农田重金属污染治理技术实施情况探究

李功名

摘 要 根据湖南省对农业环境的多年定位监测结果可知，目前污染农田的重金属主要是镉、铅、汞、砷和铬，其中以镉污染尤为突出。“镉米风波”对湖南省乃至整个南方稻米产业造成了极大冲击，也对目前农业生产安全和生态环境保护敲响了警钟，引起了社会的普遍关注和政府的高度重视，迫切需要对农田重金属的治理方法进行研究。基于此，以湖南省永州市祁阳县白水、肖家两个项目片区为例，介绍农田重金属污染治理技术的实施概况。

关键词 农田;重金属;污染治理;修复技术;湖南省祁阳县

中图分类号：S156 文献标志码：B DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2020.06.078

农田土壤环境质量关系到农产品安全生产和农田生态系统安全[1]。2012年底，湖南省耕地质量调查表明，湖南省耕地重金属污染总体呈现出从轻度污染向重度复合型污染发展、从局部污染向区域污染发展的趋势。全省城郊区、工矿区和污水灌区的产地安全调查以及相关数据初步估算，全省被重金属污染的耕地占全省耕地面积的25%。

经过2014—2018年的前期调研、培训等一系列工作准备，2019年湖南省开始正式按方案进行农田重金属污染治理工程实施。湖南省永州市祁阳县作为其中的重点项目县，实施进度和工作成效一直保持在全省前列。

1 项目片区现状分析

1.1 白水片区

1.1.1 示范点基本情况

白水项目片区是2019年正式进行修复治理示范的片区，示范区农田重金属污染情况如下：平均稻米镉含量为0.43 mg·kg-1，砷含量为0.34 mg·kg-1;土壤总镉含量为0.46 mg·kg-1，总砷含量为19 mg·kg-1，土壤pH为5.3，有机质含量为30～45 g·kg-1。可见，本区域稻米重金属污染为镉高风险、砷中风险;土壤重金属污染为镉低风险、砷无风险，土壤为酸性，有机质含量中等。

根据农产品和土壤重金属污染风险级别，本示范区应在采用镉砷低吸收品种+镉砷同步钝化剂的前提下，有机结合土壤酸性调理和叶面阻控技术，同时实行秸秆离田措施，促使稻米镉、砷含量达到国家相关标准。此外，还可增施一定量的有机肥，对土壤进行提质扩容。

但鉴于当地种植习惯（一季稻-再生稻）和农民意愿（农民已经育秧，品种为天龙1号），种植镉砷同步低积累品种已不可能，且水稻品种筛选试验暂未进行，适合本地的镉砷同步低积累水稻品种暂未筛选出。因此，本方案以镉砷同步钝化剂（采购自晨露环保公司的镉砷同步钝化土壤调理剂）为核心，采用土壤酸性调理、水分优化管理、喷施叶面阻控剂阻控等技术手段，并结合施用有机肥进行土壤提质扩容，结合秸秆离田实现土壤镉砷净化，达到稻米镉砷同步降低的目的，2020年则再根据试验结果和本项目地区镉砷低积累水稻品种筛选试验进行方案优化[2]。

1.1.2 具体技术内容

在插秧前7天左右施用石灰复合材料、镉砷同步钝化剂、腐熟有机肥，并结合翻耕整地使其与土壤充分混匀。水稻灌浆期前后14 d进行深淹水管理，其他时间可采用湿润管理或者常规管理方式进行，分蘖盛期晒田

10 d左右。在分蘖盛期复水后和孕穗期喷施叶面阻控剂，实现土壤镉砷的同步钝化和阻隔，确保稻米生产达标。

1）施用石灰复合材料。每667 m2施用石灰复合材料（石灰石∶白云石=7∶3）400 kg，以期实现镉有效性显著下降的同时不导致土壤砷大量活化，且该材料可有效提升土壤pH，但作用较石灰缓和，对土壤镉具有长效钝化作用。2）施用镉砷同步钝化剂。每667 m2施用研制的镉砷同步钝化剂300 kg，钝化剂要求在插秧前7天与石灰质材料同时施入，并结合翻田整地使钝化剂与土壤混匀。3）施用腐熟有机肥。结合翻田整地，每667 m2施用腐熟的有机肥100 kg，对土壤进行提质扩容，提升土壤肥力。4）优化水分管理。在原有水分管理的基础上适当增加晒田时间。基于本区域土壤砷含量较低的特点，结合水稻生长过程监测（植株镉、砷含量和土壤pH、Eh等）结果，适当减少淹水时间，增加晒田或采用干湿交替等水分管理方式（具体由技术专家根据监测结果进行调整）。5）采用秸秆离田技术措施。根据当前稻米镉砷含量，采用秸秆离田的方式，净化土壤。6）超标稻米的管控。以实现稻米80%达标进行估算，另外20%的超标稻米应进行安全处置，用于酿酒或者生产酒精，杜绝流入口粮市场[3]。

