不同鈍化措施對水稻土壤及糙米重金屬含量的影響

陶啟威 盛金元 席慶 趙品恒 陳敏煬

摘要 ［目的］篩選出降低水稻土壤及糙米重金屬的較優鈍化措施，為稻米安全生產提供參考。［方法］通過單獨施用生物有機肥、土壤調理劑和鈣鎂磷肥，復合施用“土壤調理劑+葉面阻控劑”“生物有機肥+鈣鎂磷肥”，比較其對水稻土壤和糙米重金屬含量以及水稻產量的影響。［結果］各項鈍化措施中，相比CK處理，單施生物有機肥3 000、4 500 kg/hm2，土壤Hg含量分別降低了35.85%和24.53%，土壤Cr含量分別降低了10.55%和20.86%，水稻糙米I-As含量分別降低了27.03%和10.81%，產量分別增加了33.91%和49.90%，效果較優；復合施用“生物有機肥1 650 kg/hm2+鈣鎂磷肥150 kg/hm2”，土壤Pb含量降低了31.32%，水稻糙米I-As降低了18.92%，具有良好效果。［結論］單施生物有機肥3 000～4 500 kg/hm2和復合施用“生物有機肥1 650 kg/hm2+鈣鎂磷肥150 kg/hm2”是降低水稻土壤及糙米重金屬的較優鈍化措施。

關鍵詞 鈍化措施；水稻；土壤；糙米；重金屬含量

中圖分類號 X53? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2023）13-0075-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.13.018

Effects of Different Passivation Measures on Heavy Metal Contents in Rice Soil and Brown Rice

TAO Qi-wei1， SHENG Jin-yuan2， XI Qing1 et al

（1.New Rural Development Research Institute Co.， Ltd. of NJAU（Changshu）， Changshu，Jiangsu 215500;2.Crop Cultivation Technology Guidance Station of Changshu， Changshu，Jiangsu 215500）

Abstract ［Objective］To screen optimal passivation measures for reducing heavy metals in rice soil and brown rice， and provide reference for safe rice production.［Method］By applying bio-organic fertilizer， soil conditioner and calcium magnesium phosphate fertilizer separately， and combining them with “soil conditioner+leaf surface inhibitor” and “bio-organic fertilizer+calcium magnesium phosphate fertilizer”， the effects on heavy metal content and rice yield in rice soil and brown rice were compared.［Result］The passivation measures were compared with CK treatment， when single applying bio-organic fertilizer at 3 000 and 4 500 kg/hm2， soil Hg content was reduced by 35.85% and 24.53%， soil Cr content was reduced by 10.55% and 20.86%， brown rice I-As content was reduced by 27.03% and 10.81%， and yield was increased by 33.91% and 49.90%， resulting in better results.When combined applying “bio-organic fertilizer 1 650 kg/hm2 + calcium magnesium phosphate fertilizer 150 kg/hm2”， soil Pb content was reduced by 31.32% and brown rice I-As content was reduced by 18.92%， showing good results.［Conclusion］Single applying bio-organic fertilizer of? 3 000-4 500 kg/hm2 and combined applying “bio-organic fertilizer of 1650 kg/hm2 + calcium magnesium phosphate fertilizer of 150 kg/hm2”were better passivation measures for reducing heavy metals in rice soil and brown rice.

Key words Passivation measures;Rice;Soil;Brown rice;Heavy metal content

基金項目 2020年度常熟市科技發展計劃（農業）項目（CN202004-2）。

作者簡介 陶啟威（1989—），男，江蘇常熟人，農藝師，碩士，從事園藝土壤方面的研究。通信作者，工程師，碩士，從事生態環境方面的研究。

收稿日期 2022-07-11

近年來，隨著改革開放推進和社會科技發展，化肥和農藥的濫用以及工業三廢的不合理排放［1］，既對生態環境構成嚴重威脅，又帶來了稻米的重金屬超標問題，對糧食安全產生重要影響。全國每年受重金屬污染的糧食多達1 200萬t，導致糧食減產超過100萬t，直接經濟損失至少200億元［2］。長三角地區素來是“江南魚米之鄉”，但由于受到歷史、環境等因素的影響，部分稻麥輪作農田存在土壤重金屬污染現象，而該區域是重要的稻米主產區之一，其質量安全直接關系到人民的生產、生活健康等方面，因此急需開展水稻土壤重金屬污染治理。

