VIP+n技術在輕度酸性鎘污染農田的應用

李威 劉艷 李慧

摘要 [目的]研究VIP+n技術對攸縣輕度酸性鎘污染農田早晚兩季的修復效果。[方法]對攸縣約33.33 hm2示范項目進行布點采樣、結果分析與實施監管。[結果]采用VIP+n技術能明顯提高酸性土壤pH，緩解土壤酸化，降低土壤中有效態鎘含量（降低幅度為44.50%～81.33%），且對土壤有機質含量不產生明顯影響;同時降低稻米鎘含量，使種植示范區水稻稻米中的鎘含量均達到我國《食物中污染物限量》，不減少水稻產量。[結論]VIP+n技術成本相對較低，降鎘效果明顯，具有復制和推廣的意義。

關鍵詞 酸性鎘污染農田;VIP+n技術;有效態鎘;土壤調理劑

中圖分類號 X53文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0099-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.029

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Abstract [Objective]To study the remediation effect of VIP+n technology on the acidic farmland soil slightly polluted by cadmium in Youxian.[Method]Spot sampling，result analysis and implementation supervision for the Youxian demonstration project with 33.33 hm2 were carried out.[Result]The application of VIP+n technology could significantly improve the pH value of acidic soil，alleviate soil acidification，and reduce the content of available cadmium in soil （the reduction range was 44.5%-81.33%），and had no significant effect on the content of soil organic matter.At the same time，the cadmium content of rice in the planting demonstration area reached the limit of pollutants in food in China，and the yield of rice was not reduced.[Conclusion]VIP+n technology has relatively low cost，obvious effect of reducing cadmium，and has the significance of replication and promotion.

Key words Acid cadmium pollution of farmland;VIP +n technology;Available cadmium;Soil conditioner

耕地是人類賴以生存的最基本資源，具有不可替代的生產和生態功能，是食物安全的基礎和保障，對地表水、食物鏈、生物多樣性和大氣層的保護起到至關重要的作用[1-3]。然而目前，我國耕地面臨土地污染加重、優質耕地減少、土壤退化日益突出等問題，嚴重制約著

耕地質量[4-6]。2014年4月，我國土壤污染調查公報中指出，現階段全國土壤污染狀況不容樂觀，總超標率達16.1%，以鎘污染最為嚴重的無機污染類型為主，占無機污染點位的7%，而耕地污染約占耕地總面積的1/5，涉及11個省25個地區，其污染面積為1.3×104 hm2[7]。在長株潭地區，重金屬鎘、砷、鉛、鋅等主要以三廢排放的外源污染形式進入土壤，其中鎘污染最為嚴重[8]。

目前鎘污染農田修復途徑：一是把土壤中鎘含量降低至國家限量標準以下，但這種技術成本很高，尚無可以大面積實施的技術措施;二是采用降低土壤中鎘有效態含量及水稻鎘轉運能力，可以較大幅度降低稻米鎘含量，這種技術成本較低，可復制可推廣。鎘污染農田的修復技術有單項修復技術，如種植鎘低累積品種、撒施土壤調理劑、水分調控、噴施葉面阻控劑、撒石灰等。組合技術包括這幾種單項措施的優化組合，其中在湖南較廣泛使用的組合技術為VIP+n（V為種植鎘低累積品種、I為淹水灌溉，P為調pH，n為噴施葉面阻控劑、撒施土壤調理劑等）技術[9]。不管是哪種修復技術，降低稻米中鎘的途徑主要是減少鎘從土壤向植株的輸送;阻斷鎘從植株根部向稻米的轉運[10-11]。

筆者針對湖南省攸縣水稻種植區的土壤性質及污染特點、種植模式，將多種調控措施進行優化組合和集成，以稻米鎘達標為目標，因地制宜地選擇VIP+n修復模式進行示范，加強過程監測監管，實施到位組織管理，實現對農田污染的修復和農田資源可持續循環利用。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況 試驗地位于株洲市攸縣，示范面積為3333 hm2，屬于產糧大縣。該地區位于湘江上游，地下礦產資源豐富，植物物種資源豐富，雨水充沛，屬于亞熱帶季風濕潤氣候常綠闊葉林帶，無霜期平均285 d，年均氣溫16～18 ℃，土壤類型為酸性潮泥田。經調查，示范區土壤全鎘為0.3～0.6 mg/kg，稻米鎘為0.2～0.4 mg/kg，pH為5.0～6.0，屬于輕度污染區域（圖1）。

