不同土壤調理劑對鉛污染蔬菜—水稻輪作耕地控鉛效應研究

陳勇紅

（仙游縣農業農村局農村環保能源站 福建仙游351200）

改革開放以來，由于我國工業化、城鎮化的快速發展，加以粗放式的發展模式和以燃煤為主的能源結構，導致土壤重金屬污染[1]，根據2014年《全國土壤污染狀況調查公報》，90%土壤重金屬污染與鉛（Pb）、鎘、銅和鋅有關[2]。重金屬Pb在土壤中溶解度小，滯留時間長，可以通過食物鏈影響人體健康[3]。針對重金屬污染土壤，主要的修復技術有生物修復法、物理修復法和化學鈍化法，化學鈍化技術具有低成本、見效快等特點，因此，從實用性和經濟性考慮，原位化學鈍化技術適用于重金屬污染農田[4]。

目前，針對于重金屬Pb污染農田的研究，多集中于鈍化材料的鈍化機理[5-6]，研究的作物多為蔬菜或者水稻[7-9]，針對于不同鈍化材料對蔬菜—水稻輪作耕地重金屬Pb的鈍化研究相對較少。

因此，選用堿性含鈣（鎂、鋁或鐵）類、有機類、有機硅肥類、腐殖酸類、黏土礦物類、有機無機復配類等16種土壤調理劑，在福建省仙游縣蓋尾鎮Pb污染蔬菜—水稻輪作耕地開展大田控鉛試驗，篩選出適宜于Pb污染蔬菜—水稻輪作耕地的土壤調理劑。

1 材料與方法

1.1 土壤背景值

試驗地位于仙游縣蓋尾鎮石馬村（25.36858°N、118.799757°E），試驗點位置見圖1；試驗點耕地土壤理化性質見表1，土壤Pb含量為110.8 mg/kg，根據《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB 15618-2018），屬于輕中度Pb污染安全利用類耕地。

圖1 試驗點位置

表1 試驗點土壤基本理化性質

1.2 供試材料

試驗共選取16種土壤調理劑，各調理劑主要成分見表2。

表2 不同處理土壤調理劑主要成分及用量

1.3 試驗設計

試驗在農戶常規施肥的基礎上，加施不同的土壤調理劑。試驗設計17個處理（表2），每個處理3次重復，田間試驗小區采用隨機區組排列。土壤調理劑施用方法：種植前5～10 d結合整地翻耕一次性撒施，使產品與土壤混合均勻；不同試驗處理除了施用的土壤調理劑種類和用量不同外（除處理17僅施有機硅肥外），其他田間日常管理措施均一致。

第1茬蔬菜為上海青（華冠188青梗菜），2020年2月18日結合整地基施土壤調理劑，并播種上海青種子，播種后由于連續降雨和凍害導致爛根死苗，因此，于3月13日，在每個試驗小區用竹條和塑料薄膜加蓋避雨防凍塑料棚，并進行缺苗補種，加強田間排水，減少凍害和澇害。4月22日進行田間上海青取樣并測產驗收。第2茬水稻為早季稻（盛泰優018），3月16日進行早季秧苗育種，4月24日結合整地基施土壤調理劑，4月25日進行移栽插秧，7月15日進行早季水稻取樣并收割測產。

1.4 檢測方法

用電位法（土水比例為1∶2.5）測定pH[10]；土壤重金屬有效態Pb含量測定采用DTPA浸提-原子吸收分光光度法；蔬菜和稻米重金屬Pb含量測定采用HNO3-H2O2微波消解-石墨爐原子吸收分光光度法測定[11]。樣品測定過程中，同時用國家標準物質樣品（GB W10014-圓白菜和GB W07405-土壤國家標準物質）進行質量控制。

