不同土壤調理劑對農作物抑制吸收重金屬的效果研究

李偉新

（廣東省放射性與三稀資源利用重點實驗室<廣東省礦產應用研究所>，廣東 韶關 512026）

1 供試作物與品種、參試修復材料

供試作物與品種為雜交稻（五豐優615）。參試修復材料有：健地豐（小區與示范用）、科成（小區與示范用）、金無蹤（示范用）、粵田鈍化劑（小區用）、粵田石粉（小區用）、特沃壯（小區用）、鋼渣、水渣、煤渣（小區用）。

2 結果分析

2.1 水稻試驗前土壤重金屬本底值分析

在進行水稻修復試驗前，項目組分析稻田表層土壤重金屬本底含量，結果顯示見表1，稻田土壤pH值平均值為5.76（pH＜6.5），根據《土壤環境質量農用地土壤污染風險管控標準（試行）》（GB 15618-2018）二級標準，24個土壤樣品中，除了Cr含量未超標，其他四項重金屬含量均有不同程度的超標。Cd和Hg的超標率最高，分別達到了100%、91.7%，Cd含量最高的超標103倍，Hg含量最高的超標9.5倍；重金屬Pb、As的超標率也分別達到了87.5%、51.2%，而且Pb含量最高的超標10.5倍，As含量最高的超標4.4倍。因此，該場地屬于典型的重度重金屬Cd、Pb、As、Hg復合污染土壤。

表1 試驗前土壤重金屬本底含量（單位：mg/kg）

一般來說，土壤中重金屬有效態為生物可利用。因此，重金屬有效態含量的高低可反應植物對其吸收的難易。為進一步了解稻田表層土壤中重金屬的存在狀態，項目組對24個土壤樣品進行形態分析，分析土壤中重金屬鎘、鉛有效態含量，明確土壤中鎘、鉛在土壤中的活性程度。分析試驗前土壤pH值、有效鎘及有效鉛本底含量，土壤中重金屬Cd的有效態含量為0.436～7.22mg·kg-1，占全量的百分比為22.8%～48.1%，且均超過了土壤質量二級標準值0.3mg·kg-1，且以健地豐監測點1含量最高，達到7.22mg·kg-1。土壤中重金屬Pb的有效態含量為37.3～541mg·kg-1，占全量的百分比為14.1%～51.5%，且健地豐監測點1至4均超過了土壤質量二級標準值250mg·kg-1，且以健地豐監測點2含量最高，達到541mg·kg-1。因此，該地塊土壤Cd、Pb的活性非常的大，極易被植物吸收，對植物產生毒性。

2.2 水稻試驗后土壤重金屬變化情況分析

（1）修復材料對土壤重金屬全量的影響。田間修復示范研究試驗收獲水稻時，于每個修復小區中采集土壤樣品分析土壤中重金屬元素的變化。土壤重金屬全量測試分析實驗結果顯示，土壤中Cd、Cr、Pb、Hg、As含量在試驗前后差別不顯著，施加修復材料處理與空白對照間無顯著差異。本研究對土壤中重金屬的修復措施為鈍化修復，其目的是將土壤中重金屬可移動性高，容易被植物吸收利用的有效態部分進行固定鈍化，從而減輕植株對其吸收積累而達到修復目的，因此，施加修復材料后，理論上土壤中各元素的重量基本保持在原有的水平。土壤重金屬全量測試分析實驗結果與預期基本相吻合。

（2）修復材料對土壤pH值、有效態鎘、有效態鉛的影響。為探討不同修復材料對土壤中重金屬鎘、鉛活性態含量的影響，在分析土壤中重金屬全量的同時分析土壤中pH值、有效鎘、有效鉛含量。土壤pH值常常影響植物生長和施肥效果，是土壤肥力的一項指標。土壤pH值測試分析結果顯示，示范研究場地中施加修復材料對土壤pH值影響不顯著。示范場地土壤pH為5.0～6.9，呈弱酸性，屬于鹽基不飽和的土壤，對酸的緩沖能力不足，土壤pH值含量證實土壤中施加修復材料并未急劇改變土壤酸堿性。

對比試驗前后土壤有效鎘測試分析結果顯示，土壤施加改性修復材料處理對重金屬元素Cd在土壤中賦存形態影響明顯。其中，監測點1（科成）、監測點2（水渣）、監測點3（健地豐）、監測點6（煤渣）、監測點7（特沃壯）的土壤有效鎘含量與試驗前相比，降低率分別達到了30.3%、30.2%、24.5%、61.1%、33.1%。但是，在添加粵田鈍化劑、鋼渣、粵田石粉等處理中土壤有效鎘含量與空白相比并沒有顯著差異，這可能與試驗田不同監測點間土壤Cd含量差異性比較大有關。

對比試驗前后土壤有效鉛測試分析結果顯示，土壤施加改性修復材料處理對重金屬元素Cd在土壤中賦存形態影響明顯。其中，監測點2（水渣）、監測點3（健地豐）、監測點6（煤渣）的土壤有效鉛含量與試驗前相比，降低率分別達到了15.5%、12.5%、32.3%。但是，在添加粵田鈍化劑、鋼渣、粵田石粉等處理中土壤有效鉛含量與空白相比并沒有很好的相關性差異，這可能與試驗田不同監測點間土壤鉛含量差異性比較大有關。