1.2 試驗材料

供試土壤：株洲市攸縣0～20 cm的耕層土壤。其土壤理化性質：pH 5.8，CEC 12.59 cmol/kg，速效鉀138.26 mg/kg，堿解氮219.45 mg/kg，有效磷20.84 mg/kg，有機質48.12 g/kg，總鎘0.38 mg/kg，有效鎘0.09 mg/kg。

供試土壤調理劑：采用ME土壤調理劑，該土壤調理劑參加了湖南省農業資源與環境保護管理站重金屬污染耕地修復治理新產品新技術集中展示，并入圍了推薦產品名錄，基本理化性質：CaO 30.24%，MgO 33.49%，Al2O5 4.21%，SiO2 5.87%，Fe 3.65%，Na 0.86 mg/kg，K 0.37 mg/kg，pH 1059，水分5.85%，粒厚（≤5.00 mm）≥90，Pb<10.00 mg/kg，Cd 3.40 mg/kg，Cr 38.00 mg/kg，Hg<5.00 mg/kg，As <10.00 mg/kg。汞、鎘、鉻、砷、鉛含量低于《水溶肥汞、砷、鎘、鉛、鉻的限量要求》（NY1110）。

供試水稻品種：早稻品種為株兩優189，晚稻品種為隆香優130。

供試生石灰：采用湖南恒旺碳酸鈣有限公司的生石灰，生石灰質量要求為氧化鈣（CaO）含量大于70%，細度為80%通過10目標準篩，汞含量小于或等于2 mg/kg，砷含量小于或等于10 mg/kg，鎘含量小于或等于3 mg/kg，鉛含量小于或等于50 mg/kg，鉻含量小于或等于50 mg/kg。

供試葉面阻控劑：采用降鎘靈，該產品參加了湖南省農業資源與環境保護管理站重金屬污染耕地修復治理新產品新技術集中展示，并入圍了推薦產品名錄。

周邊灌溉水：鎘含量在0.01～0.25 μg/L，低于現行灌溉水標準（表1）。

1.3 試驗設計 攸縣案例地試驗地面積：CK 0.33 hm2，VIP+n 33.33 hm2。

1.4 管控措施

1.4.1 種植鎘低積累水稻品種。

水稻品種從湖南省《應急性鎘低累積水稻品種知道目錄》中選擇，早稻采用株兩優189，晚稻采用隆香優130雜交水稻。項目實施依托鄉鎮、農技站組成三級機構協調各村、組、農戶的關系，組織育秧團隊進行育秧，統一運送到項目地，統一插秧，確保鎘低積累品種及時育秧，插秧，不誤農時，保證項目的順利實施。

1.4.2 淹水灌溉。

農田水分調控可以改變土壤中鎘（Cd）等重金屬元素的有效性，影響植物對重金屬元素的吸收積累。早晚兩季實行全生育期淹水灌溉，按照《鎘污染稻田安全利用田間水分管理技術規程》統一實施，全生育期保持田間有水層，直到收割前7 d左右自然落干，尤其是在抽穗前20 d至抽穗后20 d內必須保證田間有3 cm水層，杜絕土壤干濕交替。在淹水灌溉期，安排專人負責，明確其工作職責，確保優化水分管理落實到位，同時建立灌溉水管理聯席工作機制，確保源頭不斷水。

1.4.3 施用生石灰。

雙季稻施用生石灰一次性基施，施用時間為雙季早稻移栽前20 d，按照《鎘污染稻田安全利用石灰施用技術規程》統一撒施，撒施量為2 250 kg/hm2。

1.4.4 施用土壤調理劑。

早晚兩季均采用ME土壤調理劑，根據示范農田污染程度，施加量為3 000 kg/hm2。實施人員在撒施時將該產品均勻撒在農田里，然后翻耕混合，放置3～5 d，使產品與土壤充分反應。在撒施過程中實施人員均佩戴口罩、手套，防止粉塵的吸入。