常用土壤修復技術主要包括低積累品種篩選、原位鈍化、植物修復、農藝措施等，其中原位鈍化修復具有修復成本低、技術操作簡便和見效快等優點，成為目前應用最為廣泛的重金屬污染土壤修復技術［3］。鈍化劑類型可分為無機類、有機類、微生物類、復合型等［4］。通過向土壤添加有機、無機或者雜化的鈍化材料，吸附、固化重金屬離子降低其生物有效性和在環境中的遷移性，能夠達到修復污染土壤的目的［5］。有試驗表明，施用生物有機肥能夠提高土壤pH，降低土壤、稻株和稻米重金屬含量，顯著提高水稻產量［6-8］，通過葉面噴施硅、硒、鋅和鐵等并配合土壤養分綜合管理，亦可有效減輕或控制重金屬污染農田對農產品可食部分的污染［9-11］。筆者通過研究施用有機肥、土壤調理劑、鈣鎂磷肥和葉面阻控劑對水稻土壤和糙米重金屬含量的影響，為開展稻區安全生產提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 供試水稻為常農粳12號。供試鈍化材料共4種，包括鈣鎂磷肥（P2O5≥15.0%）、生物有機肥（N+ P2O5+K2O≥5.0%，活性有機質≥45%，總鈣含量≥1%，蛋白酶活性≥3 000 U/g，含有益活性菌群）、土壤調理劑（CaO≥33%，MgO≥5%，SiO2≥28%，pH 10.0～12.0）和葉面阻控劑（Mn+Zn≥10%）。顆粒鈣鎂磷肥、生物有機肥、土壤調理劑與葉面阻控劑均來自市售。

1.2 試驗方法 根據當地農用地土壤狀況詳查的分析評價結果，試驗區域農田土壤的主要超標元素為鎘（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）3種重金屬，超標率約20%，超標倍數為1～2倍，屬于重金屬輕中度污染區域，試驗小區位于該區域核心區，具有典型性，土壤類型為烏柵土。試驗于2021年6月開展，設置6個單項措施試驗區5個復合措施試驗區，分別為A1（鈣鎂磷肥150 kg/hm2）、A2（鈣鎂磷肥300 kg/hm2）、B1（土壤調理劑2 550 kg/hm2）、B2（土壤調理劑3 000 kg/hm2）、C1（生物有機肥3 000 kg/hm2）、C2（生物有機肥4 500 kg/hm2）、D1（土壤調理劑750 kg/hm2+葉面阻控劑1 500 mL/hm2）、D2（土壤調理劑1 200 kg/hm2+葉面阻控劑2 250 mL/hm2）、D3（土壤調理劑1 650 kg/hm2+葉面阻控劑3 000 mL/hm2）、E1（生物有機肥2 250 kg/hm2+鈣鎂磷肥75 kg/hm2）、E2（生物有機肥1 650 kg/hm2+鈣鎂磷肥150 kg/hm2），設置1個對照（CK）。每個小區之間單獨打埂，實行單灌單排，以防止竄水竄肥。施用有機肥的地塊不施其他底肥，其他地塊按照525 kg/hm2施用水稻專用配方肥，生長期按照常規種植方式管理，分2次共追施尿素300 kg/hm2，病蟲害根據田間發病情況及時噴施相應農藥。2021年5月下旬采集本底土樣（本底值見表1），6月上旬撒施土壤調理劑、鈣鎂磷肥和有機肥，8月上旬和9月上旬分別噴施葉面阻控劑，10月下旬水稻成熟期采集稻樣和土樣。

1.3 測定指標 土壤pH、Hg、Cr、Pb、As、Cd，水稻籽粒Hg、Cr、Pb、Cd、I-As（無機砷）均由CMA資質的華測檢測技術有限公司進行檢測。土壤重金屬判定標準參照GB 15618—2018，谷物重金屬判定標準參照GB 2762—2017。水稻成熟后進行田間割方測產，每個處理2次重復，采集全部稻穗回實驗室進行籽粒稱重，并計算單位面積產量。

1.4 數據分析 采用Microsoft Excel 2007、DPS 7.05數據處理系統對數據進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對土壤pH及重金屬含量的影響

2.1.1 pH。從圖1可以看出，不同鈍化措施對土壤pH的影響并不一致。處理A1、A2、D3、E1土壤pH均低于CK（6.88），其中處理A1最低（6.34），與CK差異顯著（P<0.05）；其余處理對提高土壤pH均有一定作用，其中處理B1最高（7.38），其次為C2（7.33），較CK土壤pH分別提升了0.50和0.45，均與CK差異顯著（P<0.05）。