2.3 水稻試驗糙米重金屬變化情況分析

（1）修復材料對糙米Cd含量的影響。田間試驗顯示鈍化劑修復材料對鎘污染土壤的修復效果相當顯著。試驗結果顯示，與不加材料的空白對照相比，添加科成鈍化劑材料后，種植的水稻糙米中Cd含量降低了38.5%；添加健地豐鈍化劑材料后，種植的水稻糙米中Cd含量降低了58.0%；添加煤渣鈍化劑材料后，種植的水稻糙米中Cd含量降低了52.4%；添加特沃壯鈍化劑材料后，種植的水稻糙米中Cd含量降低了42.1%。因此，健地豐調理劑材料的修復效果是最好的，其次是煤渣、特沃壯、科成調理劑。但是，產出的糙米均高于了《食品安全國家標準食品中污染物限量》（GB 2762-2017）值0.2mg/kg，這可能試由于土壤污染屬于重度復合污染（表1），可考慮增加修復材料的施加量。

另外，試驗結果顯示，不加材料的空白對照部分種植的水稻糙米中重金屬Cd含量為0.20mg/kg，與空白對照相比，添加修復材料后糙米Cd含量均有不同程度的降低。添加粵田鈍化劑、鋼渣、粵田石粉、科成調理劑、健地豐調理劑后糙米Cd含量的降低率分別達到了29.4%、36.9%、3.76%、62.9%、78.0%，施加健地豐調理劑后水稻糙米中重金屬Cd含量顯著降低。而且，產出的糙米均低于了《食品安全國家標準食品中污染物限量》值0.2mg/kg。進一步說明了健地豐調理劑材料的修復效果最好。

（2）修復材料對糙米鉛、鉻、汞、砷含量的影響。在經過修復材料處理后，水稻糙米鉛、鉻、汞、砷含量測試分析結果顯示，鈍化劑修復材料對該示范地鉛、鉻、汞、砷污染土壤的修復效果并不顯著。而且，糙米中汞、無機砷含量均很低，并沒有超過《食品安全國家標準食品中污染物限量》的限定值。但是，該示范地糙米鉛含量全部超過標準限定值0.2mg/kg，超標率達到了100%，且糙米鉻含量的超標率也達到了41.2%，這可能是由于土壤中鉛的全量及其有效態含量均較高，且修復材料對鉛、鉻的修復效果并不太好。

3 總結

不同肥料形態和類型可影響作物對重金屬的吸收。例如，水稻做為喜硅作物，連作使土壤中的有效硅不斷降低，導致水稻減產。而硅肥的施加不僅可以促進水稻的正常生長，同時可以提高水稻等植物對As、Cd、Al等重金屬毒害的抗性，主要是由于硅肥中所含的硅酸根離子與Cd、Hg、Pb等重金屬發生化學反應，形成新的不易被植物吸收的硅酸化合物而沉淀下來；硅肥中的硅還能提高土壤和植物根際pH，降低重金屬的活性，增加了植物根際氧化能力，從而改變土壤中重金屬的形態變化來改變其在土壤中的生物有效性。但易于被土壤膠體吸附，有效性顯著降低[1]。葉面硅肥因具有直接噴施于農作物葉面，易于被植物吸收的特點，為硅肥的利用提供了可行的途徑。施用不同形態和類型的氮肥和鉀肥影響作物對重金屬的吸收這也已經得到廣大研究人員的實驗證實[2]。

4 結束語

綜上所述，得出以下幾點結論：

（1）示范地土壤中Cd和Hg的超標率最高，分別達到了100%、91.7%，Cd含量最高的超標103倍，Hg含量最高的超標9.5倍；重金屬Pb、As的超標率也分別達到了87.5%、51.2%，而且，Pb含量最高的超標10.5倍，As含量最高的超標4.4倍。因此，該場地屬于典型的重度重金屬Cd、Pb、As、Hg復合污染土壤。

（2）土壤施加改性修復材料處理對重金屬元素Cd在土壤中賦存形態影響明顯。其中，監測點1（科成）、監測點2（水渣）、監測點3（健地豐）、監測點6（煤渣）、監測點7（特沃壯）的土壤有效鎘含量與試驗前相比，降低率分別達到了30.3%、30.2%、24.5%、61.1%、33.1%。

（3）與不加材料的空白對照相比，添加科成調理劑后，糙米中Cd含量降低了38.5%；添加健地豐調理劑后，糙米中Cd含量降低了58.0%；添加煤渣后，糙米中Cd含量降低了52.4%；添加特沃壯修復材料后，糙米中Cd含量降低了42.1%。因此，健地豐調理劑的修復效果是最好的，其次是煤渣、特沃壯、科成調理劑。

（4）添加修復材料后糙米Cd含量均有不同程度的降低。添加粵田鈍化劑、鋼渣、粵田石粉、科成調理劑、健地豐調理劑后糙米Cd含量的降低率分別達到了29.4%、36.9%、3.76%、62.9%、78.0%，進一步說明了健地豐調理劑材料的修復效果最好。