1.4.5 噴施葉面阻控劑。

早晚稻采用降鎘靈葉面阻控劑，選用人工噴霧，實施人員選擇晴天進行噴施，每次用量為3 750 mL/hm2，對水1 500 L進行噴施。噴施過程均勻噴施，將葉面阻控劑均勻噴施于葉面的正面和背面，噴施過程先上后下，中速均勻，以水稻葉面濕潤、不滴液為宜。

1.5 樣品采集與分析

1.5.1 樣品采集。

按照隨機布點法進行布點采樣，在犁田前采集土壤樣品，測定其理化性質;水稻原始期（采用VIP+n技術前）、分蘗期、成熟期采集土壤和植物樣品。示范項目按照約每0.67 hm2采集一個混合樣品，空白對照采集一個混合樣品。土樣取0～20 cm耕作層混合樣，稻谷樣品與土樣均采用5點法“一對一”進行采集。將采集的土壤自然風干后分別過100目和20目篩備用。稻谷樣品于105 ℃下殺青30 min，然后在70 ℃下烘干，研磨過40目篩備用。土壤檢測指標為pH、土壤有效態鎘、土壤有機質含量;稻米檢測指標為全鎘。

1.5.2 樣品分析。

土壤pH采用便攜式pH計（Sevn2GoS2pH/Mv）現場進行測定，土壤陽離子交換量、堿解氮、有機質含量、速效鉀、有效磷等理化性質均采用《土壤農化分析與環境監測》中的方法進行分析[12];土壤有效態鎘采用鹽酸（0.1 mol/L）提取法[10]進行提取后，采用石墨爐-原子吸收分光光度計（AS-500）測定;土壤總鎘采用HF-HClO4-HNO3消解后，用火焰-原子熒光光譜儀（AA-7003）測定。

稻米鎘含量：水稻籽粒去殼后研磨，過40目篩，稱取0.5 g樣品，采用《食品中鎘的測定》GB 5009.15—2014預處理后采用石墨爐-原子吸收分光光度計（AS-500）測定。

水稻產量：采用人工稱重法進行測定。

1.6 數據分析 數據處理、相關分析及圖表由Microsoft excel 2019繪制。

2 結果與分析

2.1 VIP+n技術對農田土壤pH的影響

在采用VIP+n技術前（以下稱原始期），土壤pH為4.83～5.9。采用VIP+n技術后，早稻水稻分蘗期土壤pH為5.49～7.96，與原始期比較，1～10號取樣點土壤pH明顯增加（增加幅度為1.45～313）;水稻成熟期土壤pH 為5.67～7.20，與原始期比較，增加幅度為0.98～2.31，但與分蘗期比較，1～10號取樣點土壤pH除6號取樣點外均有所降低。晚稻水稻分蘗期土壤pH為553～7.76，與原始期比較，1～10號取樣點土壤pH增加幅度為1.74～2.61;水稻成熟期土壤pH為5.47～7.91，1～10號取樣點土壤pH增加幅度為1.87～2.93。然而，早晚稻空白取樣點不同時期的pH變化不大。此外，晚稻分蘗期和成熟期的土壤pH比早稻分蘗期和成熟期的土壤pH均高（圖2）。

這是由于該研究為酸性鎘污染農田，VIP+n技術中有撒施生石灰和土壤調理劑等措施，生石灰和土壤調理劑均呈堿性。早稻中，生石灰撒施量為2 250 kg/hm2，土壤調理劑撒施量為3 000 kg/hm2;晚稻中，繼續施加土壤調理劑3 000 kg/hm2，因此采用VIP+n技術后農田土壤中pH均明顯提高，而且晚稻土壤pH大部分大于早稻pH。該研究pH均為不同時期現場進行測定，因此更能準確地反映該技術對現場農田土壤pH的影響程度。

2.2 VIP+n技術對土壤有效態鎘含量的影響

土壤中有效態鎘含量較低，為輕度鎘污染農田。采用VIP+n管控模式后，1～10號取樣點土壤有效態鎘含量明顯降低。與空白對照比較，早稻分蘗期土壤有效態鎘降低幅度為44.5%～75.05%，早稻成熟期土壤有效態鎘降低幅度為61.86%～81.33%;晚稻分蘗期土壤有效態鎘降低幅度為46.6%～6867%，晚稻成熟期土壤有效態鎘降低幅度為61.86%～8124%。早晚稻空白取樣點不同時期的土壤有效態鎘含量稍降低，但變化不大。這可能是由于撒施生石灰、土壤調理劑增加了農田土壤pH，降低了土壤有效態鎘含量，這與文獻報道一致[13-15]（圖3）。