2.1.2 ?Hg含量。從圖2可以看出，經過不同鈍化措施處理后，除處理A1（0.61 mg/kg）外，其余處理土壤Hg含量均未超標（0.60 mg/kg）。采用B1、B2、C1、C2、D1措施處理能夠一定程度降低土壤Hg含量，其中處理C1最低（0.34 mg/kg），與CK差異顯著（P<0.05）；而采用A1、D2、D3措施處理后，土壤Hg含量有較大提高。單施土壤調理劑處理B1、B2與單施生物有機肥處理C1、C2均對降低土壤Hg含量效果較好，較CK（0.53 mg/kg）分別降低了24.53%、24.53%、35.85%和24.53%。

2.1.3 ?Cr含量。從圖3可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理土壤Cr含量均未超標（300 mg/kg）。除處理B2、D2、E1外，其余措施處理均能夠降低土壤Cr含量，其中處理C2最低（33.0 mg/kg），其次為B1（36.7 mg/kg）和C1（37.3 mg/kg），但均與CK差異不顯著（P>0.05）。單施生物有機肥處理C1、C2對降低土壤Cr含量效果較好，較CK分別降低了10.55%和20.86%；單施鈣鎂磷肥處理A1、A2對降低土壤Cr含量也有一定效果，較CK分別降低了9.59%和8.87%。

2.1.4 Pb含量。從圖4可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理土壤Pb含量均未超標（140 mg/kg）。采用D1、D3、E2措施處理能夠一定程度降低土壤Pb含量，其中處理E2最低（30.7 mg/kg），但與CK差異不顯著（P>0.05）；而其余鈍化措施處理均提高了土壤Pb含量，其中處理C1最高（70.0 mg/kg），與CK差異顯著（P<0.05），其次為A1（62.7 mg/kg）、B2（59.0 mg/kg）和B1（57.7 mg/kg），但與CK均差異不顯著（P>0.05）。復合施用處理D1和E2對降低土壤Pb含量效果較好，較CK分別降低了17.23%和31.32%。

2.1.5 As含量。從圖5可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理土壤As含量均未超標（25 mg/kg）。采用A1、B2、C1、C2、D2、D3措施處理能夠一定程度降低土壤As含量，其中處理B2最低（7.47 mg/kg），但與CK差異不顯著（P>0.05）；而采用E2措施處理最大地提高了土壤As含量，達到9.10 mg/kg。單施土壤調理劑處理B2降低土壤As含量效果最好，較CK降低了11.70%。

2.1.6 Cd含量。從圖6可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理土壤Cd含量均未超標（0.6 mg/kg），采用A1、D1、D3措施處理能夠一定程度降低土壤Cd含量，其中處理A1最低（0.21 mg/kg），但與CK差異不顯著（P>0.05）；而其余鈍化措施處理均提高了土壤Cd含量，其中處理B1最高（0.40 mg/kg），與CK差異顯著（P<0.05）。單施鈣鎂磷肥處理A1降低土壤Cd含量效果最好，較CK降低了16.00%。

2.2 不同處理對水稻糙米重金屬含量的影響

2.2.1 I-As含量。從圖7可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理水稻糙米I-As含量均未超標（0.2 mg/kg）。處理D3、E1均提高了水稻糙米I-As含量，其中處理E1最大（0.047 mg/kg），但與CK差異不顯著（P>0.05）；其余處理均能一定程度降低水稻糙米I-As含量，其中處理C1和D1最低，均為0.027 mg/kg，但與CK差異不顯著（P>0.05）。單施土壤調理劑處理B1、單施生物有機肥處理C1、C2對降低水稻糙米I-As含量均效果較好，較CK分別降低了10.81%、27.03%和10.81%；復合施用處理D2和E2對降低水稻糙米I-As也有一定效果，較CK均降低了18.92%。

2.2.2 Hg含量。從圖8可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理水稻糙米Hg含量均未超標（0.02 mg/kg）。僅處理B1水稻糙米Hg含量（0.001 3 mg/kg）低于CK（0.001 7 mg/kg），但與CK差異不顯著（P>0.05）；而其余處理水稻糙米Hg含量均不同程度高于CK，其中D2最高（0.004 3 mg/kg），其次為D3（0.004 0 mg/kg）和B2（0.003 7 mg/kg），均與CK差異顯著（P<0.05）。單施土壤調理劑處理B1對降低水稻糙米Hg含量效果最好，較CK降低了23.53%。

