耕地重金属污染防治技术试验分析

谭斯坦　朱安繁　夏文建

摘 要：土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，当其积累到一定程度后爆发出来时，不但会破坏土壤理化性状，恶化水文环境，导致农作物生长失调，使粮食减产；更会通过食物链富集到农作物、水产品及畜产品中进入人体，诱发高危疾病，直接危害人类身体健康。因此，加强对土壤重金属污染的防范与治理工作刻不容缓。

关键词：耕地重金属；污染防治项目；试验分析

中图分类号：F301.21 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20160923001

引言

土壤是农业生产的基础，是广大农民的生存之本，是经济活动中最基本的生产要素。然而随着南昌市工业的发展和城镇化进程的不断加快，工业“三废”、机动车尾气、污水灌溉和农药、除草剂、化肥等的使用严重污染了土壤，尤其是城郊农业区重金属污染问题更为突出。为此，南昌市启动了耕地重金属污染防治项目，通过试验示范，筛选出经济高效的重金属污染治理技术，保证农产品质量安全，保障农民种植效益。

1 试验设计

耕地重金属污染主要来源包括工业污染物排放、土壤酸化导致重金属活性增加、不合格农业投入品（农药农膜化肥等）的使用等因素，针对以上因素分别制定：生物源石灰调酸、土壤改良剂使用（包括秸秆、草木灰、厩肥、微生物肥、磷灰石等）、土壤吸附剂应用、植物修复、农业生态修复等5种试验，比较其对重金属污染的治理效果，筛选经济有效、适宜推广的方式。

1.1 生物源石灰试验

本试验选用生物源石灰，是由贝壳等进行加工而成的石灰，既适用于南方酸性土壤的改良和农作物钙质补充，同时又避免了矿物源石灰可能导致的土壤板结等问题。试验设置4个处理，分别为1水平（30kg/667m2）、2水平（40kg/667m2）、3水平（50kg/667m2）和空白对照，处理小区面积一般为50m2。

1.2 土壤改良剂修复试验

土壤改良剂有着操作简便、投入较低的优势，它能改变土壤中重金属形态，可以降低其释放性，减少作物对重金属的吸收。试验设置6个小区，分别为1处理（施用秸秆小区）、2处理（施用草木灰小区）、3处理（施用厩肥小区）、4处理（施用微生物肥小区）、5处理（施用磷灰石小区）和空白对比小区，处理小区面积一般为50m2。

1.3 土壤吸附剂修复试验

土壤重金属吸附剂能够吸附固定土壤中的重金属离子，降低其活性，减轻污染危害。本试验选用的是膨润土进行修复，该物质为层状铝硅酸盐，具有较强的吸附性和阳离子交换容量，可以通过孔道吸附、表面吸附和层间阳离子交换作用等多种方式吸附土壤中的重金属离子。试验设施用区和空白区2个处理，在施用区每667m2施150kg膨润土（按60g/kg用量，20cm耕层的壤土地耕层土壤亩重量约150000kg），空白区不施用膨润土，处理小区面积一般为50m2。膨润土施用时间为下基肥前，于耕地翻耕的同时一起翻耕进土壤。

1.4 植物修复试验

某些特殊植物能忍耐并在体内超量积累重金属，通过在发生了重金属污染的土壤上种植该类植物，能起到吸附、去除土壤中重金属的作用。本试验采用东南景天作为修复植物，试验设种植区、空白区2个处理，种植区种植东南景天，空白区种植常规农作物，处理小区面积一般为50m2。通过对种植前后同小区以及不同小区土壤重金属含量对比，掌握东南景天修复耕地重金属污染的可行性。

1.5 农业生态修复试验

农业生态修复主要是指应用农艺修复措施，包括调整施肥结构、少施酸性肥料、降低含重金属的农药用量、改善作物品种等措施。本试验通过应用测土配方施肥、减少农药用量等方式，在土壤上开展修复试验。试验设4个处理，分别为：P处理（测土配方施肥并且不施农药）、PN处理（测土配方施肥并且施农药）、C处理（常规施肥并且不施农药）、正常处理（常规施肥并且施农药）。处理小区面积一般为50m2。通过不同农艺措施小区耕作前后土壤、农作物中重金属含量的对比，探讨农业生态修复重金属污染的可行性。