1.1.3 修复效果预测

根据检测结果可知，2019年试验片区土壤全镉平均含量为0.51 mg·kg-1，总砷含量为20.54 mg·kg-1，土壤pH为5.55，皆高于2018年。其原因可能是上半年的洪水带进的大量污泥导致土壤重金属含量加剧。因此，对整个项目片区来说，应加快灌溉水净化等田间工程建设，确保清洁水源灌溉农田，切断污染源。

分析稻米重金属含量发现，稻米总镉含量为0.69 mg·kg-1，无机砷含量为0.18 mg·kg-1，砷含量达到食品安全國家标准，但镉含量比2018年显著增加，可见，2019年度技术措施显著降低了稻米砷含量，但对稻米镉含量的效果不理想。分析其原因可能是：1）洪水带入的底泥，造成水稻对镉的吸收积累增加;2）洪水过后进行了晒田消毒，降低了水分管理降镉效果;3）大量洪水冲刷，导致施用的钝化剂流失，降镉效果显著下降。因此，多方面的原因导致了降镉效果不理想。

1.1.4 经验总结与建议

受2019年技术效果的启发，2020年应加快灌溉水净化工程实施力度，减少灌溉水对技术效果的影响。同时，应强化关键时期，尤其是分蘖盛期至灌浆期的淹水管理，确保降镉技术效果。

1.2 肖家片区

1.2.1 基本情况

肖家项目片区稻米镉污染风险属于中风险、砷污染风险属于无风险，土壤镉污染、砷污染等级均属于无风险，农田外源中除稻草镉含量超标外，其余无风险，生产管理属于中风险。可以初步判定，肖家项目片区镉污染风险主要为土壤污染、农田外源污染及生产管理导致的污染，其应对的管控措施除采取农艺管理和土壤修复措施外，还需进一步明确干湿沉降、品种和生产管理的影响。

1.2.2 2019年监測结果分析

由于2019年未实施相关农艺措施，因此，该项目片区重点是通过监测查缺补漏。对项目区安全要求进行整体污染情况调查发现，项目区土壤全镉含量为0.48 mg·kg-1，土壤总砷为11.77 mg·kg-1，表明土壤为镉污染低风险，砷为无风险;项目区稻米镉平均含量为0.28 mg·kg-1，稻米无机砷含量为0.18 mg·kg-1，镉污染中低风险，而砷污染为无风险，但存在个别位点砷超标的现象，修复治理技术难度不大。

2 项目区其他工作情况

2.1 项目区镉砷同步低吸收水稻品种筛选

2019年，通过专家组论证，由湖南省农业环境生态研究所承担了祁阳县的品种筛选工作。采用田间试验方法，选择白水镇典型污染稻田，研究了15个供试水稻品种对镉、砷的吸收累积差异，并对其稻米超标风险进行了评估。根据试验结果，初步筛选出Y两优9918、桃优香占、野香优丝苗和野香优莉丝等4个镉、砷低吸收优先推广品种，但由于野香优丝苗存在较大的产量风险，实际推广时应慎重考虑。

研究结果表明，15个供试品种中，天龙一号和野香优丝苗减产明显，而荃优丝苗和深两优5814等品种产量相对较高。15个供试品种的稻米镉含量范围为0.41～

0.81 mg·kg-1，超标率达100%，表明该区域水稻种植稻米镉超标风险较大。15个品种稻米砷含量范围为0.14～

0.21 mg·kg-1，其中桃优香占和深优9595存在稻米砷超标风险，天龙一号和C两优87稻米砷含量接近超标阈值，具有潜在超标风险。镉的转运效率以野香优丝苗最高，荃优丝苗最低，砷的转运效率以隆两优华占最高，Y两优9918最低。15个品种稻米镉富集系数平均值为0.94，其中C两优386、隆两优1988、隆两优华占和晶两优1212等4个品种的稻米镉富集系数均高于1.0，说明其富集能力较强，稻米镉超标风险相对较高。15个品种稻米砷富集系数平均值为0.006 3，且15个水稻品种稻米对土壤砷的富集系数远小于1.0，说明在该土壤上稻米对土壤砷的富集作用较弱。15个品种对镉的富集能力明显高于对砷的富集能力，而水稻茎叶对镉、砷的富集能力高于稻米。根据水稻品种镉、砷富集系数风险评估等级划分标准，其中镉处于低风险Ⅱ的品种为4个，处于中风险Ⅲ的品种为10个，处在高风险Ⅳ为1个，说明15个品种在一定程度上均存在稻米镉超标风险。15个供试水稻品种砷含量均处于低风险Ⅱ，说明该区域的稻米砷超标风险相对较低。由于水稻品种对镉、砷的吸收积累不仅与品种本身有关，更受气候等环境条件的控制，本试验仅为一年的试验结果，因此，建议下一年度继续对所选品种镉、砷吸收效果的稳定性进行进一步验证试验。

