柳州市柳江区稻田安全利用对策分析

罗 明 覃树涛 赵钧洋 唐芳玉 何 冰 潘 鹏

（1.柳州市柳江区农业农村局 广西柳州 545199；2.广西大学 广西南宁 530005；3. 广西力源宝科技有限公司 广西南宁 530033）

根据《全国土壤污染状况调查公报》结果，全国耕地土壤点位超标率为19.4%，环境质量堪忧[1]。无机污染物点位超标率高于有机污染物， 其中Cd、Hg、As、Cu、Pb、Cr、Zn、Ni 8 种无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%[1]。到2030 年， 全国受污染耕地安全利用率要求达到95%以上。 2018 年以来，广西壮族自治区根据国家的部署要求， 稳步推进农用地安全利用。 到2020 年底， 广西已累计完成农用地安全利用面积达国家下达任务的138%；2021 年广西农用地安全利用面积在1 700 万亩以上[2]。 柳州市2020 年完成农用地安全利用面积5.23 万hm2， 柳江区农用地安全利用面积2.16 万hm2，占柳州市的41.18%。

1 柳江区稻田土壤环境基本特征

柳江区行政区域面积25.37 万hm2， 耕地面积8.56 万hm2。 2020 年柳江区农作物以粮食种植面积为最多，其次为蔬菜和甘蔗，桑树种植面积最少。 农作物产量依次为蔬菜＞甘蔗＞水果＞粮食＞桑树。 2020 年柳江区水稻种植面积总计1.68 万hm2， 其中成团镇和穿山镇水稻种植面积均占总面积20%以上， 是柳江区的主要产粮区（附表）。

附表 2020 年柳江区水稻种植面积

柳江区属于南华准地台范畴， 从泥盆纪到二叠纪沉积巨厚的碳酸盐岩类和含锰岩系，石灰岩、白云岩、方解石等非金属矿产丰富，辖区内分布广泛大、小矿床共11 处。 柳江区地处桂中盆地中心，西北部高而东南部低。 西北部主要为峰丛谷地， 海拨300～700 m；中部为峰林广谷和孤峰平原，东南部以岩溶平原为主，间以丘陵，海拔70～200 m。

柳江区土壤成土母质主要为砂页岩风化物和石灰岩风化物，少部分为第四纪红土。 土壤以石灰岩土和水稻土为主。 水稻土以潴育水稻土分布最多，广泛分布于柳江区各乡镇的丘陵、 低山宽谷或峰林谷地灌排条件较好的地方。 由于地势平缓， 地下水位在50～60 cm，氧化还原作用随季节交迭进行，经过长期的精耕细作， 土壤理化条件较好， 阳离子交换量中等， 有机质含量较高，N 和P 含量高，K 含量略低，肥力高，保肥性好。 根据成土母质的不同，土壤pH 范围从酸性至碱性均有。 淹育水稻土分布于土博、里高、三都镇的山地坡麓和丘陵坡地。 水利条件差，依靠降雨供水，地下水位低于1.5 m，称 “望天田”“旱田” 等，耕层浅薄， 结构不良， 易漏水漏肥， 养分含量偏低， 有机质积累少， 土壤pH 多数偏酸性。 潜育水稻土分布较少， 主要分布于各乡镇排水不良的丘陵、 低山、 中山的沟谷洼地或岩溶洼地。 地下水位高或受泉水淹灌使地表长期渍水， 使土壤处于还原状态， 有机质含量较高， 全N 量高， 速效P 和有效K 含量较低， 保肥性与淹育水稻土较为接近， 土壤pH 以偏酸性为主。