2 取样检测

本项工作包括试验示范田土壤样品及农作物样品的采集与检测工作，所涉及的技术操作步骤均参照中华人民共和国农业行业标准中NY/T1121系列相关标准执行。

2.1 采样准备

采样人员要具有一定采样经验，熟悉采样方法和要求，了解采样区域农业生产情况。由于重金属污染指标检出限低，为确保样品不受污染采样前要准备好制定采样工具（304不锈钢或木制）、采样袋（布袋或尼龙网袋）、采样标签等。

2.2 采样范围及时间

试验示范点土壤及农作物样品均在试验小区内取样，土壤样品采集时间为早稻或中稻试验示范开展前（整地施基肥前）1次，试验示范结束后（农作物收割后）1次；农作物样品采集时间为试验示范结束收割测产时。

2.3 采样部分及方式

土壤样品主要采集耕作层樣品，统一采样深度为25cm，每个采样点的取土深度和采样量均匀一致，农作物样品采集水稻的稻穗部分，采样时沿着一定的线路，按照“随机”、“等量”和“多点混合”的原则进行采样。

2.4 样品检测

样品采集完成后自然阴干，随后送有资质的检测机构进行检测。样品检测工作按照国家标准方法执行，土壤检测指标为：铅、汞、镉、铬、砷、pH值等；农作物检测指标为铅、汞、镉、砷、水分等。

3 试验结果分析

3.1 不同处理试验前后土壤重金属含量及pH值对比

3.1.1 石灰（调酸）试验

与试验前和空白区土样检测结果相比，各石灰处理土壤pH值均明显升高，重金属含量有所下降，其中石灰用量30kg/667m2处理中土壤铅、砷含量最低，40kg/667m2处理镉、铬含量最低，50kg/667m2处汞含量最低，土壤pH 值提升幅度最大为40kg/667m2处理，pH值较试验前增加了8.3%，较空白区增加了5.02%。由结果判断，40kg/667m2石灰处理综合效果最好。

3.1.2 改良剂、吸附剂（外源添加物）试验

与试验前和空白区土样检测结果相比，除空白区对比微生物肥外，各处理pH值均有所提升，提升幅度最大的为秸秆处理，增幅分别为5.63%和2.4%；镉含量降幅最大的为秸秆处理，降幅分别为22.64%和27.65%；铅含量降幅最大的为秸秆处理，降幅分别为39.25%和23.76%；砷含量降幅最大的为膨润土处理，降幅分别为39.33%和34.85%；铬含量降幅最大的为厩肥处理，降幅分别为37.97%和4.55%，汞含量仅膨润土处理下降，降幅分别为3.49%和3.71%。由结果判断，秸秆处理综合效果最好。

3.1.3 生态修复（农艺措施）试验

与试验前和空白区土样检测结果相比，除空白区对比常规施肥（不用农药）处理外，各处理pH值均有所提升，提升幅度最大的为施配方肥（不用农药）处理，增幅分别为6.98%和3.71%；镉含量降幅最大的为施配方肥（不用农药）处理，降幅分别为16.35%和21.76%；铅含量降幅最大的为施配方肥（不用农药）处理，降幅分别为29.78%和11.88%；铬含量降幅最大的为施配方肥（不用农药）处理，降幅分别为50.84%和24.35%；砷含量降幅最大的为施配方肥（农药）处理，降幅分别为9.11%和2.41%。由结果判断，施配方肥（不用农药）处理综合效果最好。

3.1.4 生物修复试验

采用东南景天进行的生物修复试验，土壤pH值与试验前和空白区检测结果相比均有提升，而汞、镉、铅、砷、铬5项重金属指标含量全部下降，虽然下降幅度与其它处理相比不是最大，但其它处理检测结果中或多或少都存在某几项重金属元素含量增加的现象，因此在不考虑试验外因素的情况下，生物修复试验在土壤重金属污染防治上的效果最为良好。