2.2 农艺措施实施

综合考虑项目区镉砷复合污染的实际情况，为确保试验进度和提升项目执行力度，本项目在白水片区进行镉砷复合污染稻田的修复治理，2019年规模为34 hm2。

在确定规模后，按照项目农艺措施实施程序，充分调研白水项目区镉砷复合污染农田的边界，并与每个农户进行单独沟通，划定33.33 hm2农艺技术措施实施边界，实际实施34 hm2;按照招标采购程序，按照技术实施方案上报物资采购量。同时，积极与招标公司对接，落实土壤调理剂等的采购，2019年由农艺措施实施主体共采购了中标单位湖南晨露环保公司的镉砷复合修复产品

153 t，进行水分管理34 hm2，秸秆离田34 hm2，采购有机肥52 t，采购复合材料的石灰76.5 t，并顺利在水稻种植前完成所有程序，确保2019年34 hm2试验示范落地。此项目区的农艺措施实施为后期农田重金属污染治理提供了参考，大力提升了项目组成员和项目实施人员的经验，为后续整个片区项目的顺利开展奠定了基础。

2.3 项目区试验示范样品检测

按照项目程序，对白水、肖家两个片区所有土壤、农产品、灌溉水等样品进行了检测，2019年白水片区取样75组，肖家片区取样172组，顺利进行了取样送检。同时，积极配合项目第三个质量监测单位对项目区监测及检测数据进行了估测和评价。

由于2019年上半年降雨太多，期间项目区全部被洪水淹没，淹没时间3 d，为积极应对项目区洪水淹没引起的风险，在与省世行项目专家组沟通的基础上，按照相关技术规范对洪水进行了取样和送检，以明确洪水对项目区的影响。同时，为减少洪水对项目区水稻产量及重金属污染的影响，灾后积极采取了排水、晒田、消毒等技术，大幅降低了水稻的减产风险，并在后期根据田间水分进行了淹水处理，以降低水稻镉积累。此外，由于淹水时部分水稻正处于抽穗扬花期，淹水减产的风险没法补救，根据项目区以前种植再生稻的习惯，当地积极对接湖南省农业科学院相关专家，指导生产再生稻，减少了农民损失。

2.4 项目区田间工程建设措施

根据项目区实际情况以及项目片区方案，对项目区灌溉水净化工程、机耕道等进行修整和清淤工作。灌溉水是农田重金属污染的重要来源，对灌溉水沟渠进行清淤可大幅度减少农田重金属污染风险。同时，项目区配套的沉沙池、生态湿地等在很大程度上净化了灌溉水，提高了灌溉水质量，并长期确保了项目区灌溉，提升了项目区整体灌溉水平。此外，对机耕道等田间工程进行整修，为项目区标准化农田建设、农业生产质量，尤其是重金属污染修复农艺措施的实施、水稻的机械化生产提供了便利。

项目组在与田间工程设计单位和当地农民进行充分协调沟通的前提下，经现场考察，进行建设方案的优化设计，经核查、审批，完成了项目区田间工程的设计、造价，并通过招标采购程序，给项目区重金属污染修复治理奠定了基础。

2.5 项目区技术培训

农田重金属污染修复治理技术对于农民及种植大户来说是新的技术，与以前的水稻种植有很大区别。因此，加强对农民和实施主体的技术培训，有利于确保项目区各项工作的顺利开展。重点采取在各村部集中培训和田头现场培训方式相结合的方法对项目片区内的农民、种粮大户及主要农民专业合作组织进行培训，宣传项目背景、理念及建设目标，提高农民对农田重金属污染的认识，强化项目农艺技术、土壤修复技术的普及，保证项目相关技术的有效推广，共计培训农民及技术人员420人。