1.5 數據處理

試驗數據處理采用Microsoft Excel 2017辦公軟件，采用SPSS 11.0統計軟件進行統計分析，采用Origin 2017制圖軟件制圖。

2 結果與分析

2.1 施用不同土壤調理劑對土壤pH的影響

由圖2可知，施用不同土壤調理劑對第1茬蔬菜收獲后土壤的pH總體上表現出一定的提高效果（除處理8外），提高率為5.06%～17.42%，其中處理2、處理16、處理13、處理15和處理5對蔬菜收獲后土壤pH的提高效果相對更佳，提高率分別為17.42%、16.85%、16.29%、15.73%和14.61%；對蔬菜收獲后土壤pH的提高效果，處理1和處理8顯著地（P＜0.05）低于其他處理（除處理3），而與其他處理（除處理1、處理3、處理8）的差異不顯著。

圖2 不同處理蔬菜季土壤pH比較

由圖3可知，施用不同土壤調理劑對第2茬水稻收獲后土壤的pH總體上表現出一定的提高效果（除處理17、處理8和處理9外），提高率幅度為1.64%～8.74%，其中處理10、處理7、處理6、處理16、處理15和處理12對水稻收獲后土壤pH的提高效果相對更佳，提高率分別為8.74%、8.74%、8.20%、7.10%、7.10%和7.10%；對水稻收獲后土壤pH的提高效果，除了處理17、處理8、處理9和處理3外，其他處理均顯著（P＜0.05）高于處理1。

2.2 施用不同土壤調理劑對土壤有效態Pb的影響

由圖4可知，施用不同土壤調理劑對第1茬蔬菜收獲后，土壤有效態Pb含量總體上表現出一定的降低效果（除處理8和處理3外），降低率幅度為1.78%～18.67%，其中處理2、處理5、處理7、處理12和處理3對蔬菜收獲后有效態Pb含量的降低效果相對更佳，降低率分別為18.67%、18.01%、15.85%、15.48%和15.01%；對蔬菜收獲后有效態Pb含量的降低效果，處理2和處理5可顯著（P＜0.05）優于處理8、處理1、處理3和處理16，與其他處理間的差異不顯著。

圖4 不同處理蔬菜季土壤有效Pb含量比較

由圖5可知，施用不同土壤調理劑對第2茬水稻收獲后土壤的有效態Pb含量總體上表現出一定的降低效果（除處理8、處理3和處理17外），降低率幅度為1.69%～21.17%，其中處理6、處理10、處理13、處理14和處理15對水稻收獲后土壤有效態Pb含量的降低效果相對更佳，降低率分別為21.17%、20.51%、19.76%、15.99%和15.15%；對水稻收獲后土壤有效態Pb含量的降低效果，處理6和處理10可顯著（P＜0.05）低于處理8、處理1、處理3和處理17，而與其他處理間的差異不顯著。

圖5 不同處理水稻季土壤有效Pb含量比較

2.3 施用不同土壤調理劑對蔬菜和糙米Pb含量的影響

由圖6可知，施用不同土壤調理劑后第1茬蔬菜的Pb含量總體上均表現了一定的降低效果（除處理8外），降低率為10.46%～65.90%，其中處理12、處理16、處理15、處理10和處理4對蔬菜Pb含量的降低效果更佳，降低率分別為65.90%、65.19%、56.64%、51.11%和48.59%；對蔬菜Pb含量的降低效果，除處理12和處理16可顯著（P＜0.05）優于處理8外，其他處理間的差異均未達到顯著性水平（P＞0.05）。

圖6 不同處理蔬菜重金屬Pb含量對比

由圖7可知，施用不同土壤調理劑后第2茬水稻稻米Pb含量總體上均表現出一定的降低效果（除處理2外），降低率為16.04%～76.29%，其中處理15、處理14、處理3、處理16和處理6對稻米Pb含量的降低效果更佳，降低率分別為76.29%、75.80%、70.01%、68.62%和67.22%；處理15、處理14、處理3、處理16和處理6的稻米Pb含量均顯著地（P＜0.05）低于處理1和處理2。

圖7 不同處理糙米重金屬Pb含量對比

根據《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB-2762-2017），新鮮葉類蔬菜Pb限量值（鮮重）分別為0.3 mg/kg和0.2 mg/kg，而稻米Pb限量值（干重）均為0.2 mg/kg。本試驗各處理上海青（葉類蔬菜）的Pb含量范圍為0.005～0.014 mg/kg（小于限量值），稻米的Pb含量為0.057～0.249 mg/kg，其中處理1、處理2和處理9的稻米Pb含量超過限量值，其他處理的稻米鉛含量均低于限量值。

