不同土壤调理剂对农作物抑制吸收重金属的效果研究

李伟新

（广东省放射性与三稀资源利用重点实验室<广东省矿产应用研究所>，广东 韶关 512026）

1 供试作物与品种、参试修复材料

供试作物与品种为杂交稻（五丰优615）。参试修复材料有：健地丰（小区与示范用）、科成（小区与示范用）、金无踪（示范用）、粤田钝化剂（小区用）、粤田石粉（小区用）、特沃壮（小区用）、钢渣、水渣、煤渣（小区用）。

2 结果分析

2.1 水稻试验前土壤重金属本底值分析

在进行水稻修复试验前，项目组分析稻田表层土壤重金属本底含量，结果显示见表1，稻田土壤pH值平均值为5.76（pH＜6.5），根据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 15618-2018）二级标准，24个土壤样品中，除了Cr含量未超标，其他四项重金属含量均有不同程度的超标。Cd和Hg的超标率最高，分别达到了100%、91.7%，Cd含量最高的超标103倍，Hg含量最高的超标9.5倍；重金属Pb、As的超标率也分别达到了87.5%、51.2%，而且Pb含量最高的超标10.5倍，As含量最高的超标4.4倍。因此，该场地属于典型的重度重金属Cd、Pb、As、Hg复合污染土壤。

表1 试验前土壤重金属本底含量（单位：mg/kg）

一般来说，土壤中重金属有效态为生物可利用。因此，重金属有效态含量的高低可反应植物对其吸收的难易。为进一步了解稻田表层土壤中重金属的存在状态，项目组对24个土壤样品进行形态分析，分析土壤中重金属镉、铅有效态含量，明确土壤中镉、铅在土壤中的活性程度。分析试验前土壤pH值、有效镉及有效铅本底含量，土壤中重金属Cd的有效态含量为0.436～7.22mg·kg-1，占全量的百分比为22.8%～48.1%，且均超过了土壤质量二级标准值0.3mg·kg-1，且以健地丰监测点1含量最高，达到7.22mg·kg-1。土壤中重金属Pb的有效态含量为37.3～541mg·kg-1，占全量的百分比为14.1%～51.5%，且健地丰监测点1至4均超过了土壤质量二级标准值250mg·kg-1，且以健地丰监测点2含量最高，达到541mg·kg-1。因此，该地块土壤Cd、Pb的活性非常的大，极易被植物吸收，对植物产生毒性。

2.2 水稻试验后土壤重金属变化情况分析

（1）修复材料对土壤重金属全量的影响。田间修复示范研究试验收获水稻时，于每个修复小区中采集土壤样品分析土壤中重金属元素的变化。土壤重金属全量测试分析实验结果显示，土壤中Cd、Cr、Pb、Hg、As含量在试验前后差别不显著，施加修复材料处理与空白对照间无显著差异。本研究对土壤中重金属的修复措施为钝化修复，其目的是将土壤中重金属可移动性高，容易被植物吸收利用的有效态部分进行固定钝化，从而减轻植株对其吸收积累而达到修复目的，因此，施加修复材料后，理论上土壤中各元素的重量基本保持在原有的水平。土壤重金属全量测试分析实验结果与预期基本相吻合。

（2）修复材料对土壤pH值、有效态镉、有效态铅的影响。为探讨不同修复材料对土壤中重金属镉、铅活性态含量的影响，在分析土壤中重金属全量的同时分析土壤中pH值、有效镉、有效铅含量。土壤pH值常常影响植物生长和施肥效果，是土壤肥力的一项指标。土壤pH值测试分析结果显示，示范研究场地中施加修复材料对土壤pH值影响不显著。示范场地土壤pH为5.0～6.9，呈弱酸性，属于盐基不饱和的土壤，对酸的缓冲能力不足，土壤pH值含量证实土壤中施加修复材料并未急剧改变土壤酸碱性。

对比试验前后土壤有效镉测试分析结果显示，土壤施加改性修复材料处理对重金属元素Cd在土壤中赋存形态影响明显。其中，监测点1（科成）、监测点2（水渣）、监测点3（健地丰）、监测点6（煤渣）、监测点7（特沃壮）的土壤有效镉含量与试验前相比，降低率分别达到了30.3%、30.2%、24.5%、61.1%、33.1%。但是，在添加粤田钝化剂、钢渣、粤田石粉等处理中土壤有效镉含量与空白相比并没有显著差异，这可能与试验田不同监测点间土壤Cd含量差异性比较大有关。

对比试验前后土壤有效铅测试分析结果显示，土壤施加改性修复材料处理对重金属元素Cd在土壤中赋存形态影响明显。其中，监测点2（水渣）、监测点3（健地丰）、监测点6（煤渣）的土壤有效铅含量与试验前相比，降低率分别达到了15.5%、12.5%、32.3%。但是，在添加粤田钝化剂、钢渣、粤田石粉等处理中土壤有效铅含量与空白相比并没有很好的相关性差异，这可能与试验田不同监测点间土壤铅含量差异性比较大有关。

