不同鈍化劑對輕度鎘污染農田水稻吸附的鈍化修復作用

馬嬋華

摘要 添加鈍化劑是修復重金屬污染土壤的有效方法之一。通過在成都平原的水稻輕度Cd污染農田進行田間試驗，選取石灰、生物炭、生物有機肥3種鈍化劑，探討輕度Cd污染農田土壤原位鈍化修復技術效果。結果表明，向農田土壤中施加石灰、生物炭、生物有機肥等鈍化劑可以在一定程度上降低作物籽粒中Cd含量。單一石灰處理、生物炭配施石灰處理以及生物有機肥配施石灰處理可以使水稻常規修復試驗中水稻籽粒中Cd含量降低8.85%～29.62%。由此可見，向農田土壤中施加鈍化劑可以在一定程度上降低作物籽粒中Cd含量。

關鍵詞 農田土壤污染;重金屬鎘污染;鈍化劑;吸附;鈍化;修復

中圖分類號 X53? 文獻標識碼 A? 文章編號 0517-6611（2021）02-0046-02

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.02.014

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Passivation and Remediation Effects of Different Passivation Agents on the Adsorption of Lightly CadmiumContaminated Farmland Rice

MA Chanhua

（Sichuan Institute of Nuclear Geology，Chengdu，Sichuan 610052）

Abstract Adding passivation agent is one of the effective methods to repair heavy metal contaminated soil.In this paper， field experiments were carried out on lightly Cd contaminated rice fields in Chengdu Plain， and three passivation agents， including lime， biochar and bioorganic fertilizer， were selected to investigate the technical effects of insitu passivation remediation of soil in lightly Cd contaminated farmland.The results showed that adding passivation agents such as lime， biochar and bioorganic fertilizer to the farmland soil could reduce the content of Cd in grain. Single lime treatment， biochar combined with lime treatment and bioorganic fertilizer combined with lime treatment could reduce the Cd content of rice grains by 8.85%-29.62% respectively in conventional rice restoration experiments.Therefore， it can be concluded that applying passivation agent to farmland soil can reduce Cd content of crops to some extent.

Key words Soil pollution in farmland;Heavy metal cadmium pollution;Passivation agent;Adsorption;Passivation;Remediation

土壤是人類生存發展必不可少的自然資源，是農業生產的物質基礎，與人類的生存發展和環境息息相關。隨著社會經濟的快速發展，土壤污染日益嚴重。進入到土壤系統的重金屬Cd，可以通過食物鏈最終富集到人體，從而產生危害[1]。人體積累少量的Cd便可能引發嚴重的癥狀，長期食用Cd超標的食物會富集在肝臟、腎臟和骨骼中，造成各種不同程度的損傷，危害人類健康[2]。聯合國環境規劃署將Cd列為12種全球性意義的危險化學物質中的首位。因而采取有效的措施治理農田土壤重金屬污染尤其是 Cd 的污染，開展重金屬污染土壤修復研究，特別是鈍化修復技術研究顯得尤為迫切[3]。

成都平原氣候溫和，土地肥沃，是我國重要的糧食產區，也是全國重要的商品糧、油生產基地。根據2014年《四川省土壤污染狀況調查公報》顯示，四川耕地土壤點位超標率高達34.3%，Cd點位超標率為20.8%。研究表明，Cd、Pb、Hg是成都平原土壤重金屬的主要污染物;同時成都郊區土壤Cd超過《土壤環境質量標準》（GB 15618—1995）中的二級標準，總體處于中等程度潛在生態風險，土壤重金屬污染形勢嚴峻。因此，探討成都平原Cd 污染農田土壤的修復具有重要的意義。

該研究于2018年4—10月在成都平原地區的稻田輕度Cd污染農田水稻進行田間跟蹤小區試驗，選取石灰、生物炭、生物有機肥3種鈍化劑進行輕度Cd污染農田土壤原位鈍化修復效果的研究[4]，以篩選出適合大田的輕度Cd污染農田水稻吸附鈍化修復技術，從而為成都平原地區重金屬污染土壤的治理與修復提供科學依據[5]。

1 材料與方法

1.1 材料

該研究中所需材料為17-17-17復合肥、生物炭、石灰、尿素（總氮≥46.0%）、水稻種。水稻季常規修復試驗供試水稻品種為深兩優1813。供試鈍化劑的基本性質見表1。

1.2 試驗處理方法

在研究區輕度Cd污染農田土壤開展石灰、生物炭以及生物有機肥等不同鈍化劑對Cd的修復研究。試驗共設置4個處理，各個處理組鈍化劑的用量如下：

①處理1，不施鈍化劑處理;

②處理2，單一石灰處理，施用石灰用量1 050 kg/hm2;

