土壤重金屬污染修復劑在鎘污染稻田中的應用效果

1、土壤重金屬污染修復劑在鎘污染稻田中的應用效果摘 要：采用田間小區(qū)試驗，在典型的鎘污染稻區(qū)長沙縣江背鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)開展了重金屬修復劑鎘康的田間應用效果試驗。結果表明，修復劑鎘康對水稻增產有一定的促進作用，但不同處理間沒有顯著差異。施用修復劑能夠降低水稻各部位對鎘（Cd）的積累，降低土壤有效Cd的含量，且隨著修復劑用量的增加，降鎘的效果越明顯。江背鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)施用量分別達450 kg/hm2、600 kg/hm2時，降鎘效果達顯著水平。施用修復劑1 500 kg/hm2可使糙米鎘含量降低約0.05 mg/kg，同時，土壤有效Cd含量降低0.17 mg/kg（江背鎮(zhèn)）和0.64 mg/kg（北山鎮(zhèn)）。關鍵

2、詞：鎘；修復劑；鎘污染稻田中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2015）02-0095-04隨著工農業(yè)的迅速發(fā)展，受工業(yè)三廢和農業(yè)活動自身的影響，我國農用土壤重金屬污染問題已日趨嚴重1-5。有資料表明，1980年我國受工業(yè)三廢污染的耕地面積為266.7萬hm2，1992年增至1 000萬hm2，而目前我國受重金屬污染耕地面積已超過0.2億hm26，其中Cd、Pb污染較為突出7。湖南省是中國的有色金屬之鄉(xiāng)，受日益發(fā)展的采、選、冶等工業(yè)以及含重金屬農業(yè)投入品的影響，農田土壤重金屬污染逐漸成為影響湖南經濟發(fā)展和人類身體健康的重要環(huán)境問題8-11。由于未采取合理的污染控制

3、措施，稻米中重金屬含量特別是鎘（Cd）極易出現超過國家質量標準的情況，因此，Cd污染稻田的治理與修復成了人們關注的熱點。為了驗證重金屬污染修復劑“鎘康”的降Cd效果，在長沙縣江背鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)典型的污染稻田中開展了修復劑應用效果研究，以期為鎘康的大面積應用提供理論依據。1 材料與方法1.1 試驗地點根據土壤環(huán)境質量標準（GB 15618-1995），選擇長沙縣江背鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)2個鎘污染稻田土壤開展田間試驗。其中，江背鎮(zhèn)試驗點位于東經1132030，北緯280754，土壤為板頁巖發(fā)育的水稻土，土壤pH值為5.8，有機質和全氮含量分別為45.6 g/kg和2.41 g/kg，土壤全鎘含量0.70 mg/

4、kg，主要污染來自水泥廠產生的粉塵。北山鎮(zhèn)農業(yè)技術推廣站試驗基地位于東經1130406，北緯282315，土壤為花崗巖發(fā)育的水稻土，土壤pH值為5.1，有機質和全氮含量分別為42.0 g/kg和2.48 g/kg，土壤全鎘含量0.88 mg/kg。20世紀8090年代，上游建有一化工廠，下游長期灌溉污水導致污染。兩地種植制度均為雙季稻，兩地的土壤理化性質及重金屬含量見表1。1.2 試驗材料及農事管理試驗均為晚稻小區(qū)試驗，江背鎮(zhèn)晚稻品種為天優(yōu)998，北山鎮(zhèn)晚稻品種為五豐優(yōu)569，均為軟盤育秧移栽。修復劑“鎘康”為成都朝陽作物科學有限公司提供；尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀均為當地大面積應用產品。采取常規(guī)