2.3 水稻试验糙米重金属变化情况分析

（1）修复材料对糙米Cd含量的影响。田间试验显示钝化剂修复材料对镉污染土壤的修复效果相当显著。试验结果显示，与不加材料的空白对照相比，添加科成钝化剂材料后，种植的水稻糙米中Cd含量降低了38.5%；添加健地丰钝化剂材料后，种植的水稻糙米中Cd含量降低了58.0%；添加煤渣钝化剂材料后，种植的水稻糙米中Cd含量降低了52.4%；添加特沃壮钝化剂材料后，种植的水稻糙米中Cd含量降低了42.1%。因此，健地丰调理剂材料的修复效果是最好的，其次是煤渣、特沃壮、科成调理剂。但是，产出的糙米均高于了《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762-2017）值0.2mg/kg，这可能试由于土壤污染属于重度复合污染（表1），可考虑增加修复材料的施加量。

另外，试验结果显示，不加材料的空白对照部分种植的水稻糙米中重金属Cd含量为0.20mg/kg，与空白对照相比，添加修复材料后糙米Cd含量均有不同程度的降低。添加粤田钝化剂、钢渣、粤田石粉、科成调理剂、健地丰调理剂后糙米Cd含量的降低率分别达到了29.4%、36.9%、3.76%、62.9%、78.0%，施加健地丰调理剂后水稻糙米中重金属Cd含量显著降低。而且，产出的糙米均低于了《食品安全国家标准食品中污染物限量》值0.2mg/kg。进一步说明了健地丰调理剂材料的修复效果最好。

（2）修复材料对糙米铅、铬、汞、砷含量的影响。在经过修复材料处理后，水稻糙米铅、铬、汞、砷含量测试分析结果显示，钝化剂修复材料对该示范地铅、铬、汞、砷污染土壤的修复效果并不显著。而且，糙米中汞、无机砷含量均很低，并没有超过《食品安全国家标准食品中污染物限量》的限定值。但是，该示范地糙米铅含量全部超过标准限定值0.2mg/kg，超标率达到了100%，且糙米铬含量的超标率也达到了41.2%，这可能是由于土壤中铅的全量及其有效态含量均较高，且修复材料对铅、铬的修复效果并不太好。

3 总结

不同肥料形态和类型可影响作物对重金属的吸收。例如，水稻做为喜硅作物，连作使土壤中的有效硅不断降低，导致水稻减产。而硅肥的施加不仅可以促进水稻的正常生长，同时可以提高水稻等植物对As、Cd、Al等重金属毒害的抗性，主要是由于硅肥中所含的硅酸根离子与Cd、Hg、Pb等重金属发生化学反应，形成新的不易被植物吸收的硅酸化合物而沉淀下来；硅肥中的硅还能提高土壤和植物根际pH，降低重金属的活性，增加了植物根际氧化能力，从而改变土壤中重金属的形态变化来改变其在土壤中的生物有效性。但易于被土壤胶体吸附，有效性显著降低[1]。叶面硅肥因具有直接喷施于农作物叶面，易于被植物吸收的特点，为硅肥的利用提供了可行的途径。施用不同形态和类型的氮肥和钾肥影响作物对重金属的吸收这也已经得到广大研究人员的实验证实[2]。

4 结束语

综上所述，得出以下几点结论：

（1）示范地土壤中Cd和Hg的超标率最高，分别达到了100%、91.7%，Cd含量最高的超标103倍，Hg含量最高的超标9.5倍；重金属Pb、As的超标率也分别达到了87.5%、51.2%，而且，Pb含量最高的超标10.5倍，As含量最高的超标4.4倍。因此，该场地属于典型的重度重金属Cd、Pb、As、Hg复合污染土壤。

（2）土壤施加改性修复材料处理对重金属元素Cd在土壤中赋存形态影响明显。其中，监测点1（科成）、监测点2（水渣）、监测点3（健地丰）、监测点6（煤渣）、监测点7（特沃壮）的土壤有效镉含量与试验前相比，降低率分别达到了30.3%、30.2%、24.5%、61.1%、33.1%。

（3）与不加材料的空白对照相比，添加科成调理剂后，糙米中Cd含量降低了38.5%；添加健地丰调理剂后，糙米中Cd含量降低了58.0%；添加煤渣后，糙米中Cd含量降低了52.4%；添加特沃壮修复材料后，糙米中Cd含量降低了42.1%。因此，健地丰调理剂的修复效果是最好的，其次是煤渣、特沃壮、科成调理剂。

（4）添加修复材料后糙米Cd含量均有不同程度的降低。添加粤田钝化剂、钢渣、粤田石粉、科成调理剂、健地丰调理剂后糙米Cd含量的降低率分别达到了29.4%、36.9%、3.76%、62.9%、78.0%，进一步说明了健地丰调理剂材料的修复效果最好。