本项目所有培训皆通过招标采购程序，委托第三方进行，其培训方式重点结合农事季节安排，一般在生产活动开展前进行，而且将贯穿整个项目的实施过程。各阶段的培训应尽可能兼顾农民的特点，将相关技术、政策、方案等需要农民掌握和了解的内容组合成一个完整的培训资料。培训机构在培训前应聘请农田重金属污染修复的相关技术专家撰写培训教材，并由中级及以上相关职称的专家进行授课。培训过程中，项目组应全程参与培训，并进行监督和协调管理。

2.6 镉砷复合污染修复产品展示

为加快重金属农田污染综合管理项目工作，由项目组安排，在白水项目区进行了镉砷复合污染修复产品的展示，拟引进国内外镉砷复合污染农田修复治理新产品，在项目区的镉砷复合污染农田开展新产品集中展示，展示区按照“三统”（统一管理、统一检测、统一评价）“四盲”（盲产品、盲样品、盲检测、盲评价）的原则执行，筛选适于湖南省的轻中度镉砷复合污染修复新产品[4]。

本项目地区作为典型的镉砷复合污染区域，在本项目县开展镉砷复合污染修复产品集中展示，其结果可直接用于本项目区产品修复，为确保产品在本项目区的修复效果提供了有力保障。同时，本项目地区还积极配合实施单位进行了前期基础土壤取样、技术实施、取样测产等工作。目前，所有田间试验任务已经完成，其检测结果也已经提交给了省项目办，本项目组已积极配合世行项目镉砷复合污染修复产品集中展示团队完成了年度任务。

2.7 项目实施技术保障

为进一步推进重金属农田污染综合管理项目，确保镉砷复合污染农田的修复效果，在项目区以农业合作社、种植大户或村民小组为实施主体，请重金属污染修复治理相关的技术专家或团队指导开展镉砷复合污染农田修复治理。项目通过招标采购程序，确定了刘昭兵副研究员（湖南省农业环境生态研究所）为祁阳县所有项目区的技术指导专家，以项目片区为单元，由其对全县所有片区的修复治理进行技术指导。

2.7.1 细化项目片区实施方案

项目片区应优先使用湖南省农业对外经济合作中心根据2018年镉砷复合污染同步修复产品集中展示试验总结报告推荐入围产品，并对其配套技术措施进行合理优化，包括增加降镉、降砷土壤调理剂，种植镉砷低积累水稻品种，优化水分管理和施肥技术等，详细方案中必须包含各项技术措施的物资使用量、施用时间、技术标准和重金属降低效果等。试验方案如有调整需要向县项目办进行备案，如果方案有较大调整，需世行项目专家组同意通过才可实施。

2.7.2 指导解决实施过程中的技术问题

项目区的技术指导专家应指导解决实施过程中存在的技术问题，检查实施主要技术环节的合理性与到位程度。技术指导人员在每年度各项技术实施的关键时期（石灰、调理剂、有机肥等的施用时期）和水稻关键生育时期（分蘖期、齐穗期、灌浆期、成熟期等）应到项目片试验田进行检查监督。截至目前，技术指导专家已经按照任务要求，通过现场指导、电话咨询、微信咨询等方式完成了项目实施情况。

3 总结与建议

近年来，我国农田土壤重金属污染修复取得了长足进步，但还面临着诸多挑战，后续应当加强修复技术创新，加快修复技术集成与模式创新，加强污染调查和修复过程管理与评估。针对祁阳县现状，可在采用镉砷低吸收品种+镉砷同步钝化剂的前提下，有机结合土壤酸性调理和叶面阻控技术，同时实行秸秆离田措施，促使当地种植的水稻稻米镉、砷含量达到国家相关标准。此外，还可冬季种植紫云英，增施一定量的有机肥，通过施用绿肥和有机肥改善土壤理化性状，对土壤进行提质扩容。2020年应加快灌溉水净化工程实施力度，减少灌溉水对技术效果的影响;同时，强化关键时期，尤其是分蘖盛期至灌浆期的淹水管理，确保降镉技术效果。应对的管控措施主要除采取农艺管理和土壤修复措施外，还需进一步明确干湿沉降、品种和生产管理的影响。

参考文献：

[1] 李朝奎，王利東，李吟，等.土壤重金属污染评价方法研究进展[J].矿产与地质，2011，25（2）：172-176.

[2] 韩张雄，刘美美，王曦婕，等.土壤中重金属元素运移规律研究进展[J].当代化工，2014，43（12）：2621-2623，2626.

[3] 王丽平，章明奎.不同来源重金属污染土壤中重金属的释放行为[J].环境科学研究，2007（4）：134-138.

[4] 贾书惠，岳卫峰，王金生，等.地下水重金属污染修复技术与研究进展[J].地球科学进展，2012，27（S1）：355.

（责任编辑：刘昀）