5、施肥，施N、P2O5、K2O量分別為180、60、90 kg/hm2。其中70%的氮肥，全部的磷和鉀肥作基肥，移栽前施用，30%氮肥作追肥配合除草劑插秧710 d后施用。水分管理采取常規(guī)措施，苗期至分蘗盛期淹水，分蘗時曬田，拔節(jié)期覆淹。病蟲害防治按當地常規(guī)管理進行。1.3 試驗設計試驗設4個處理，3次重復，共計12個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積25 m2，四周設保護行。其中江背鎮(zhèn)的處理如下，處理1：不施修復劑；處理2：施修復劑225 kg/hm2；處理3：施修復劑450 kg/hm2；處理4：施修復劑675 kg/hm2。北山鎮(zhèn)的處理如下，處理1：不施修復劑；處理2：施修復劑300 kg/hm

6、2；處理3：施修復劑600 kg/hm2；處理4：施修復劑900 kg/hm2。修復劑的用量根據兩地不同的污染程度來確定。修復劑于2013年土壤翻耕前一次性施入，然后施用基肥，翻耕后充分耙勻，移栽水稻秧苗。小區(qū)間起壟隔開，防止田間水流失和串流，而且各小區(qū)實行單獨排灌，田埂要求高出土面20 cm，采取二次筑埂的方法，即提前1周耕作整平稻田，規(guī)劃小區(qū)，第一次做埂，待土埂硬化后再加高一次，然后用塑料膜包住土埂。1.4 樣品采集與處理試驗前取基礎土壤，測定土壤基本理化性質及重金屬全量和有效態(tài)含量。水稻收獲后每個試驗小區(qū)，取015 cm土壤樣，測定重金屬有效態(tài)含量。水稻成熟后各小區(qū)單打單收，測產，并取樣

7、分析大米及植株中重金屬含量，大米及植株樣品采用微波消解。所有重金屬指標均采用ICP-MS進行測定。1.5 數據統(tǒng)計及分析試驗數據用Excel、DPS等統(tǒng)計軟件進行分析。2 結果與分析2.1 修復劑對水稻產量的影響從表2中可知，施用不同用量修復劑對水稻產量有一定的影響，但均未達顯著水平。在江背鎮(zhèn)，修復劑對水稻產量影響較?。辉诒鄙芥?zhèn)，與不施修復劑處理相比，水稻增產766.7906.7 kg/hm2，增幅為12.1%16.4%，其中以處理3產量最高，達6 435.9 kg/hm2。可見修復劑對促進水稻生長有一定效果，但這與土壤條件、水稻品種密切相關。2.2 修復劑對水稻Cd積累的影響對水稻各部位Cd

8、含量測定的結果表明（表3），施用修復劑均能有效降低各部位對Cd的積累，且隨修復劑用量的增加，效果越明顯。江背試驗點，與不施修復劑對照相比，水稻糙米Cd含量降低0.0190.027 mg/kg，降幅為4.8%9.2%；水稻莖稈Cd含量降低0.5010.655 mg/kg，降幅為17.3%22.6%；水稻葉片Cd含量降低0.0450.068 mg/kg，降幅為11.4%17.3%；且當修復劑用量達225 kg/hm2時，水稻莖稈Cd含量下降幅度就已經達顯著水平；當修復劑用量達450 kg/hm2時，水稻葉片Cd含量下降幅度也達顯著水平；當修復劑用量達675 kg/hm2時，水稻糙米Cd含量下降幅度

9、達顯著水平。北山試驗點，與不施修復劑對照相比，水稻糙米Cd含量降低0.0050.025 mg/kg，降幅為3.7%18.4%；水稻莖稈Cd含量降低0.0250.075 mg/kg，降幅為2.4%7.3%；水稻葉片Cd含量降低0.0060.024 mg/kg，降幅為3.5%14.0%。當修復劑用量達600 kg/hm2時，水稻糙米Cd含量下降幅度達顯著水平。進一步以修復劑施用量與水稻糙米Cd含量進行相關性分析可得方程：Y=-0.000 039 5 X+0.291 3， R2=0.966（江背）Y=-0.000 030 9 X+0.137 2， R2=0.947（北山）式中Y為水稻糙米Cd含量（m