2.2.3 Pb含量。從圖9可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理水稻糙米Pb含量均未超標（0.20 mg/kg），但是均不同程度高于CK，其中處理C2最高（0.10 mg/kg），與CK差異顯著（P<0.05），處理D2最低（0.02 mg/kg），但與CK差異不顯著（P>0.05）。

2.2.4 Cr含量。從圖10可以看出，經過不同措施處理后，各處理水稻糙米Cr含量均未超標（1.0 mg/kg）。采用A1、A2、B1、D2、E1處理能夠一定程度降低水稻糙米Cr含量，其中處理D2最低（0.287 mg/kg），其次為E1（0.293 mg/kg）和A2（0.400 mg/kg），但均與CK差異不顯著（P>0.05）；而其余鈍化措施處理均提高了水稻糙米Cr含量，其中處理C2最高（0.920 mg/kg），與CK差異顯著（P<0.05）。單施鈣鎂磷肥處理A1、A2對降低水稻糙米Cr含量有一定效果，較CK分別降低了9.42%和14.35%。復合施用處理D2和E1對降低水稻糙米Cr效果最好，較CK分別降低了38.54%和37.26%。

2.2.5 Cd含量。從圖11可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理水稻糙米Cd含量均未超標（0.2 mg/kg）。僅處理D2水稻糙米Cd含量（0.010 mg/kg）低于CK（0.023 mg/kg），但與CK差異不顯著（P>0.05）；而其余處理水稻糙米Cd含量均高于CK，其中C1最高（0.054 mg/kg），其次為B2（0.047 mg/kg）和D1（0.047 mg/kg），但均與CK差異不顯著（P>0.05）。復合施用處理D2對降低水稻糙米Cd效果最好，較CK降低了56.52%。

2.3 不同處理對水稻產量的影響 從圖12可以看出，經過不同鈍化措施處理后，各處理水稻產量均不同程度高于CK；其中施用有機肥的處理C1、C2、E1、E2均表現出較高的產量，處理C2最高（10 628.00 kg/hm2），其次為C1（9 494.05 kg/hm2）、E1（9 488.65 kg/hm2）和E2（8 843.35 kg/hm2），均與CK差異顯著（P<0.05）；而施用土壤調理劑的處理B1、B2、D1、D2產量相對較低。單施生物有機肥處理C（C1、C2）和復合施用處理E（E1、E2）對水稻產量有較大提升，較CK分別提高33.91%～49.90%和24.73%～33.83%；單施鈣鎂磷肥處理A（A1、A2）、單施土壤調理劑處理B（B1、B2）、復合施用處理D（D1、D2、D3）對水稻增產也有一定效果，較CK分別提高12.21%～14.77%、10.92%～20.70%和5.15%～11.13%。

3 結論

不同鈍化措施對土壤pH的影響效果不一。單施鈣鎂磷肥（處理A）能夠降低土壤pH；單施土壤調理劑（處理B）和生物有機肥（處理C）能夠提高土壤pH，其中土壤調理劑2 250 kg/hm2（處理B1）和生物有機肥4 500 kg/hm2（處理C2）效果顯著，較CK土壤pH分別提升了0.50和0.45。

不同鈍化措施對土壤重金屬的鈍化效果有差異。該研究主要表現在降低土壤Hg和Cr含量。單施鈣鎂磷肥150、300 kg/hm2（處理A1、A2）對降低土壤Cr含量有一定效果，較CK分別降低了9.59%和8.87%；單施土壤調理劑2 250、3 000 kg/hm2（處理B1、B2）對降低土壤Hg含量效果較好，較CK均降低了24.53%；單施生物有機肥3 000、4 500 kg/hm2（處理C1、C2）對降低土壤Hg、Cr含量效果較好，土壤Hg含量較CK處理分別降低了35.85%和24.53%，土壤Cr含量較CK分別降低了10.55%和20.86%；復合施用“土壤調理劑750 kg/hm2+葉面阻控劑1 500 mL/hm2”（處理D1）和“生物有機肥1 650 kg/hm2+鈣鎂磷肥150 kg/hm2”（處理E2）對降低土壤Pb含量效果較好，較CK分別降低了17.23%和31.32%。