2.3 VIP+n技術對水稻稻米鎘含量的影響

采用VIP+n技術后水稻稻米中鎘含量的變化見圖4。由圖4可知，空白對照中早晚稻稻米中鎘含量分別為0.23、0.28? mg/kg，均超過了我國《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所規定的大米鎘限值0.2? mg/kg，長期食用鎘大米將會對人體產生一定的健康風險。采用VIP+n技術后，各采樣點稻米鎘含量均明顯降低，全部達到《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所規定的大米鎘限值0.2? mg/kg，其中早稻稻米鎘的降幅為63.8%～97.8%，晚稻稻米鎘的降幅為75%～92.9%。這可能是由于以下幾方面的原因：①添加了生石灰和土壤調理劑降低了土壤有效態鎘含量，從而減少了稻米對土壤有效態鎘的吸收[14，16-18];②淹水灌溉可以有效調控土壤Cd活性進而降低水稻對Cd的吸收[19-22];③噴施了葉面阻控劑，降低了水稻對鎘的轉運能力從而降低了稻米中鎘含量[23-26];④低累積水稻品種的“高耐性、低富集”特點也是降低稻米中鎘的一個原因[27]。

2.4 VIP+n技術對土壤中有機質含量的影響

采用VIP+n技術后土壤中有機質含量的變化見圖5。由圖5可知，空白對照土壤中的有機質在不同時期基本保持一致，而采用VIP+n技術后的大部分取樣點有機質含量在水稻分蘗期有所增加，在成熟期又有所減少，無明顯變化規律。這可能是施加生石灰和土壤調理劑對農田土壤中的有機質會產生一定的影響，但影響不大[28-29]。不同時期有機質含量可能還與水稻的生長吸收有一定的關系。

2.5 VIP+n技術對水稻產量的影響

采用VIP+n技術后早晚稻產量見表2。由表2可知，與空白對照比較，采用VIP+n技術后早稻增產3%，晚稻增產5.7%。采用VIP+n技術后對水稻產量未造成減產影響，且有一定的增產效果。這是由于ME土壤調理劑含有Si、Ca、Mg、Fe、K等，能改善土壤肥力，在合適的添加量范圍內添加能促進水稻生長，增加水稻產量[30-31]。

3 結論

該研究采用的VIP+n修復技術操作相對簡便，不影響傳統耕作模式，能降低鎘污染酸性農田種植水稻鎘含量，種植示范區水稻稻米中的鎘含量均達到我國《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所規定的大米鎘限值0.2? mg/kg，同時水稻產量有所增加;施加生石灰和土壤調理劑能提高酸性農田土壤pH，緩解土壤酸化，同時降低土壤中有效態鎘含量，且對土壤有機質含量不產生明顯影響。從經濟成本考慮，建議種植低鎘品種和淹水灌溉措施由農戶自行實施，土壤調理劑施加量根據土壤性質和污染程度進行實施，確保經濟效益的最大化。

參考文獻

[1]馬劍宇，趙佐平，閔鎖田.不同土壤重金屬污染評價方法對比研究[J].現代農業科技，2016（13）：223-225.

[2] 唐為庫.我國耕地資源可持續利用的戰略意義[J].山西高等學校社會科學學報，2006，18（7）：27-29.

[3] 喬曉娜.耕地資源減少的原因及合理利用對策[J].現代農業科技，2013（21）：348，351.

[4] 任笑媛.強化我國耕地質量建設的對策研究[J].安徽農學通報，2012，18（22）：5-6，67.

[5] 宋才發，向葉生.我國耕地土壤污染防治的法律問題探討[J].中央民族大學學報（哲學社會科學版），2014，41（6）：28-32.

[6] 周營.我國耕地保護面臨的嚴峻形勢和政策性建議[J].西部資源，2018（3）：190-191.

