不同钝化剂对砷污染农田水稻的钝化修复作用比较试验

代小青 郝秀明

（山东省济宁市任城区农技推广中心，山东 济宁 272000）

土壤砷污染是一个全球性的问题，国内外对砷污染的研究报道较多。我国是一个农业大国，农药、除草剂等含砷物质的使用，污水灌溉、污泥复用等是农业造成污染的主要来源，而环境中砷污染主要是工业“三废”造成的，2014年自然资源部和生态环境部对我国土壤污染问题进行调查研究，发现土壤总超标率为16.1%，其中砷超标率为2.7%，土壤砷污染问题突出。全球土壤砷浓度为6mg/kg,而我国土壤砷浓度为11.2mg/kg,几乎是全球土壤砷浓度的2倍。土壤砷污染具有潜伏性、长期性、累积性等特性，土壤中的砷会通过耕地土壤-植物系统危害作物生长及通过食物链累积到人体中，引起人体砷中毒，严重威胁人类健康的 ，砷中毒不仅会引起皮肤脱化、角质化、影响人体肾、肝、肺等器官功能，而且会影响神经系统。为解决土壤砷污染问题，许多专家利用钝化修复技术进行研究，通过向土壤中施加钝化剂，降低土壤中砷含量。

Hartley等研究发现，有机物中生物炭通常用来修复土壤重金属污染，其原理主要是增加土壤中阳离子的交换量生成络合物来降低土壤重金属的有效性。施加石灰为添加剂处理砷污染土壤，可以有效降低土壤中砷浓度，并且减少植物体砷富集量。含铁物质（铁矿粉、还原铁粉、硫酸铁等）也常用于土壤砷污染修复中，主要是砷与铁能结合生成稳定的形态。Hartley等对几种常见的含铁药剂进行除砷试验，其修复能力为Fe3+＞Fe2+＞铁砂＞针铁矿。

2013年根据山东省农业厅、财政厅联合印发的《山东省农业产品产地土壤重金属污染防治实施方案》的要求，在本地区土壤重金属污染状况进行普查，普查结果显示该地区耕地土壤重金属中砷超标。因此，研究本地区土壤修复具有重要意义试验在济宁市任城区裕兴农作物种植场的砷污染农田进行小区试验，选取石灰、生物炭、贝壳粉、铁矿粉加常规施肥、还原铁粉加常规施肥五种钝化剂进行砷污染农田土壤钝化修复效果的研究，以筛选出适合农田的砷污染水稻钝化修复技术，为重金属污染土壤的治理与修复提供科学依据。

1.材料与方法

1.1 材料

试验于2020年5-10月份在山东省济宁市裕兴农作物种植场砷污染水稻田内进行。该研究中所需要的材料为石灰、贝壳粉、铁矿矿粉、还原铁粉、生物炭、16-12-14水稻专用肥、尿素（总N≥46.0%），水稻种。供试水稻品种为津稻263。

1.2 方法

在砷污染的农田土壤中开展五种不同处钝化剂处理对砷的修复研究。试验共设置6个处理：①处理1，不施加钝化剂处理；②处理2，单一石灰处理，生石灰用量150kg/亩；③处理3，施加贝壳粉，用量200kg/亩；④处理4，亩施铁矿矿粉200kg和常规施肥；⑤处理5，亩施还原铁粉300kg和常规施肥；⑥处理6，施加石灰岩，用量300kg/亩。

每个处理小组进行3次重复设置，合计18个实验小区，小区进行随机排列。每个小区50平方米，小区之间筑30cm畦埂，上覆盖薄膜隔离，重复之间用排水沟相隔，5月20日向各处理小区施加修复剂，6月21日水稻插秧，10月份水稻成熟收获。

1.3 样品采集与分析

土壤、水稻样品于水稻收获前采集，样品采集采用五点取样法。每个分点水稻植株鲜重质量不少于0.4kg，5分点植株混合成不少于2.0kg,对样品植株编号。采集的植株样品风干处理后将水稻籽粒分离出来并装袋。原位采集的土壤样品不少于2.5kg,土壤样品风干后磨碎过2mm尼龙筛并装袋。采集水稻籽粒样品及土壤样品送到济南检测中心进行有效态砷与水稻籽粒砷含量的检测。

1.4 数据分析

采用Excel2003和SPSS19.0软件进行数据统计分析。

2.结果与分析

2.1 不同土壤钝化剂处理对土壤中有效态砷含量的影响

从表1可以看出，对照的土壤有效态砷的含量为4.04mg/kg,与对照相比，使用钝化剂的5种处理均能降低土壤中有效态砷的含量，降低幅度为1.24%-7.4%，施加石灰、贝壳粉、亩施铁矿矿粉200kg和常规施肥、亩施还原铁粉300kg和常规施肥、生物炭5种处理土壤有效态砷含量与对照差异不显著。施加还原铁粉300kg和常规施肥处理模式土壤有效态砷含量最低，为3.74 mg/kg，比对照土壤有效态砷含量降低7.4%，亩施还原铁粉300kg和常规施肥处理模式土壤有效态砷降低效果最好。其次施加贝壳粉处理模式土壤有效态砷含量比对照降低2.72%，再次亩施铁矿矿粉200kg和常规施肥处理模式土壤有效态砷含量比对照降低2.48%，再次施加生物炭处理模式土壤有效态砷含量比对照降低2.23%，最后施加石灰处理模式土壤有效态砷含量比对照降低1.24%。