不同鈍化措施對水稻糙米重金屬的鈍化效果也有差異。該研究主要表現在降低水稻糙米I-As和Cr含量。單施鈣鎂磷肥150、300 kg/hm2（處理A1、A2）對降低水稻糙米Cr含量有一定效果，較CK分別降低了9.42%和14.35%；單施土壤調理劑2 250 kg/hm2（處理B1）對降低水稻糙米I-As、Hg含量效果較好，較CK分別降低了10.81%和23.53%；單施生物有機肥3 000、4 500 kg/hm2（處理C1、C2）對降低水稻糙米I-As含量效果較好，較CK分別降低了27.03%和10.81%；復合施用“土壤調理劑1 200 kg/hm2+葉面阻控劑2 250 mL/hm2”（處理D2）對降低水稻糙米I-As、Cr、Cd效果較好，較CK分別降低了18.92%、38.54%和56.52%；復合施用“生物有機肥2 250 kg/hm2+鈣鎂磷肥75 kg/hm2”（處理E1）對降低水稻糙米Cr含量效果較好，較CK降低了37.26%，復合施用“生物有機肥1 650 kg/hm2+鈣鎂磷肥150 kg/hm2”（處理E2）對降低水稻糙米I-As含量有一定效果，較CK降低了18.92%。

生物有機肥增產作用顯著。單施生物有機肥（處理C）和復合施用“生物有機肥+鈣鎂磷肥”（處理E）對水稻產量有較大提升，較CK分別提高33.91%～49.90%和24.73%～33.83%；單施鈣鎂磷肥（處理A）、單施土壤調理劑（處理B）、復合施用“土壤調理劑+葉面阻控劑”（處理D）對水稻增產也有一定效果，較CK分別提高12.21%～14.77%、10.92%～20.70%和5.15%～11.13%。

總體而言，對于重金屬輕度污染農田，為保障糧食生產安全，相比施用150、300 kg/hm2鈣鎂磷肥（處理A1、A2）和2 250、3 000 kg/hm2土壤調理劑（處理B1、B2），施用生物有機肥3 000、4 500 kg/hm2（處理C1、C2）對降低土壤Hg和Cr含量、水稻糙米I-As含量以及增加產量具有較好效果；復合施用“生物有機肥1 650 kg/hm2+鈣鎂磷肥150 kg/hm2”（處理E2）對降低土壤Pb含量效果較優，對降低水稻糙米I-As含量也有一定效果。由于大田試驗易受環境因素干擾，試驗結果往往較不穩定，因此還需要開展多年試驗加以驗證。

參考文獻

［1］ 王玉晶，田祎，周荃，等.我國鎘供需現狀分析及管控對策［J］.現代化工，2019，39（12）：16-20.

［2］ 劉騰飛，楊代鳳，謝修慶，等.我國耕地污染狀況、成因及對策建議［J］.環境與可持續發展，2017，42（3）：129-132.

［3］ 李劍睿，徐應明，林大松，等.農田重金屬污染原位鈍化修復研究進展［J］.生態環境學報，2014，23（4）：721-728.

［4］ 瞿飛，范成五，劉桂華，等.鈍化劑修復重金屬污染土壤研究進展［J］.山西農業科學，2017，45（9）：1561-1565，1576.

［5］ 胡雪芳，田志清，梁亮，等.不同改良劑對鉛鎘污染農田水稻重金屬積累和產量影響的比較分析［J］.環境科學，2018，39（7）：3409-3417.

［6］ 周艷，鐘積東，吳曉燕，等.生物有機肥對水稻產量及重金屬含量的影響［J］.湖南農業科學，2018（3）：39-41.

［7］ 宋肖琴，陳國安，馬嘉偉，等.不同鈍化劑對水稻田鎘污染的修復效應［J］.浙江農業科學，2021，62（3）：474-476，480.

［8］ 金華，魏祥東，鄒慧玲，等.土壤改良劑對鎘向水稻中遷移轉運的影響［J］.安徽農業科學，2018，46（31）：53-55，76.

［9］ 王世華，羅群勝，劉傳平，等.葉面施硅對水稻籽實重金屬積累的抑制效應［J］.生態環境，2007，16（3）：875-878.

［10］ 賀前鋒，易鳳姣，李鵬祥，等.不同富硒葉面肥對輕度鎘污染稻田稻米降鎘富硒效果的研究［J］.湖南農業科學，2015（12）：38-41.

［11］ 湯海濤，李衛東，孫玉桃，等.不同葉面肥對輕度重金屬污染稻田水稻重金屬積累調控效果研究［J］.湖南農業科學，2013（1）：40-44.