VIP+n技术对重金属污染土壤和稻谷降镉效果研究

谢敏+黎良平+戴典

摘要：早稻以中早39和株两优819为供试品种，晚稻以H优518和金优59为供试品种，在浏阳市北盛镇以镉为主的重金属污染土壤大田里，研究了VIP+n修复技术对土壤和大米的降镉效果。结果表明：VIP+n修复技术对土壤的降镉作用不明显，对稻谷的降镉作用效果显著，是否使用低镉水稻品种无显著差异。在早稻谷降镉表现中，T4、T5、T6、T8、T10处理的降镉效果达极显著水平；在晚稻谷降镉表现中，T6、T8处理降镉效果达到极显著水平。结论：在早稻生产中，施用生石灰可极显著降低稻谷总镉含量；在晚稻生产中，“IP”和“VIP+土壤调理剂”处理，可极显著降低稻谷总镉含量。

关键词：重金属；污染；土壤；稻谷；VIP+n技术

中图分类号： X53 文献标识码： A DOI编号： 10.14025/j.cnki.jlny.2017.08.034

湖南省是我国重要的重金属矿区之一，含有种类繁多的重金属[1]，由于重金属会干扰植物的正常生长[2-5]，重金属土壤污染越来越为人们关注。为了降低土壤重金属污染程度，改善土壤质量，确保农产品的品质安全和产量，湖南省农业资源与环境保护管理站牵头，湖南农业大学、中国亚热带研究所等科研单位共同参与，研究降低土壤和农产品（主要为水稻）以镉为主要重金属含量的方法，以VIP+n修复技术为主要研究方法，探索具有最佳修复效果的组合，以期为降低湖南省重金属污染土壤镉含量和提高农产品安全性提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 供试品种和试验用地

试验品种：早稻为：中早39和株两优819。晚稻为：H优518和金优59（其中，株两优819和金优59为湖南省农委聘请专家推介的低镉吸附水稻品种）；供试基地：在北盛镇马站村，大田面积为900平方米，基础土样重金属镉背景值为0.30毫克/公斤。大田分为面积相等的30个小区，每个小区为6米×5米的规格。共有T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10十个不同的处理，每个处理重复三次。

1.2 试验设计

将T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7、T8、T9、T10随即排序在大田试验小区内，如表1-1所示。处理内容如表1-2所示。

1.3 试验方法

电感耦合等离子体质谱（ICP -MS）分析方法具备精密度高、简便快速、干扰少、线性范围宽、可多元素同时分析等特点[6-7]，在准确度和精密度达到检测要求的同时，能大大提高分析效率。本文采用 ICP-MS 法测定了土壤和大米中重金属Cr、Cu、Zn、Cd、Pb 元素含量[8]，本文只对Cd含量进行了分析。

2 结果与分析

2.1 VIP+n对早稻土壤有效态镉含量的影响

由表2-1可知，T1至T10处理的土壤含镉量无显著性差异，说明该十项修复技术对早稻土壤有效态镉含量降低作用不显著。

2.2 VIP+n对早稻谷总镉含量的影响

由表2-2可知，T4至T10处理与对照组相比，镉含量显著降低，T2和T3处理与对照组相比无显著差异，说明只使用低镉吸附水稻品种或者只进行水分管理，都不能降低早稻谷重金属镉含量；撒生石灰、使用低镉吸附水稻品种和撒石灰、使用水分管理和撒生石灰、使用低镉吸附水稻品种和撒生石灰的同时，进行水分管理、三项操作（撒生石灰、进行水分管理、使用低镉吸附水稻品种，以下简称三项），并分别配备土壤调理剂、叶面阻控剂和有机肥，都可使早稻谷含镉量极显著降低，且低于国家标准。

2.3 VIP+n对晚稻土壤有效态镉含量的影响

由表2-3可知，T1至T10处理的土壤含镉量无显著性差异，说明该十项修复技术对晚稻土壤有效态镉含量降低作用不显著。

2.4 VIP+n对晚稻谷总镉含量的影响

由表2-4可知，T5至T10与对照组相比，镉含量显著降低，其中，T6和T8呈极显著差异水平，T2至T4与对照组相比无显著差异。说明只使用低镉吸附水稻品种、单独进行水分管理或者单独进行撒生石灰，都不能降低晚稻谷重金属镉含量；使用低镉吸附水稻品种和撒石灰、使用水分管理和撒石灰、使用低镉吸附水稻品种和撒石灰的同时，进行水分管理、三项并分别配备土壤调理剂、叶面阻控剂和有机肥，都可使晚稻谷含镉量显著降低，其中，使用水分管理和撒石灰、三项同时配备土壤调理剂可极显著降低晚稻谷镉含量标准，并远远低于国家标准。

3 结论

镉是一种重金属元素，在冶金、塑料、电子等行业非常重 要， 但会对人体产生危害。湖南镉大米事件对湖南大米的形象产生了严重的损害，目前，我省越来越重视修复治理重金属污染对稻谷和耕地土壤的影响，以期降低稻谷和土壤镉含量，特别是稻谷镉的含量，消除镉对人体的危害。人们长期使用镉大米会引起神经痛、骨痛等病痛，到了病患后期，甚至出现骨骼软化、萎缩、脊柱变形等现象。