表1 不同钝化剂处理下土壤有效态As含量

2.2 不同土壤钝化剂处理对土壤中总砷含量的影响

从表2可以看出，对照的土壤总砷的含量为19.8mg/kg,与对照相比，使用钝化剂的5种处理均能增加土壤中总砷的含量，增加幅度为0.15%-3.18%，施加石灰、贝壳粉、亩施铁矿矿粉200kg和常规施肥、亩施还原铁粉300kg和常规施肥、生物炭5种处理土壤有效态砷含量与对照差异不显著。施加石灰处理模式土壤总砷含量最高，为20.43mg/kg，比对照土壤总砷含量增加3.18%，施加石灰处理模式土壤总砷增加效果最好。其次亩施铁矿矿粉200kg和常规施肥处理模式土壤总砷含量比对照增加3.03%，再次亩施铁矿矿粉300kg和常规施肥处理模式土壤总砷含量比对照增加2.8%，再次施加生物炭处理模式土壤总砷含量比对照增加1.67%，最后施加贝壳粉处理模式土壤总砷含量比对照增加0.15%。

表2 不同钝化剂处理下土壤总As含量

2.3 不同土壤钝化剂处理对水稻籽粒中砷含量的影响

从表3中可以看出，在此次试验中，水稻籽粒中砷含量为0.06-0.079mg/kg,将使用钝化剂5种处理模式与未施加钝化剂的对照进行比较分析，使用钝化剂的5种处理均可降低水稻籽粒中砷含量，降低幅度为2.53%-24.05%，其中亩施铁矿矿粉200kg和常规施肥处理模式水稻籽粒中砷含量与不施加钝化剂对照水稻籽粒中砷含量存在显著差异，施加石灰、贝壳粉、亩施铁矿矿粉200kg和常规施肥、生物炭4种处理水稻籽粒中砷含量与对照差异不显著。亩施还原铁粉300kg和常规施肥处理模式水稻籽粒中砷含量最低，为0.06 mg/kg，比对照水稻籽粒中砷含量降低24.05%，亩施还原铁粉300kg和常规施肥处理模式水稻籽粒中砷含量降低效果最好。其次施加贝壳粉、亩施铁矿矿粉200kg和常规施肥2种处理水稻籽粒中砷含量比对照降低6.3%，再次施加生物炭处理水稻籽粒中砷含量比对照降低3.8%，最后施加石灰处理水稻籽粒中砷含量比对照降低2.53%。五种处理与对照水稻籽粒中砷含量均未超过国家食品安全卫生标准GB2762-2017所规定的食品中砷限量指标的要求（砷含量不高于0.2mg/kg）。

表3 不同钝化剂处理下水稻籽粒中As含量

2.4 不同土壤钝化剂处理对水稻产量的影响

从表4中可以看出，在此次试验中，将使用钝化剂5种处理模式与未施加钝化剂的对照进行比较分析，施用石灰、亩施还原铁粉200kg+常规施肥、贝壳粉、生物炭、亩施还原铁粉300kg+常规施肥5种处理均可增加水稻产量，增加幅度为0.34%-17%，5中处理水稻亩产量为300.02-382.24kg/亩,施加贝壳粉处理模式水稻亩产量最高，为382.24kg/亩，比对照水稻亩产量增加17%，其次亩施还原铁粉300kg+常规施肥处理模式，为351.13kg/亩,水稻产量比对照增加7.48%，再次施加生物炭处理，为328.91kg/亩,水稻产量比对照增加6.83%。再次施加石灰处理，为333.34kg/亩,水稻产量比对照增加2.04%。最后亩施还原铁粉200kg+常规施肥处理，为327.79kg/亩,水稻产量比对照增加0.34%。

表4 不同钝化剂处理下水稻产量的影响

3.结论与讨论

通过选取五种钝化剂处理进行砷污染农田土壤钝化修复技术研究，得出结论，向农田土壤中施加钝化剂处理可以在一定程度上降低土壤有效态砷的含量与水稻籽粒中砷含量。五种钝化处理可以使土壤有效态砷降低1.24%-7.4%，增加土壤中总砷的含量，增加幅度为0.15%-3.18%，降低水稻籽粒中砷含量，水稻籽粒中砷含量降低2.53%-24.05%，增加水稻亩产量，增加幅度为0.34%-17%，在五种钝化处理中，亩施还原铁粉300kg和常规施肥的效果更好一些。施加了石灰、贝壳粉、生物炭、铁矿矿粉、还原铁粉等钝化剂可以降低农田土壤中砷的生物有效性，减少作物对土壤中砷的吸收，从而降低水稻籽粒中砷含量，施加钝化剂后，由于农作物对土壤中砷的吸收减少了，土壤中留存的总砷含量也就升高了。