重金屬鎘污染農(nóng)田土壤修復(fù)改良劑的制備及應(yīng)用

楊濤 李建國(guó) 魏林根

摘要：針對(duì)江西省重金屬鎘污染農(nóng)田，制備了一種土壤修復(fù)改良劑，該土壤修復(fù)改良劑是將生物炭與肥料等按一定比例混合后形成的一種混合肥料。選擇早稻和晚稻為試材，設(shè)置了5個(gè)不同用量的土壤改良劑處理，同時(shí)以不施肥和常規(guī)施肥為對(duì)照，考察該土壤修復(fù)改良劑對(duì)降低鎘污染農(nóng)田中稻米鎘含量有無(wú)作用。結(jié)果表明，隨著土壤修復(fù)改良劑用量的增加，稻米中鎘含量表現(xiàn)出降低趨勢(shì)，但產(chǎn)量與常規(guī)施肥對(duì)照無(wú)顯著差異。

關(guān)鍵詞：鎘污染;土壤修復(fù)改良劑;制備;應(yīng)用研究

Abstract： A soil remediation improver was prepared for heavy metal cadmium from contaminated farmland in Jiangxi province. The soil remediation improver is a kind of mixed fertilizer formed by mixing biochar and fertilizer in a certain proportion. Taking early and late rice as materals， seven treatments， including five different soil remediation improver treatments and two control of no fertilizer? and conventional fertilization，were set up to test whether the soil remediation improver could reduce the cadmium content of rice seed in cadmium polluted farmland. The results showed that the Cd content in rice decreased with the increase of the amount of soil remediation improver，and the yield was no significant difference between soil remediation improver treatments and the conventional fertilization control.

Key words： cadmium pollution; soil remediation improver; preparation; application

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，農(nóng)田土壤中的重金屬污染越來(lái)越嚴(yán)重，從而導(dǎo)致農(nóng)田土壤質(zhì)量退化、農(nóng)作物產(chǎn)品品質(zhì)下降，重金屬元素甚至通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，進(jìn)而嚴(yán)重危害人體健康[1]。根據(jù)原國(guó)家環(huán)境保護(hù)部及國(guó)土資源部聯(lián)合公布的全國(guó)土壤污染公報(bào)顯示，全國(guó)土壤總的污染點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，其中耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)19.4%，重金屬污染形勢(shì)非常嚴(yán)峻[2]。

目前，中國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染主要應(yīng)用的修復(fù)技術(shù)包括固定化/穩(wěn)定化技術(shù)、玻璃化技術(shù)以及植物修復(fù)等技術(shù)[3]。其中，固定化/穩(wěn)定化技術(shù)是向農(nóng)田土壤中施用重金屬修復(fù)材料，通過(guò)改變土壤pH和重金屬元素在土壤中的化學(xué)形態(tài)和賦存狀態(tài)，增加吸附點(diǎn)位和促進(jìn)重金屬離子與土壤其他組分包括修復(fù)材料的共沉淀等過(guò)程，使土壤重金屬生物有效態(tài)轉(zhuǎn)化為生物不可利用的形態(tài)，從而抑制重金屬在土壤中的遷移性和生物有效性，降低重金屬污染物對(duì)環(huán)境生物的毒性，達(dá)到修復(fù)重金屬污染土壤的目的。生物炭材料是一種新型土壤修復(fù)劑材料，具有疏松多孔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及較大的比表面積，表面含氧官能團(tuán)豐富，能吸附大量可交換性陽(yáng)離子，是一種很好的重金屬吸附材料[4，5]。此外，由于中國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益較低，如果施用單一作用的重金屬修復(fù)材料很難發(fā)動(dòng)農(nóng)民積極投身到耕地重金屬污染修復(fù)治理中來(lái)，而且土壤肥力也得不到保證。從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐的角度出發(fā)，最佳的土壤修復(fù)材料應(yīng)該是既能夠保持土壤的生態(tài)功能，提供土壤的肥力，又能夠有效阻控重金屬等污染物進(jìn)入食物鏈。因此，開(kāi)發(fā)一種既能修復(fù)重金屬污染土壤，又能夠提高土壤肥力的修復(fù)改良劑，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)田土壤邊生產(chǎn)邊修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵所在[6，7]。本研究針對(duì)江西省農(nóng)田重金屬污染土壤，嘗試以生物炭與水稻所需的肥料結(jié)合，按照不同比例制成土壤修復(fù)改良劑施入農(nóng)田土壤，探討其對(duì)農(nóng)田土壤修復(fù)的效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)設(shè)置在江西省宜春市上高縣某污染農(nóng)田，土壤中鎘污染是當(dāng)?shù)剞r(nóng)田土壤中的主要污染物之一。試驗(yàn)開(kāi)始之前，采集農(nóng)田土壤樣品帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析測(cè)試，經(jīng)室內(nèi)自然風(fēng)干，磨細(xì)過(guò)篩，存于密封袋備用。土樣測(cè)試結(jié)果顯示，農(nóng)田土壤pH 5.28，有機(jī)質(zhì)含量為34.4 g/kg，全氮含量為2.72 g/kg，速效磷含量為43 mg/kg，速效鉀含量為151 mg/kg，陽(yáng)離子交換量為10.6 cmol/kg，全鎘含量為0.35 mg/kg，有效態(tài)鎘含量為0.21 mg/kg。