2.4 施用不同土壤調理劑對蔬菜和稻谷產量的影響

由圖8可知，施用不同土壤調理劑對第1茬蔬菜總體上表現出一定的增產效果（除處理2和處理9外），增產率為1.3%～80.8%，其中處理16、處理15、處理14、處理8及處理11等5個處理的增產效果更為明顯，增產率分別為80.8%、70.5%、66.7%、61.5%和59.0%。對蔬菜的增產效果，處理16顯著（P<0.05）高于處理1、處理5、處理9、處理2，并顯著（P<0.05）優于處理4，但與處理15、處理14、處理8、處理11、處理12、處理13、處理6、處理7、處理3之間沒有顯著性差異（P>0.05）；處理15、處理14、處理8、處理11及處理12等5個處理相比處理1顯著（P<0.05）增加蔬菜產量。

圖8 不同處理蔬菜產量對比

由圖9可知，施用不同土壤調理劑后第2茬水稻的增產效果表現不一，其中處理2、處理17、處理8、處理10等表現出一定的增產趨勢，而其他處理均表現出與處理1產量相當或略有減產的趨勢；除了處理2比處理1顯著（P<0.05）提高水稻的產量外，其他各處理對水稻產量并沒有顯著（P>0.05）的影響。

圖9 不同處理水稻產量對比

2.5 施用不同土壤調理劑對蔬菜和水稻經濟效益的影響

2.5.1 蔬菜的經濟效益 施用不同土壤調理劑對蔬菜產值均有一定的提高效果（除處理2和處理9外），產值增加幅度為55.6～3500.0元/畝，其中處理16、處理15、處理14、處理8和處理11對蔬菜產值的提高效果相對更佳，增加產值分別為3500.0元/畝、3055.6元/畝、2888.9元/畝、2666.7元/畝和2555.6元/畝。

2.5.2 水稻的經濟效益 施用不同土壤調理劑對水稻產值的增減效果表現不一，其中，處理2、處理17、處理8、處理10和處理13對水稻稻谷產值的增加相對更佳，可比處理1分別增加產值696.3元/畝、622.2元/畝、400.0元/畝、118.5和51.9元/畝，而其他處理與處理1相比變化不大。

表3 施用不同土壤調理劑對蔬菜和水稻經濟效益的影響

3 討論

3.1 施用不同土壤調理劑對作物收獲后土壤pH的影響

①施用不同土壤調理劑對第1茬蔬菜收獲后土壤的pH總體上表現出一定的提高效果［除處理8（腐殖酸）］，其中堿性土壤調理劑［處理2（石灰）、處理16（鹽藻皮、碳酸鹽）、處理13（鉀、鈣、鎂、硅、有機質）、處理15（堿性含鐵有機-無機復配）和處理5（氫氧化鎂）］對蔬菜收獲后土壤pH的提高效果相對更佳。②施用不同土壤調理劑對第2茬水稻收獲后土壤的pH總體上表現出一定的提高效果［除處理17（有機硅肥）、處理8和處理9（黏土礦物）外］，其中堿性土壤調理劑［處理10（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等）、處理7（氰氨化鈣）、處理6（牡蠣殼粉）、處理16、處理15和處理12（生石灰、硅灰石、黏土礦物等）］對水稻收獲后土壤pH的提高效果相對更佳。

結果表明，堿性土壤調理劑可以通過向耕層土壤中釋放氫氧根離子，結合土壤中氫離子，顯著提高土壤pH[12]，這與劉曉月[13]、徐禮和[14]、郎家慶[15]等人針對土壤調理劑改良酸性土壤的研究結果相一致。

