石灰氮調(diào)理劑在重金屬鎘、鎳污染農(nóng)田上的試驗(yàn)效果初探

劉榮杰， 洪春來(lái)， 朱鳳香， 姚燕來(lái)， 朱為靜， 洪磊東， 王衛(wèi)平*

(1.寧?？h農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站，浙江 寧海 315600； 2.浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境資源與土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

近年來(lái)，我國(guó)土壤重金屬污染形勢(shì)嚴(yán)峻。據(jù)2014年《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，全國(guó)土壤污染總的點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%，污染類型以無(wú)機(jī)型為主，其中鎘污染的點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%，居無(wú)機(jī)污染物之首[1-4]。由于鎘具有分解周期長(zhǎng)(半衰期超過(guò)20 a)、移動(dòng)性大、毒性高、難降解等特點(diǎn)，因此，修復(fù)鎘污染的土壤已成為急需解決的問(wèn)題。原位鈍化技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)高效的污染治理技術(shù)，符合我國(guó)可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要，是當(dāng)前修復(fù)農(nóng)田重金屬中輕度污染的較好選擇，關(guān)于通過(guò)添加改良劑對(duì)鎘污染土壤進(jìn)行改良的技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外已有大量報(bào)道[5-8]。石灰氮是由氰氨化鈣、氧化鈣和其他不溶性雜質(zhì)構(gòu)成的混合物，呈灰黑色，有特殊臭味，是一種堿性肥料。石灰氮既具有肥料的功效，又具有修復(fù)土壤、殺滅病原菌的作用，氮素作為氮肥可提高作物產(chǎn)量[9-10]，而其堿性(提高土壤pH)和較高的鈣含量(鈣的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制)又為改良酸性重金屬污染土壤提供可能，但鮮見(jiàn)用作土壤鈍化劑修復(fù)土壤重金屬污染方面的報(bào)道。本試驗(yàn)作為該類肥料用作土壤重金屬污染修復(fù)的驗(yàn)證補(bǔ)充嘗試，為該類肥料應(yīng)用于土壤污染防治及治理提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試水稻品種為嘉豐優(yōu)2號(hào)、嘉禾218、甬優(yōu)9號(hào)和甬優(yōu)1540；石灰氮調(diào)理劑(寧夏祥美公司)。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在浙江省寧?？h茶院鄉(xiāng)的一塊重金屬鎘、鎳輕度污染的稻田進(jìn)行。土壤本底樣品的pH值5.27～6.20，土壤中鎘含量為0.24～0.41 mg·kg-1，鎳含量為38～56 mg·kg-1。試驗(yàn)區(qū)面積約700 m2，采用大區(qū)對(duì)比試驗(yàn)，用田埂劃分為兩個(gè)面積相等的區(qū)塊，對(duì)照大區(qū)僅施常規(guī)肥料，石灰氮處理的大區(qū)在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，667 m2施用石灰氮75 kg。在水稻秧苗移栽前12 d，將試驗(yàn)田基肥和石灰氮均勻施入后進(jìn)行耙田。不同水稻品種的秧苗以相同面積和密度分別移栽在石灰氮處理區(qū)和對(duì)照區(qū)。根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃驹耘喑Ｒ?guī)方式進(jìn)行水稻秧苗的育苗與移栽，適時(shí)噴灑農(nóng)藥抗病防蟲(chóng)，至秧苗20～30 d時(shí)進(jìn)行大田移栽，移栽密度參考當(dāng)?shù)氐姆N植習(xí)慣。移栽后，根據(jù)水稻的生長(zhǎng)特征及當(dāng)?shù)氐耐寥馈夂虻葪l件，適時(shí)進(jìn)行水、肥及抗病防蟲(chóng)等各項(xiàng)措施的管理。水稻達(dá)到收獲標(biāo)準(zhǔn)后，分別采集兩個(gè)大區(qū)的水稻植株和土壤樣品，水稻植株晾干后分為根、秸稈、籽粒，土壤風(fēng)干后粉碎，過(guò)0.15 mm孔篩備用。

1.3 樣品檢測(cè)

將水稻根、秸稈、籽粒及粉碎的土壤樣品送相關(guān)實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，分別檢測(cè)其中的重金屬鎘、鎳的總量[11-12]。土壤有效態(tài)鎘、鎳含量采用二乙酸銨五乙酸浸提-原子吸收分光光度法測(cè)定[13]，用1 mol·L-1的醋酸銨在室溫下浸提，土液比1∶50，振蕩時(shí)間30 min，提取液經(jīng)離心、過(guò)濾后測(cè)定。

每小區(qū)按五點(diǎn)法采集稻谷樣品，每個(gè)樣品通過(guò)混合取樣采集。稻谷樣品用去離子水沖洗，置105 ℃烘箱殺青30 min，再經(jīng)65 ℃烘至恒重取出，研磨過(guò)篩保存?zhèn)溆?。稻谷重金屬鎘、鎳的測(cè)定通過(guò)濃HNO3消解法進(jìn)行提取，用原子吸收分光光度法測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 石灰氮調(diào)理劑對(duì)水稻不同部位重金屬吸收的影響