10、g/kg）；X為修復劑用量（kg/hm2）。可見，水稻糙米Cd含量與修復劑施用量呈顯著的負相關。依據擬合方程，江背點每施用1 500 kg/hm2修復劑，糙米鎘含量可降低0.059 3 mg/kg，北山點每施用1 500 kg/hm2修復劑，糙米鎘含量可降低0.046 3 mg/kg?？梢?，施用1 500 kg/hm2修復劑降低糙米鎘含量在0.05 mg/kg左右。2.3 修復劑對土壤有效Cd含量的影響水稻收獲期取樣測定土壤有效Cd含量，結果表明（表4），施用修復劑對土壤Cd有效態(tài)的影響明顯，且隨施用量的增加，土壤Cd有效態(tài)含量降低。其中江背鎮(zhèn)有效Cd含量降低11.2%23.3%，北山鎮(zhèn)有效C

11、d含量降低2.5%52.5%；江背鎮(zhèn)施用量達450 kg/hm2時，下降幅度達顯著水平，北山鎮(zhèn)施用量達600 kg/hm2時，下降幅度達顯著水平。進一步以修復劑施用量與土壤有效Cd含量進行相關性分析可得方程：Y=-0.000 11 X+0.343， R2=0.973（江背）Y=-0.000 43 X+0.714 7， R2=0.208（北山）公式中Y為土壤有效Cd含量（mg/kg）；X為修復劑用量（kg/hm2）。可見，土壤有效Cd含量與修復劑施用量呈顯著的負相關，依據公式可得：江背點每施用1 500 kg/hm2修復劑，土壤有效Cd含量可降低0.17 mg/kg，北山點每施用1 500 kg

12、/hm2修復劑，土壤有效Cd含量可降低0.64 mg/kg。可見，施用1 500 kg/hm2修復劑在不同試驗點對土壤有效Cd的鈍化效果不一樣，這可能與當地的土壤類型、污染程度、水分管理等有關。2.4 水稻Cd含量與土壤Cd含量的關系稻米Cd富集與土壤Cd含量及其形態(tài)有關，相關分析表明（圖1），2個試驗點的稻米鎘含量與土壤有效態(tài)Cd均呈顯著的線性相關，說明土壤有效態(tài)鎘與稻米吸收積累相關性較強。綜合表3、表4可得，相對土壤有效態(tài)Cd，江背鎮(zhèn)試驗點稻米Cd平均富集系數為0.79，北山鎮(zhèn)試驗點稻米Cd平均富集系數為0.2。計算稻米Cd葉Cd莖Cd，江背點平均為0.110.141.0，北山點為0.13

13、0.161.0，表明2個品種的莖、葉、米中Cd分布規(guī)律基本一致。但計算莖Cd土壤有效Cd，江背點平均為6.771，北山點平均為1.721。可見，江背點水稻莖稈中鎘積累顯著大于北山點，是導致江背點稻米Cd富集系數大于北山點的關鍵。3 小結與討論除土壤有效態(tài)Cd外，仍存在其他影響稻米鎘富集的關鍵因素：（1）稻田水分管理12-13。普遍認為，稻田水分狀態(tài)對水稻吸收積累Cd的影響很大，主要是淹水形成CdS沉淀或鐵錳結合物，但對風干測定的土壤形態(tài)影響不大。晚稻試驗期間湖南省比較干旱，江背點灌溉相對較少（試驗取樣時田面較干），提高了Cd的生物有效性，而北山點為農技站試驗田，有較好的水源保證，導致了2個試驗