3.2 施用不同土壤調理劑對作物收獲后有效態Pb含量的影響

①施用不同土壤調理劑對第1茬蔬菜收獲后土壤的有效態Pb含量總體上表現出一定的降低效果［除處理8（腐殖酸）和處理3（鹽藻皮）外］，其中堿性土壤調理劑［處理2（石灰）、處理5（氫氧化鎂）、處理7（氰氨化鈣）、處理12（生石灰、硅灰石、黏土礦物等）和處理3（鹽藻皮）］對蔬菜收獲后土壤有效態Pb含量的降低效果相對更佳。②施用不同土壤調理劑對第2茬水稻收獲后土壤的有效態Pb含量總體上表現出一定的降低效果［除處理8（腐殖酸）、處理3（鹽藻皮）和處理17（有機硅肥復合肥）外］，其中堿性土壤調理劑［處理6（牡蠣殼粉土壤調理劑）、處理10（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等土壤調理劑）、處理13（鉀、鈣、鎂、硅、有機質土壤調理劑）、處理14（堿性含鋁有機-無機復配）和處理15（堿性含鐵有機-無機復配）］對水稻收獲后土壤有效態Pb含量的降低效果相對更佳。

試驗結果表明，堿性土壤調理劑可以通過提高土壤pH，從而降低土壤中有效態Pb含量，這與黎大榮[16]、李杰[17]和Qiu,Kunyan[18]等人的研究結果一致。

3.3 施用不同土壤調理劑對蔬菜和稻米鉛含量的影響

①施用不同土壤調理劑對第1茬蔬菜Pb含量總體上均表現了一定的降低效果［除處理8（腐殖酸）外］，其中堿性土壤調理劑［處理12（生石灰、硅灰石、黏土礦物等）、處理16（鹽藻皮、碳酸鹽）、處理15（堿性含鐵有機-無機復配）、處理10（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等）和處理4（堿性含鈣、鎂材料）］對蔬菜Pb含量的降低效果更佳。②施用不同土壤調理劑對第2茬水稻稻米Pb含量總體上均表現出一定的降低效果（除處理2），其中堿性土壤調理劑［處理15、處理14（堿性含鋁有機-無機復配）、處理3（鹽藻皮）、處理16和處理6（牡蠣殼粉）］對稻米Pb含量的降低效果更佳。

堿性土壤調理劑進入土壤中，可以吸附土壤中的游離態重金屬Pb，從而降低土壤有效態Pb含量[19]，進而減少耕層土壤中重金屬Pb向植株中轉移。

3.4 施用不同土壤調理劑對蔬菜和稻谷產量的影響

①施用不同土壤調理劑對第1茬蔬菜產量總體上表現出一定的增產效果［除處理2（石灰）和處理9（黏土礦物）外］，其中堿性、腐殖酸類土壤調理劑［處理16（鹽藻皮、碳酸鹽）、處理15（堿性含鐵有機-無機復配）、處理14（堿性含鋁有機-無機復配）、處理8（腐殖酸類）及處理11（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等）］的增產效果更為明顯。②施用不同土壤調理劑對第2茬水稻產量的增產效果表現不一，其中腐殖酸類和部分堿性土壤調理劑［處理2、處理17（有機硅肥）、處理8、處理10（碳酸鹽、硅酸鹽、黏土礦物等）］表現出一定的增產趨勢，而其他處理均表現出與處理1（農戶習慣施肥）產量相當。

4 結論

綜上所述，根據連續種植2茬農作物的田間小區試驗結果，對施用16種土壤調理劑對農作物收獲后表層土壤的有效態Pb的降低程度、農產品中Pb含量的降低程度、鈍化劑價格、農產品產量等因素對重金屬鈍化材料進行綜合評價，可以得出以下結論。

（1）初步可以從中優先選出楚戈牌土壤調理劑、含鹽藻皮復合鈍化劑、含鐵復合鈍化劑、金鈍2號土壤調理劑、鈣鎂復合素等5種土壤調理劑適宜用于輕中度Pb污染菜地。

（2）含鐵復合鈍化劑、含鋁復合鈍化劑、鹽藻皮、含鹽藻皮復合鈍化劑、特貝鈣土壤調理劑等5種土壤調理劑適宜用于輕中度鉛污染稻田。

（3）堿性含鐵類、含鹽藻皮復合類土壤調理劑適宜于Pb污染蔬菜—水稻輪作耕地。

本次田間試驗也僅在仙游縣蓋尾鎮石馬村的1個試驗地開展，在其他不同立地條件下的施用效果尚有待于今后進一步做田間驗證。