由圖1可知，石灰氮與對(duì)照處理中，供試水稻品種籽粒中重金屬鎘的含量均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[11]中稻米的安全限量值(鎘0.2 mg·kg-1，該標(biāo)準(zhǔn)未對(duì)稻米中的鎳安全限量值作要求)，但施用石灰氮處理的水稻籽粒中重金屬鎘和鎳的含量均明顯低于對(duì)照，施用石灰氮鈍化劑后水稻籽粒中鎘含量降幅達(dá)50%以上，水稻籽粒中鎳含量降幅為10%～65%，可見(jiàn)石灰氮調(diào)理劑對(duì)降低水稻籽粒重金屬鎘和鎳的吸收累積具有明顯效果。

圖1 不同種植條件下水稻中重金屬鎘、鎳積累的變化

水稻不同組織中重金屬鎘和鎳的含量差異較大。施用石灰氮鈍化劑后，水稻不同部位重金屬鎘和鎳含量分布為根>秸稈>稻谷籽粒，且根系、秸稈中的含量遠(yuǎn)大于籽粒含量。石灰氮處理的水稻秸稈、根系中重金屬鎘的含量明顯低于對(duì)照，其中水稻秸稈中的鎘含量較對(duì)照下降80%以上，水稻根系(嘉禾218除外)中的鎘含量較對(duì)照下降30%以上，而石灰氮處理對(duì)不同品種間秸稈和根系中鎳吸收的影響無(wú)明顯規(guī)律。

2.2 石灰氮處理對(duì)土壤重金屬鎘、鎳有效態(tài)的影響

表1表明，不同試驗(yàn)田塊的土壤重金屬鎘、鎳全量和有效態(tài)含量存在一定差異，且石灰氮鈍化劑處理的土壤重金屬鎘、鎳的有效態(tài)含量較對(duì)照均明顯降低；對(duì)照土壤重金屬鎘、鎳的有效態(tài)含量占總量的比例分別在55%和2%以上，而施用石灰氮處理的重金屬鎘有效態(tài)占全量的比例大部分均在40%以下(種植嘉禾218的點(diǎn)位除外)，土壤鎘有效態(tài)占比下降達(dá)15%以上；施用石灰氮處理土壤鎳有效態(tài)占比由對(duì)照的2.45%以上降至1.89%以下。研究結(jié)果證明，施用石灰氮對(duì)土壤重金屬具有顯著的鈍化作用，且對(duì)重金屬鎘的鈍化效果明顯優(yōu)于鎳，這與石灰氮處理后水稻稻谷重金屬鎘、鎳的吸收規(guī)律一致。

表1 石灰氮對(duì)土壤重金屬有效態(tài)的影響

2.3 石灰氮處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

表2顯示，通過(guò)1季的污染土壤鈍化試驗(yàn)后，石灰氮處理下的水稻品種產(chǎn)量與常規(guī)對(duì)照相比差異不大，水稻穗粒性狀與常規(guī)對(duì)照相比差異也不大，說(shuō)明石灰氮在667 m2用量75 kg下未對(duì)水稻生長(zhǎng)造成明顯的負(fù)面影響。

表2 不同水稻品種在不同處理下的穗粒性狀及產(chǎn)量

3 小結(jié)與討論

在土壤重金屬輕度污染的農(nóng)田采用石灰氮鈍化劑處理后，可明顯降低土壤中重金屬鎘、鎳的有效性，減少其在水稻籽粒中的積累，達(dá)到國(guó)家食品安全的限量值，對(duì)水稻產(chǎn)量基本無(wú)影響。

水稻不同部位重金屬鎘和鎳的含量明顯不同。石灰氮鈍化劑處理后的水稻重金屬鎘和鎳含量分布為根>秸稈>稻谷籽粒，這與其他鈍化劑的試驗(yàn)結(jié)果相似，且根、秸稈中的重金屬鎘和鎳含量是水稻籽粒含量的數(shù)倍。因此，在重金屬輕度污染的農(nóng)田可采用邊修復(fù)邊利用的方式，且該污染修復(fù)地塊種植的稻、麥、油菜等秸稈不宜就地還田，而應(yīng)將其收集后異地專門處置，從而逐漸減輕該地塊重金屬的污染程度。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，用石灰氮作為鈍化劑處理重金屬污染的土壤，能明顯降低土壤中鎘、鎳的有效性，提高土壤的pH值，降低水稻籽粒中鎘、鎳的積累，達(dá)到安全利用的目的。與其他堿性土壤鈍化劑一樣，石灰氮鈍化劑可用于重金屬污染的酸性土壤的修復(fù)與改良，是一種極具潛力的土壤改良劑。