14、點水稻對Cd吸收積累的差異；（2）水稻品種對鎘吸收積累差異14-16。以往大量試驗證明，水稻品種間Cd吸收積累存在較大差異，盡管由于江背點和北山點的品種均為外地品種，尚未進行Cd吸收鑒定，但初步結果仍可以看出，兩個水稻品種鎘分布規(guī)律基本一致，主要是莖相對于土壤積累較高所致。這可能說明江背點品種天優(yōu)998是一個高吸收品種，但不排除水稻生長前期（分蘗期）水分等條件導致植株體內積累增加的影響。與不施修復劑對照處理相比，施用土壤重金屬污染修復劑“鎘康”對水稻生長有一定促進作用，但不同試驗點效果不一，其中北山鎮(zhèn)水稻增產766.7906.7 kg/hm2，增幅為12.1%16.4%，而江背鎮(zhèn)水稻增產效果不

15、明顯。施用修復劑能夠降低水稻各部位對Cd的積累，且隨著修復劑用量的增加，降低的效果越明顯。江背鎮(zhèn)，當修復劑用量達225 kg/hm2時，水稻莖稈Cd含量下降幅度就已經達顯著水平，當修復劑用量達450 kg/hm2時，水稻葉片Cd含量下降幅度也達顯著水平，當修復劑用量達675 kg/hm2時，水稻糙米Cd含量下降幅度達顯著水平。北山鎮(zhèn)，當修復劑用量達600 kg/hm2時，水稻糙米Cd含量下降幅度達顯著水平。修復劑施用量與水稻糙米鎘含量的相關關系可得，施用1 500 kg/hm2修復劑可使糙米鎘含量降低0.05 mg/kg左右。施用修復劑鎘康能夠降低土壤有效Cd的含量，其中江背鎮(zhèn)有效Cd含量降低

16、11.2%23.3%，北山鎮(zhèn)有效Cd含量降低2.5%52.5%，且隨施用量的增加，土壤Cd有效態(tài)含量越低。江背鎮(zhèn)、北山整施用量分別達450 kg/hm2、600 kg/hm2時，下降幅度就能達顯著水平。江背鎮(zhèn)施用1 500 kg/hm2修復劑，土壤有效Cd含量可降低0.17 mg/kg；北山點施用1 500 kg/hm2修復劑，土壤有效Cd含量可降低0.64 mg/kg。參考文獻：1 陳 朗，宋玉芳，張 薇，等. 土壤鎘污染毒性效應的多指標綜合評價J.環(huán)境科學，2008，29（9）：2606-2612.2 李 想，張 勇. 我國農產品和農用土壤的重金屬污染現狀與一般規(guī)律J. 四川化工，2008

17、，11（1）：44-47.3 王 旭，張 豪，張松林，等. 土壤重金屬污染及修復技術的研究進展J. 甘肅農業(yè)，2011，（3）：60-62.4 張玉斌. 重金屬污染現狀及防控策略J. 環(huán)境保護與循環(huán)經濟，2012，（6）：4-7.5 陳懷滿，鄭春榮，涂 從，等. 中國土壤重金屬污染現狀與防治對策J. 人類環(huán)境雜志，1999，28（2）：130-134.6 崔力拓，耿世剛，李志偉. 我國農田土壤鎘污染現狀及防治對策J. 現代農業(yè)科技，2006，11：184-185.7 王凱榮，張玉燭，胡榮桂. 不同土壤改良劑對降低重金屬污染土壤上水稻糙米鉛鎘含量的作用J. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26（2）：476-481.8 袁珊珊，肖細元，郭朝暉. 中國鎘礦的區(qū)域分布及土壤鎘污染風險分析J. 環(huán)境污染與防治，2012，34（6）：51-56，100.9 曾志揚. 15415噸鎘污染大米的警示J. 大眾標準化，2013，（3）：41. 10 段梅紅. 鎘米之痛J. 中國消費者，2013，（6）：35.11 童潛明. “鎘米”：湘江重金屬污染的標本J. 國土資源導刊（湖南），2011，（5）：58-59.12 紀雄輝，梁永超，魯艷紅，等. 污染稻田水分管理對水稻吸收積累鎘的影響及其作用機理J. 生態(tài)學報，2