[7] 中華人民共和國環境保護板，中華人民共和國國土資源部.全國土壤污染狀況調查公報[R].2014.

[8] 胡小娜，南忠仁，劉曉文，等.干旱區綠洲土壤鎘-鋅-鉛復合污染物在芹菜中的富集遷移規律[J].干旱地區農業研究，2009，27（4）：163-166.

[9] 葉文玲，郭貴鳳，何志樂，等.降低稻米中鎘富集的農作技術及生物技術研究進展[J].環境科學與技術，2017（S1）：145-149.

[10] 朱丹妹.幾種鈍化材料對稻田鎘污染修復效果及其對土壤質量的影響[D].北京：中國農業科學院，2017.

[11] 李劍睿.農藝措施聯合鈍化技術對水稻土鎘污染修復效應研究[D].北京：中國農業科學院，2015.

[12] 楊劍虹，王成林，代享林.土壤農化分析與環境監測[M].北京：中國大地出版社，2008.

[13] 劉昭兵，紀雄輝，田發祥，等.石灰氮對鎘污染土壤中鎘生物有效性的影響[J].生態環境學報，2011，20（10）：1513-1517.

[14] 劉錚翔，田發祥，紀雄輝，等.活化改性礦物基土壤調理劑的研發及產業化：（Ⅴ）污染稻田修復過程中對土壤有效態鎘的影響[J].中國高新科技，2018（12）：10-14.

[15] 李超，艾紹英，唐明燈，等.礦物調理劑對稻田土壤鎘形態和水稻鎘吸收的影響[J].中國農業科學，2018，51（11）：2143-2154.

[16] 張振興，紀雄輝，謝運河，等.水稻不同生育期施用生石灰對稻米鎘含量的影響[J].農業環境科學學報，2016，35（10）：1867-1872.

[17] 鐘楚彬，紀雄輝，謝運河，等.納米礦物基土壤調理劑對水稻的降鎘效果[J].湖南農業科學，2018（3）：45-48.

[18] 李心，林大松，劉巖，等.不同土壤調理劑對鎘污染水稻田控鎘效應研究[J].農業環境科學學報，2018，37（7）：1511-1520.

[19] 李鵬.水分管理對不同積累特性水稻鎘吸收轉運的影響研究[D].南京：南京農業大學，2011.

[20] 史磊，郭朝暉，梁芳，等.水分管理和施用石灰對水稻鎘吸收與運移的影響[J].農業工程學報，2017，33（24）：111-117.

[21] 呂銀斐.不同水分管理方式對水稻鎘積累的影響[D].貴陽：貴州大學，2015.

[22] 陳江民，楊永杰，黃奇娜，等.持續淹水對水稻鎘吸收的影響及其調控機理[J].中國農業科學，2017，50（17）：3300-3310.

[23] 沙樂樂.水稻鎘污染防控鈍化劑和葉面阻控劑的研究與應用[D].武漢：華中農業大學，2015.

[24] 李伯平.葉面阻控劑與土壤調理劑對稻米降鎘效果研究[J].湖南農業科學，2016（9）：30-32.

[25] 鄧述東，龔浩如，陶曙華，等.順天降鎘劑對降低稻米中鎘含量的效果研究[J].湖南農業科學，2017（2）：43-44，48.

[26] 劉永賢，潘麗萍，黃雁飛，等.外源噴施硒與硅對水稻籽粒鎘累積的影響[J].西南農業學報，2017，30（7）：1588-1592.

[27] 邵國勝.水稻鎘耐性和積累的基因型差異與機理研究[D].杭州：浙江大學，2005.

[28] 陳德西，何忠全，郭云建，等.不同土壤調理劑對韭菜酸性土壤的改良效果[J].西南農業學報，2012，25（5）：1751-1755.

[29] 周紅梅，孫薊鋒，段成鼎.5種土壤調理劑對大蒜田土壤理化性質和大蒜產量的影響[J].中國園藝文摘，2016（1）：227.

[30] 賴長鴻，陳澤恩，謝敏杰，等.土壤調理劑對土壤環境和作物產量的影響[J].磷肥與復肥，2018（1）：23-25，46.

[31] 王興仁.科學使用土壤調理劑改善土壤肥力[J].果農之友，2011（7）：35.