石灰氮调理剂在重金属镉、镍污染农田上的试验效果初探

刘荣杰， 洪春来， 朱凤香， 姚燕来， 朱为静， 洪磊东， 王卫平*

(1.宁海县农业技术推广站，浙江 宁海 315600； 2.浙江省农业科学院 环境资源与土壤肥料研究所，浙江 杭州 310021)

近年来，我国土壤重金属污染形势严峻。据2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤环境状况总体不容乐观，耕地土壤环境质量堪忧，全国土壤污染总的点位超标率为16.1%，污染类型以无机型为主，其中镉污染的点位超标率为7.0%，居无机污染物之首[1-4]。由于镉具有分解周期长(半衰期超过20 a)、移动性大、毒性高、难降解等特点，因此，修复镉污染的土壤已成为急需解决的问题。原位钝化技术是一种经济高效的污染治理技术，符合我国可持续农业发展的需要，是当前修复农田重金属中轻度污染的较好选择，关于通过添加改良剂对镉污染土壤进行改良的技术，在国内外已有大量报道[5-8]。石灰氮是由氰氨化钙、氧化钙和其他不溶性杂质构成的混合物，呈灰黑色，有特殊臭味，是一种碱性肥料。石灰氮既具有肥料的功效，又具有修复土壤、杀灭病原菌的作用，氮素作为氮肥可提高作物产量[9-10]，而其碱性(提高土壤pH)和较高的钙含量(钙的竞争机制)又为改良酸性重金属污染土壤提供可能，但鲜见用作土壤钝化剂修复土壤重金属污染方面的报道。本试验作为该类肥料用作土壤重金属污染修复的验证补充尝试，为该类肥料应用于土壤污染防治及治理提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试水稻品种为嘉丰优2号、嘉禾218、甬优9号和甬优1540；石灰氮调理剂(宁夏祥美公司)。

1.2 处理设计

试验在浙江省宁海县茶院乡的一块重金属镉、镍轻度污染的稻田进行。土壤本底样品的pH值5.27～6.20，土壤中镉含量为0.24～0.41 mg·kg-1，镍含量为38～56 mg·kg-1。试验区面积约700 m2，采用大区对比试验，用田埂划分为两个面积相等的区块，对照大区仅施常规肥料，石灰氮处理的大区在常规施肥的基础上，667 m2施用石灰氮75 kg。在水稻秧苗移栽前12 d，将试验田基肥和石灰氮均匀施入后进行耙田。不同水稻品种的秧苗以相同面积和密度分别移栽在石灰氮处理区和对照区。根据当地的水稻栽培常规方式进行水稻秧苗的育苗与移栽，适时喷洒农药抗病防虫，至秧苗20～30 d时进行大田移栽，移栽密度参考当地的种植习惯。移栽后，根据水稻的生长特征及当地的土壤、气候等条件，适时进行水、肥及抗病防虫等各项措施的管理。水稻达到收获标准后，分别采集两个大区的水稻植株和土壤样品，水稻植株晾干后分为根、秸秆、籽粒，土壤风干后粉碎，过0.15 mm孔筛备用。

1.3 样品检测

将水稻根、秸秆、籽粒及粉碎的土壤样品送相关实验室检测，分别检测其中的重金属镉、镍的总量[11-12]。土壤有效态镉、镍含量采用二乙酸铵五乙酸浸提-原子吸收分光光度法测定[13]，用1 mol·L-1的醋酸铵在室温下浸提，土液比1∶50，振荡时间30 min，提取液经离心、过滤后测定。

每小区按五点法采集稻谷样品，每个样品通过混合取样采集。稻谷样品用去离子水冲洗，置105 ℃烘箱杀青30 min，再经65 ℃烘至恒重取出，研磨过筛保存备用。稻谷重金属镉、镍的测定通过浓HNO3消解法进行提取，用原子吸收分光光度法测定。

2 结果与分析

2.1 石灰氮调理剂对水稻不同部位重金属吸收的影响

由图1可知，石灰氮与对照处理中，供试水稻品种籽粒中重金属镉的含量均符合国家标准[11]中稻米的安全限量值(镉0.2 mg·kg-1，该标准未对稻米中的镍安全限量值作要求)，但施用石灰氮处理的水稻籽粒中重金属镉和镍的含量均明显低于对照，施用石灰氮钝化剂后水稻籽粒中镉含量降幅达50%以上，水稻籽粒中镍含量降幅为10%～65%，可见石灰氮调理剂对降低水稻籽粒重金属镉和镍的吸收累积具有明显效果。

图1 不同种植条件下水稻中重金属镉、镍积累的变化

水稻不同组织中重金属镉和镍的含量差异较大。施用石灰氮钝化剂后，水稻不同部位重金属镉和镍含量分布为根>秸秆>稻谷籽粒，且根系、秸秆中的含量远大于籽粒含量。石灰氮处理的水稻秸秆、根系中重金属镉的含量明显低于对照，其中水稻秸秆中的镉含量较对照下降80%以上，水稻根系(嘉禾218除外)中的镉含量较对照下降30%以上，而石灰氮处理对不同品种间秸秆和根系中镍吸收的影响无明显规律。

2.2 石灰氮处理对土壤重金属镉、镍有效态的影响

表1表明，不同试验田块的土壤重金属镉、镍全量和有效态含量存在一定差异，且石灰氮钝化剂处理的土壤重金属镉、镍的有效态含量较对照均明显降低；对照土壤重金属镉、镍的有效态含量占总量的比例分别在55%和2%以上，而施用石灰氮处理的重金属镉有效态占全量的比例大部分均在40%以下(种植嘉禾218的点位除外)，土壤镉有效态占比下降达15%以上；施用石灰氮处理土壤镍有效态占比由对照的2.45%以上降至1.89%以下。研究结果证明，施用石灰氮对土壤重金属具有显著的钝化作用，且对重金属镉的钝化效果明显优于镍，这与石灰氮处理后水稻稻谷重金属镉、镍的吸收规律一致。

表1 石灰氮对土壤重金属有效态的影响

2.3 石灰氮处理对水稻产量的影响

表2显示，通过1季的污染土壤钝化试验后，石灰氮处理下的水稻品种产量与常规对照相比差异不大，水稻穗粒性状与常规对照相比差异也不大，说明石灰氮在667 m2用量75 kg下未对水稻生长造成明显的负面影响。

表2 不同水稻品种在不同处理下的穗粒性状及产量

3 小结与讨论

在土壤重金属轻度污染的农田采用石灰氮钝化剂处理后，可明显降低土壤中重金属镉、镍的有效性，减少其在水稻籽粒中的积累，达到国家食品安全的限量值，对水稻产量基本无影响。

水稻不同部位重金属镉和镍的含量明显不同。石灰氮钝化剂处理后的水稻重金属镉和镍含量分布为根>秸秆>稻谷籽粒，这与其他钝化剂的试验结果相似，且根、秸秆中的重金属镉和镍含量是水稻籽粒含量的数倍。因此，在重金属轻度污染的农田可采用边修复边利用的方式，且该污染修复地块种植的稻、麦、油菜等秸秆不宜就地还田，而应将其收集后异地专门处置，从而逐渐减轻该地块重金属的污染程度。

本试验结果表明，用石灰氮作为钝化剂处理重金属污染的土壤，能明显降低土壤中镉、镍的有效性，提高土壤的pH值，降低水稻籽粒中镉、镍的积累，达到安全利用的目的。与其他碱性土壤钝化剂一样，石灰氮钝化剂可用于重金属污染的酸性土壤的修复与改良，是一种极具潜力的土壤改良剂。