③處理3，石灰與生物炭配合處理，先施加1 050 kg/hm2石灰，待7 d后，再施加3 000 kg/hm2生物炭;④處理4，石灰與生物有機肥配合處理，先施加1 050 kg/hm2石灰，待7 d后，再施用3 000 kg/hm2生物有機肥。

每個處理小組進行3次重復設置，合計15個試驗小區，小區進行隨機排列，保證試驗效果。每個小區為20 m2，每個試驗小區之間用塑料薄膜覆蓋，防止試驗期間各小區之間產生串水現象。

1.3 試驗操作步驟

試驗田地于5月20日進行施肥處理，6月5日進行水稻栽種，10月收獲。種植期間均采用清水，確保滿足農田灌溉用水要求。根據當地種植模式將鈍化劑與肥料施加到各試驗小區，進行土壤翻耕混勻。

水稻收割后，將作物樣本以及樣品對應的重金屬污染土壤送到檢測中心進行監測分析，對作物和土壤中重金屬鎘的含量進行測定，以便研究不同處理組、不同鈍化劑方式下土壤以及水稻對重金屬鎘元素的吸收能力。

測試項目：鎘含量;測試設備：ICP-OES;測試依據：DB53/T 288—2009 食品中鎘等18種元素的測定。

1.4 數據統計分析

采用Excel 2010軟件進行數據統計、處理與分析。

2 結果與分析

針對不同鈍化劑處理對作物籽粒中Cd 含量的影響進行分析，根據各小區采集的水稻成熟期水稻樣品中Cd 含量測定結果，得出水稻在不同鈍化劑及其組合處理下水稻籽粒中Cd 含量（圖1）。從圖1可以看出，在此次修復試驗中，水稻籽粒中Cd含量為0.18～0.26 mg/kg，將使用鈍化劑的樣品與未使用的樣品進行對比分析，3種鈍化劑處理模式均可降低水稻籽粒中Cd含量，降低幅度為8.85%～29.62%，其中石灰與生物炭配合處理模式以及石灰與生物有機肥配合處理模式下的水稻籽粒中Cd含量與不添加鈍化劑模式相比降低效果明顯，同時鈍化劑配合使用模式下的水稻籽粒中Cd含量比單一石灰處理下的水稻籽粒中Cd含量也有顯著降低。其中石灰與生物炭配合處理模式下的水稻籽粒中Cd含量的降低效果最好，水稻籽粒中Cd含量降為0.18 mg/kg，與不加鈍化劑模式相比降低了29.62%。但是從圖1還可以看出，有些經過原位鈍化修復處理后的水稻籽粒中Cd含量仍然較高，除了水稻籽粒中Cd含量最低的石灰與生物炭配合處理模式降低至0.18 mg/kg，其他樣品均超過了國家食品安全衛生標準 GB 2762—2012《食品安全標準》所規定的食品中Cd限量指標的要求（糙米中Cd含量不高于0.2 mg/kg）[6]。

石灰、生物炭以及生物有機肥等鈍化劑主要是通過降低土壤中Cd的生物有效性，減少作物對土壤中Cd的吸收，從而降低水稻籽粒Cd含量。

3 結論與討論

該研究通過在成都平原輕度Cd 污染農田進行水稻種植田間試驗，選取石灰、生物炭、生物有機肥3種鈍化劑進行輕度Cd污染農田土壤原位鈍化修復效果的研究，根據田間小區試驗的結果，得出以下結論：向農田土壤中施加鈍化劑可以在一定程度上降低作物籽粒中Cd含量，單一石灰處理、生物炭配施石灰處理以及生物有機肥配施石灰處理可以使水稻季常規修復試驗中水稻籽粒中Cd含量降低8.85%～29.62%。3種處理中生物炭配施石灰處理效果最好[7]。

鈍化劑對重金屬污染土壤的修復效果往往受到重金屬離子的種類、土壤類型、作物類型及環境因子的制約，不同鈍化劑的修復效果差異也很大，有些鈍化劑在土壤重金屬污染修復中還存在著一些爭議[8]。因此，除了需要更深入系統地研究鈍化劑對重金屬污染修復機理，在現有研究工作的基礎上，還需要借鑒關于土壤鈍化劑的最新研究成果，篩選出一些經濟成本低、有效性強、穩定性高且對環境友好的土壤鈍化劑，這也是土壤鈍化劑研究的發展方向之一[9]。

研究重金屬在土壤環境中的遷移轉化是評估鈍化劑原位修復效果最為有效的方法之一。重金屬在土壤中的遷移轉化不僅涉及以形態轉化為主要方式的化學遷移，還涉及生物遷移過程，因此，還需要考慮鈍化劑施用對生物遷移的影響。增加試驗可以對鈍化劑的重金屬污染土壤修復效果進行補充說明，更好地揭示鈍化劑對重金屬原位固定機理[10]。

參考文獻

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