3.2 不同处理下水稻重金属含量及产量对比

3.2.1 重金属含量对比

水稻重金属检测基本情况为汞、镉含量未超标，铅、砷、铬含量超标。其中汞含量最低的为施配方肥（农药）处理，镉含量最低为微生物肥处理，铅含量最低为秸秆处理，砷含量最低为膨润土处理，铬含量最低为空白处理。各试验处理之间数据未见明显规律，综合比较则是石灰（40kg/667m2）、微生物肥、常规施肥（不用农药）等处理平均含量偏低。

3.2.2 产量对比

从产量来看，土壤改良剂试验各处理平均产量均在480kg/667m2以上，其中产量最高的为草木灰处理，达到了506.13kg/667m2；石灰试验中最高的为石灰（40kg/667m2）处理，产量482.43kg/667m2；生态修复试验中最高的为施配方肥（农药）处理，产量470.58kg/667m2。

4 综合分析

4.1 检测数据对比

根据试验前后各处理土壤pH值、重金属含量检测结果，水稻重金属含量检测以及产量测算结果，综合分析如下：由土壤检测结果来看，石灰（调酸）试验中石灰（40kg/667m2）效果最好，改良剂、吸附剂（外源添加物）试验中秸秆处理效果最好，生态修复（农艺措施）试验中施配方肥（不用农药）处理效果最好，全方面综合效果最好的为植物修复（东南景天）试验；由水稻检测结果来看，石灰（40kg/667m2）、微生物肥、常规施肥（不用农药）等处理效果较好；由水稻测产结果来看，改良剂试验全处理（秸秆、草木灰、厩肥、微生物肥、磷灰石），石灰（40kg/667m2）处理和施配方肥（农药）处理效果较好。

4.2 各项措施优劣性

4.2.1 植物修复

采用种植东南景天的植物修复方式能在提高土壤pH值的同时全方面降低耕地各项重金属元素含量，在本次试验中效果最好，但种植东南景天成本较高，每667m2均用种成本就在5000元以上，而且种植过程中当季农田不能收获，无法产生经济效益。此外在试验中还发现，由于南昌市主要农作物为水稻，东南景天生长需要通风透气环境，在水田中长势欠佳。综合经济、操作等方面因素，不建议在南昌市采用植物（东南景天）修复方式进行耕地重金属污染防治。

4.2.2 土壤调酸（石灰）

通过提高土壤pH值，能降低土壤中重金属元素的活性，使其钝化难以被作物吸收，此外石灰还有杀虫杀菌、疏松土壤等作用，每667m2均投入不高（矿物质石灰20～30元/667m2、生物源石灰50～70元/667m2，本试验采用生物源石灰），操作简便，对作物增产也有一定帮助。建议在南昌市采用石灰（40kg/667m2）处理进行耕地重金属污染防治。

4.2.3 改良剂、吸附剂（外源添加物）

使用改良剂、吸附剂的作用都是改变重金属形态、降低作物吸收，此外改良剂还能起到改善耕地理化性状、平衡肥力等作用。根据所用物资的不同，其成本也各有差异，各处理中秸秆、草木灰、厩肥、磷灰石、膨润土等成本均不高（每667m2均0～20元），微生物肥亩均成本较难控制（每667m2均50～1000元），此外使用磷灰石、膨潤土等还要担心产生二次污染，建议在南昌市推广秸秆（前季秸秆腐熟还田）处理进行耕地重金属污染防治。

4.2.4 农艺措施

通过科学合理使用化肥、农药等农业投入品，降低重金属污染危害。采用施用配方肥、不施农药等措施均能有效遏制土壤及水稻中重金属污染，但不施农药的处理受病虫害影响，水稻产量只有300kg/667m2左右，无法保证农业产出和农民收入。为此，需要深入推广测土配方施肥技术、绿色病虫害防控技术，在防治重金属污染的同时确保大田产量。

5 结论与建议

由于耕地重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点，一旦爆发危害极大。因此，建议参照耕地土壤普查结果，结合“粮油绿色高产创建”、“耕地质量保护与提升”等项目，在污染较严重的地区开展土壤调酸（石灰）以及秸秆腐熟还田工作，在全市范围内推广测土配方施肥、统防统治、绿色植保等先进农业科学技术，消除重金属污染隐患，确保农产品质量安全、人民群众身体健康，促进南昌市农业可持续性发展。