1.2 供試材料

供試作物有早稻醴兩優(yōu)422、晚稻萬(wàn)象優(yōu)華占，均采購(gòu)自附近農(nóng)資市場(chǎng)。

所用土壤修復(fù)改良劑是將生物炭與肥料按相應(yīng)比例混合后形成的一種混合肥料，既可以很好地保持土壤肥力，提升作物產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)土地的碳元素平衡，同時(shí)又可以起到降低作物鎘含量富集的作用[8，9]。該土壤改良劑為固體顆粒，自制，其配比為N∶P2O5∶K2O∶C=12∶6∶11∶36。將尿素、過(guò)磷酸鈣、氯化鉀分別研磨、過(guò)篩，再與生物炭（本試驗(yàn)所用生物炭采用谷殼炭）按比例混合，加水?dāng)嚢韬蟮玫交旌衔锪?，將混合物料造粒成型并烘干后即得到試?yàn)所用的重金屬鎘污染土壤修復(fù)改良劑，造粒過(guò)程中控制粒徑為3～5 mm。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2018年4—10月。試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理，包括不添加土壤修復(fù)改良劑的CK1（不施肥）、CK2（常規(guī)施肥）2個(gè)對(duì)照及T1、T2、T3、T4、T5共5個(gè)土壤修復(fù)改良劑+生石灰處理，其中土壤修復(fù)改良劑用量分別為0.15、0.38、0.75、1.13、1.50 kg/m2，生石灰用量均為0.075 kg/m2。每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)置21個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，小區(qū)面積30 m2（5 m×6 m）。小區(qū)田埂用防滲聚乙烯塑料薄膜包裹，防止生育期內(nèi)串水。田埂寬0.3 m，高出地面0.2 m。除各處理方式外，其余灌溉、病蟲(chóng)害防治、田間管理等農(nóng)藝措施均保持一致。

本試驗(yàn)于2018年4月開(kāi)始施底肥和鈍化材料，采用人工撒施的方式均勻施入，然后翻耕、平整土地。在未受污染的秧田進(jìn)行育秧，育好秧后移栽到試驗(yàn)小區(qū)。灌溉、病蟲(chóng)害防治、田間管理等農(nóng)藝措施按照當(dāng)?shù)厮靖弋a(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培措施進(jìn)行[10]。試驗(yàn)于7月收割早稻，然后翻耕土地，于8月種植晚稻，10月收獲晚稻。

1.4 樣品分析

分別收獲各試驗(yàn)小區(qū)植株，每個(gè)小區(qū)收獲6株，帶回實(shí)驗(yàn)室處理，稻米去殼，采用硝酸消解法測(cè)定糙米中Cd含量。水稻產(chǎn)量測(cè)定為分別收獲各試驗(yàn)小區(qū)水稻，自然風(fēng)干，稱(chēng)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤修復(fù)改良劑對(duì)早稻產(chǎn)量和稻米全鎘含量的影響

由表1可知，T1處理的早稻產(chǎn)量最高，小區(qū)平均產(chǎn)量為17.26 kg，折合產(chǎn)量為5 753 kg/hm2，顯著高于CK1、T2和T3（P<0.05），但施用土壤修復(fù)改良劑的各處理與CK2間無(wú)顯著差異;施加了土壤修復(fù)改良劑的5個(gè)處理早稻糙米中全鎘含量為0.18～0.20 mg/kg，均未超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中規(guī)定的0.2 mg/kg，且隨著土壤修復(fù)改良劑用量的增加，稻米中全鎘含量表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。

2.2 土壤修復(fù)改良劑對(duì)晚稻產(chǎn)量和稻米全鎘含量的影響

由表2可知，T3和T5處理的晚稻產(chǎn)量最高，小區(qū)產(chǎn)量均為19.13 kg，折合產(chǎn)量為6 377 kg/hm2，顯著高于CK1和T2（P<0.05），但施用土壤修復(fù)改良劑的各處理與CK2間無(wú)顯著差異;施加了土壤修復(fù)改良劑的5個(gè)處理的晚稻糙米全鎘含量為0.17～0.20 mg/kg，均未超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中規(guī)定的0.2 mg/kg，且隨著土壤修復(fù)改良劑用量的增加，稻米中全鎘含量表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。

3 小結(jié)與討論

本試驗(yàn)結(jié)果顯示，T1處理的早稻產(chǎn)量最高，顯著高于不施肥對(duì)照（CK1）、T2、T3處理;T3、T5處理的晚稻產(chǎn)量最高，顯著高于不施肥對(duì)照（CK1）、T2處理，但施用土壤修復(fù)改良劑的各處理均與常規(guī)施肥對(duì)照（CK2）無(wú)顯著差異，說(shuō)明施用該土壤修復(fù)改良劑對(duì)水稻產(chǎn)量影響不大。此外，施用土壤修復(fù)改良劑配施生石灰后早稻和晚稻稻米中鎘含量均未超過(guò)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）標(biāo)準(zhǔn)，且隨著施用土壤修復(fù)改良劑用量的增加，稻米中鎘含量表現(xiàn)出降低的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，施用該土壤修復(fù)改良劑對(duì)降低稻米中鎘含量有一定的作用。

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