2 柳江区稻田土壤环境质量

柳江区农业农村局历年共采集531 个稻田土壤样品和610 个水稻样品， 分析样品中的Cd、As、Pb、Hg 和Cr 含量， 评估柳江区稻田土壤环境质量状况。以 《 农 用 地 土 壤 污 染 风 险 管 控 标 准 （ 试 行）》（GB 15618-2018）中的风险筛选值作为评价标准，柳江区稻田土壤以Cd 和As 超标为主，其中Cd 超标率高于As 超标率，其余Pb、Cr 和Hg 含量偶有超标。 以食品中污染物限量标准（GB 2762-2017）为标准，评估柳江区610 个调查点位的稻米样品重金属含量，结果表明，柳江区稻米以Cd 超标为主，其余As、Pb、Cr、Cu 和Hg 超标率极低。 李艳飞等[3]随机采集22 份柳江区稻米，分析其Cd、Pb 和As 含量，结果表明，稻米Cd 超标率为22.72%，Pb 和As 均无超标情况。 综上所述，柳江区虽然存在土壤As 超标情况，但土壤As 转移至稻米的情况并不严重；稻米Cd 超标是柳江区稻田安全生产面临的主要问题。

3 柳江区稻田重金属超标成因分析

蒋越华等[4]对柳州某矿区周边土壤进行调查，发现矿区周边土壤已受到重金属不同程度的污染，其中Cd、Hg、Pb、Zn 和Ni 5 种元素的平均含量均高于对照值，且以Cd 和As 污染程度最重，认为柳州地区矿产开采带来的Cd 和As 污染问题应引起关注。 西江流域上游为丹池成矿带，主要盛产Sn、Cu、Pb、Zn、Sb 和Hg 等有色金属，如南丹县的麻阳汞矿和大厂富锡铅锌矿等；下游为大瑶山成矿带，富产Cu、Au、Pb和Zn 等金属， 如武宣县的铅锌矿。 自然界中Cd 和As 非常分散， 很少形成独立矿床，Cd 主要伴生于铅锌矿的闪锌矿，As 多数伴生于Au、Pb、Cu、Zn、Sn 矿中。 因此西江流域范围的土壤Cd 和As 背景值往往偏高。 由于伴生Cd 和伴生As 品位低，无回收价值，但总量巨大。 位于桂西北地区的矿产开采和冶炼，“三废” 排放，特别是含Cd 或As 的废水排放导致下游地表水和地下水重金属含量偏高， 柳江区长期采用河流水和地下水灌溉， 可能也是导致稻田重金属超标的一个重要原因。 此外，冬季西北风盛行，给地处金属矿区东南侧的柳江区带来大量的冶炼废气和尘埃， 也是造成柳江区稻田重金属超标的影响因素之一。

4 柳江区农用地安全利用适宜技术

根据前期调查结果，柳江区水田主要是以Cd 和As 超标为主，其中Cd 超标程度高于As。 稻米以Cd超标为主，其余Cr、As、Pb、Hg 的水稻超标风险低。 因此以Cd 为主要超标元素制定相应的安全利用技术模式。

分析柳江区8 个乡镇的土壤Cd 超标与稻米Cd超标的相关关系，发现柳江区各乡镇土壤Cd 超标的点位百分率与稻米Cd 超标的点位百分率并不呈正相关关系（图1），有6 个乡镇土壤Cd 超标的点位百分率在70%～100%之间，但稻米Cd 超标的点位百分率不到25%。 分析土壤pH＜6.5 的点位百分率与稻米Cd 超标点位百分率的相关关系，结果表明，二者呈显著正相关（R2=0.990 8）（图2），所以土壤pH 是影响柳江区稻米是否Cd 超标的关键因素。 土壤pH 低于6.5 导致稻米Cd 超标风险增加，而pH 高于6.5 的土壤条件下稻米Cd 超标风险显著降低。

图1 柳江区主要乡镇土壤Cd 超标的点位百分率与稻米Cd 超标的点位百分率相关性

图2 柳江区主要乡镇土壤pH＜6.5 的点位百分率与稻米Cd 超标百分率相关性

4.1 优化施肥技术

柳江区稻田土壤pH 主要集中在4～8 范围内，其中土壤pH＜6.5 的点位百分率为32.7%， 其余67.3%的区域土壤pH＞6.5。 对于pH 较高的石灰性田，碳酸盐组成主要是碳酸钙， 主要来源于长期施用石灰和引用溶洞水灌溉。 土壤偏碱性，使土壤的Cd 生物有效性低，水稻Cd 超标风险低。 对于土壤pH＞6.5 的稻田，建议以优化施肥为主的安全利用技术，多施中性有机肥，少施酸性肥，使土壤pH 维持在中性，使水稻Cd 超标风险维持在相对较低水平。 结合长期定位监测，确保稻米安全。