本试验用不同的处理方式，降低土壤和稻谷镉含量，以期探索最佳的處理方式。试验表明：十种处理方式对土壤含镉量的降低效果不显著；在早稻谷降镉中，T4撒生石灰、T5低镉吸附水稻品种和撒石灰、T6水分管理和撒生石灰、T7低镉吸附水稻品种和撒生石灰的同时，进行水分管理、T8三项配备土壤调理剂、T9三项配合叶面阻控剂、T10三项配合有机肥，都可使早稻谷含镉量极显著降低，可见撒生石灰对早稻谷含镉量的降低有显著的促进作用；在晚稻谷降镉中，T5低镉吸附水稻品种和撒石灰、T6水分管理和撒石灰、T8低镉吸附水稻品种和撒石灰的同时，进行水分管理、T8三项配备土壤调理剂、T9三项配合叶面阻控剂、T10三项配合有机肥，都可使晚稻谷含镉量显著降低，其中，T6水分管理和撒石灰、T8三项配备土壤调理剂可极显著降低晚稻谷镉含量标准。以上试验结果表明，施撒生石灰可极显著降低早稻谷含镉量，对晚稻生长进行撒石灰和水分管理、三项配备土壤调理剂管理可极显著降低晚稻谷镉含量。

4 讨论

土壤重金污染存在污染范圍广、持续时间长、污染比较隐蔽、无法被生物降解，并可能通过食物链不断地在生物体内富集[9]，甚至可转化为毒害性更大的甲基化合物，对食物链中某些生物产生毒害，或最终在人体内蓄积而危害健康。导致土壤重金属镉污染的原因主要有以下几点：一是伴生镉的铅锌矿等采、选、冶和有色金属冶炼加工等通过大气沉降和水源扩散导致区域环境镉污染；二是长期施用磷肥对农田镉污染存在风险；三是土壤酸化加剧，致使土壤有效镉含量增高；四是部分饲料添加重金属元素，养殖废弃物通过雨水冲洗进入农田沟渠，周边稻田灌溉时被带入土壤，长时间积累引起超标。

目前，湖南省土壤重金属污染修复方式主要有以下几种：土壤修复技术措施。一是施用生石灰，是降低土壤镉活性的简单、适用、低成本的方法，通过提高pH值，使土壤中有效镉含量降低；二是长期淹水管理。通过还原形成二价S2-，与Cd形成沉淀，能显著降低镉活性；三是施用有机肥。使有机质与镉络合，能使稻米镉含量降低5%左右；四是施用土壤调理剂，提高有效硅与镉作用，形成硅酸镉沉淀；五是深耕改土。以提高土壤的环境容量；六是种植绿肥紫云英。以促进有机质与镉络合。开展VIP+n试验，如本试验研究所示。开展农作物替代种植区结构调整，替代区结构调整的主要内容是开展非食用、非口粮作物替代种植。一是替代种植养蚕专用桑、红黄麻、苎麻、蛋白饲料桑、花卉苗木、棉花等经济作物；二是替代种植非直接食用粮油作物；三是开展水稻种子生产。

本实验中的VIP+n技术，在湖南省修复重金属污染土壤耕地中已广泛使用，农业生产过程当中，同时精准推进十项技术措施，难度大、不易操作，一方面需要大量专业的技术人员确保精确性，增加人力成本；另一方面也会消耗大量的原料（生石灰、有机肥、叶面阻控剂、土壤调理剂等），浪费资源。如果能有精准的降低镉污染的试验技术，将大大节省人力物力成本，同时对大米降镉起到更好的作用。本研究初步表明，施撒生石灰对降低早稻谷含镉量有显著作用，在种植晚稻过程中，撒生石灰和水分管理、三项配备土壤调理剂管理可极显著降低晚稻谷镉含量。

参考文献

[1]雷丹.湖南重金属污染现状分析及其修复对策[J].湖南有色金属，2012，28（01）：57-60.

[2]Liu D H.， Jiang W S， Wang W， et al. Effects of lead on root growth， cell division， and nucleolus of Allium cepa [J].Environmental Pollution，1994，（08）：1-4.

[3]Johnson W R.， Proctor J A. Comparative study of metal levels in plants from two contrasting lead mine sites[J].Plant and Soil，1977，（46）：251-257.

[4]Fargasova A. Effect of Pb， Cd， Hg， As and Cr on germination and root growth of Sinapis alba seeds[J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology，1994，（52）：452-456.

[5]Van Assche F， Cliisters H. Effects of metals on enzyme activity in plants[J].Plant， Cell and Environment，1990，（13）：195-206.

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[8]黄丽娟，林文业，黄一帆，等.ICP-MS等离子体质谱法测定土壤中铬镍铜锌砷镉铅元素含量[J].大众科技，2011，5：102-

103.

[9]惠琳.土壤重金属污染及植物修复技术[J].黑龙江水专学报，2006，33（01）：102-104.

作者简介：谢敏，硕士研究生，中级农艺师，研究方向：烟草生理生化。