎘含量仍顯著低于對照。其中，砂泥田施用CRA土壤調理劑600和750 kg·hm-2兩個處理區晚稻糙米中的鎘含量分別比對照降低28.3%和33.2%；湖泥田上分別比對照降低28.2%和33.9%，表說明在雙季稻區施用CRA土壤調理劑有較好的后效作用。

表4 田間小區施用CRA土壤調理劑的效果mg·kg-1

3 小結與討論

本研究表明，CRA土壤調理劑對重金屬鎘污染的土壤具有明顯的綜合修復效果，適量施用CRA土壤調理劑可顯著降低土壤中鎘離子含量，減少作物對鎘的積累吸收。這一方面是由于CRA土壤調理劑中的RSP991菌生長繁殖迅速，其衍生物質對鎘離子具有較強的吸附鈍化作用，此外施用CRA土壤調理劑后，還能迅速提高土壤pH值，使土壤中的鎘沉淀固化［8-9］。

在砂泥田和湖泥田中施用CRA土壤調理劑后，晚稻糙米中的鎘含量比對照明顯下降。從后效上來看，當用量為600 kg·hm-2時，第二季晚稻糙米中的鎘含量不能滿足國家食品衛生標準。因此建議鎘污染大田CRA土壤調理劑的施用量以750 kg·hm-2為宜。

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（責任編輯：高 峻）

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：A

：0528-9017（2014）10-1607-03

文獻著錄格式：唐毓杰，胡九州，孟三宏.CRA土壤調理劑固定鈍化鎘離子效應研究［J］.浙江農業科學，2014（10）：1607-1610.

2014-06-30

唐毓杰（1960-），男，本科，高級農藝師，從事土肥技術研究推廣工作。E-mail：yztangyj@163.com。