4.2 叶面阻控技术

叶面阻控技术主要是通过喷施以硅、 硒为主要成分的叶面肥，通过硅或硒对Cd 的竞争吸收或运输阻隔效应，降低水稻对Cd 的吸收与积累。 这一技术可使水稻对Cd 的吸收减少10%～20%， 也可作为一种预防措施用于土壤pH＞6.5、超标风险较低的稻田。在分蘖期或灌浆早期喷施一定量的硅或硒， 一方面可有效减少稻米中的Cd 含量，硅肥中的硅酸根离子能与Cd2+发生反应，促进Se 元素活动态生成，产生不利于水稻吸收的硅酸化合物； 另一方面也可以提高水稻的抗病性和抗逆性，促进水稻增产[5]。

4.3 土壤调理技术

土壤pH＜6.5 区域的稻米质量安全需要重点关注。 这部分稻田，多分布于各乡镇的山地坡麓和丘陵坡地，属于缺少灌溉水源的 “望天田”。 土层薄，肥力低，水分往往无法保证，在保证稻米Cd 安全的同时应注意改良土壤质地，培肥地力，以提高产量。 施用土壤调理剂促进水稻生长，提高了中稻株高、穗长、分蘖数、总穗粒数、穗实粒数、千粒重，能显著提高水稻产量，同时有效降低土壤Cd 和稻米Cd 的含量[6]。建议这部分稻田采用土壤调理技术，施用以硅、硒和有机肥为有效成分的碱性土壤调理剂，调节土壤pH 至中性，降低土壤溶液中Cd 的生物有效性。 硅和硒元素可阻隔水稻对Cd 的吸收，土壤调理剂中大分子不溶性腐殖质对Cd 具有一定螯合作用， 减少土壤中Cd 的可溶性和有效性，同时还可以起到改良土壤、提高肥力的作用， 力求达到水稻质量安全目标的同时提高水稻产量。

4.4 pH 调节技术

有部分土壤pH＜6.5 的稻田分布于沟谷洼地或岩溶洼地， 为长期排水不良的冷浸田。 当pH 达到9 时，Cd2＋胁迫对稻苗的生长抑制作用得到了明显缓解，究其原因，应该是在这种碱性条件下，可吸收的Cd2＋变成了难吸收的Cd 络合物， 从而减轻了对稻苗的危害[7]。 土壤属于潜育水稻土类型，地下水位高，土壤还原性强，肥力中等或较高，为节约成本，建议这部分稻田采用pH 调节技术，施用比有机肥或土壤调节剂成本低的石灰。对于土壤pH 在5.5～6.5 的耕地，建议石灰用量在100～150 mg/kg； 对于土壤pH 低于5.5 的耕地，建议石灰用量在150～200 mg/kg，在春耕前将石灰均匀施于稻田，并及时灌水犁耙，将石灰与表层土壤充分混匀，2 d 之后插秧。 每2 年或3 年撒施1 次石灰，当土壤pH＞6.5 后，即可停止使用石灰。

柳江区作为柳州市主要的粮食产区， 稻田重金属超标问题需引起重视，工矿 “三废” 排放是造成柳江区稻米重金属污染的主要来源，土壤pH 是影响稻米Cd 积累的主要因素。 修复技术组合模式是降低轻度重金属污染农田稻米Cd 含量的最佳推广模式，能够实现效益最大化[8]。 针对柳江区重金属污染状况及土壤特征，建议对于pH＞6.5 的稻田土壤主要采用叶面阻控和优化施肥技术，对于pH＜6.5 的稻田土壤主要采取土壤调理和pH 调节技术， 结合长期定位监测，以确保稻田安全利用和稻米质量安全。