不同钝化措施对水稻土壤及糙米重金属含量的影响

陶启威 盛金元 席庆 赵品恒 陈敏炀

摘要 ［目的］篩选出降低水稻土壤及糙米重金属的较优钝化措施，为稻米安全生产提供参考。［方法］通过单独施用生物有机肥、土壤调理剂和钙镁磷肥，复合施用“土壤调理剂+叶面阻控剂”“生物有机肥+钙镁磷肥”，比较其对水稻土壤和糙米重金属含量以及水稻产量的影响。［结果］各项钝化措施中，相比CK处理，单施生物有机肥3 000、4 500 kg/hm2，土壤Hg含量分别降低了35.85%和24.53%，土壤Cr含量分别降低了10.55%和20.86%，水稻糙米I-As含量分别降低了27.03%和10.81%，产量分别增加了33.91%和49.90%，效果较优；复合施用“生物有机肥1 650 kg/hm2+钙镁磷肥150 kg/hm2”，土壤Pb含量降低了31.32%，水稻糙米I-As降低了18.92%，具有良好效果。［结论］单施生物有机肥3 000～4 500 kg/hm2和复合施用“生物有机肥1 650 kg/hm2+钙镁磷肥150 kg/hm2”是降低水稻土壤及糙米重金属的较优钝化措施。

关键词 钝化措施；水稻；土壤；糙米；重金属含量

中图分类号 X53  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）13-0075-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.13.018

Effects of Different Passivation Measures on Heavy Metal Contents in Rice Soil and Brown Rice

TAO Qi-wei1， SHENG Jin-yuan2， XI Qing1 et al

（1.New Rural Development Research Institute Co.， Ltd. of NJAU（Changshu）， Changshu，Jiangsu 215500;2.Crop Cultivation Technology Guidance Station of Changshu， Changshu，Jiangsu 215500）

Abstract ［Objective］To screen optimal passivation measures for reducing heavy metals in rice soil and brown rice， and provide reference for safe rice production.［Method］By applying bio-organic fertilizer， soil conditioner and calcium magnesium phosphate fertilizer separately， and combining them with “soil conditioner+leaf surface inhibitor” and “bio-organic fertilizer+calcium magnesium phosphate fertilizer”， the effects on heavy metal content and rice yield in rice soil and brown rice were compared.［Result］The passivation measures were compared with CK treatment， when single applying bio-organic fertilizer at 3 000 and 4 500 kg/hm2， soil Hg content was reduced by 35.85% and 24.53%， soil Cr content was reduced by 10.55% and 20.86%， brown rice I-As content was reduced by 27.03% and 10.81%， and yield was increased by 33.91% and 49.90%， resulting in better results.When combined applying “bio-organic fertilizer 1 650 kg/hm2 + calcium magnesium phosphate fertilizer 150 kg/hm2”， soil Pb content was reduced by 31.32% and brown rice I-As content was reduced by 18.92%， showing good results.［Conclusion］Single applying bio-organic fertilizer of  3 000-4 500 kg/hm2 and combined applying “bio-organic fertilizer of 1650 kg/hm2 + calcium magnesium phosphate fertilizer of 150 kg/hm2”were better passivation measures for reducing heavy metals in rice soil and brown rice.

Key words Passivation measures;Rice;Soil;Brown rice;Heavy metal content

基金项目 2020年度常熟市科技发展计划（农业）项目（CN202004-2）。

作者简介 陶启威（1989—），男，江苏常熟人，农艺师，硕士，从事园艺土壤方面的研究。通信作者，工程师，硕士，从事生态环境方面的研究。

收稿日期 2022-07-11

近年来，随着改革开放推进和社会科技发展，化肥和农药的滥用以及工业三废的不合理排放［1］，既对生态环境构成严重威胁，又带来了稻米的重金属超标问题，对粮食安全产生重要影响。全国每年受重金属污染的粮食多达1 200万t，导致粮食减产超过100万t，直接经济损失至少200亿元［2］。长三角地区素来是“江南鱼米之乡”，但由于受到历史、环境等因素的影响，部分稻麦轮作农田存在土壤重金属污染现象，而该区域是重要的稻米主产区之一，其质量安全直接关系到人民的生产、生活健康等方面，因此急需开展水稻土壤重金属污染治理。

常用土壤修复技术主要包括低积累品种筛选、原位钝化、植物修复、农艺措施等，其中原位钝化修复具有修复成本低、技术操作简便和见效快等优点，成为目前应用最为广泛的重金属污染土壤修复技术［3］。钝化剂类型可分为无机类、有机类、微生物类、复合型等［4］。通过向土壤添加有机、无机或者杂化的钝化材料，吸附、固化重金属离子降低其生物有效性和在环境中的迁移性，能够达到修复污染土壤的目的［5］。有试验表明，施用生物有机肥能够提高土壤pH，降低土壤、稻株和稻米重金属含量，显著提高水稻产量［6-8］，通过叶面喷施硅、硒、锌和铁等并配合土壤养分综合管理，亦可有效减轻或控制重金属污染农田对农产品可食部分的污染［9-11］。笔者通过研究施用有机肥、土壤调理剂、钙镁磷肥和叶面阻控剂对水稻土壤和糙米重金属含量的影响，为开展稻区安全生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 供试水稻为常农粳12号。供试钝化材料共4种，包括钙镁磷肥（P2O5≥15.0%）、生物有机肥（N+ P2O5+K2O≥5.0%，活性有机质≥45%，总钙含量≥1%，蛋白酶活性≥3 000 U/g，含有益活性菌群）、土壤调理剂（CaO≥33%，MgO≥5%，SiO2≥28%，pH 10.0～12.0）和叶面阻控剂（Mn+Zn≥10%）。颗粒钙镁磷肥、生物有机肥、土壤调理剂与叶面阻控剂均来自市售。

1.2 试验方法 根据当地农用地土壤状况详查的分析评价结果，试验区域农田土壤的主要超标元素为镉（Cd）、汞（Hg）和鉛（Pb）3种重金属，超标率约20%，超标倍数为1～2倍，属于重金属轻中度污染区域，试验小区位于该区域核心区，具有典型性，土壤类型为乌栅土。试验于2021年6月开展，设置6个单项措施试验区5个复合措施试验区，分别为A1（钙镁磷肥150 kg/hm2）、A2（钙镁磷肥300 kg/hm2）、B1（土壤调理剂2 550 kg/hm2）、B2（土壤调理剂3 000 kg/hm2）、C1（生物有机肥3 000 kg/hm2）、C2（生物有机肥4 500 kg/hm2）、D1（土壤调理剂750 kg/hm2+叶面阻控剂1 500 mL/hm2）、D2（土壤调理剂1 200 kg/hm2+叶面阻控剂2 250 mL/hm2）、D3（土壤调理剂1 650 kg/hm2+叶面阻控剂3 000 mL/hm2）、E1（生物有机肥2 250 kg/hm2+钙镁磷肥75 kg/hm2）、E2（生物有机肥1 650 kg/hm2+钙镁磷肥150 kg/hm2），设置1个对照（CK）。每个小区之间单独打埂，实行单灌单排，以防止窜水窜肥。施用有机肥的地块不施其他底肥，其他地块按照525 kg/hm2施用水稻专用配方肥，生长期按照常规种植方式管理，分2次共追施尿素300 kg/hm2，病虫害根据田间发病情况及时喷施相应农药。2021年5月下旬采集本底土样（本底值见表1），6月上旬撒施土壤调理剂、钙镁磷肥和有机肥，8月上旬和9月上旬分别喷施叶面阻控剂，10月下旬水稻成熟期采集稻样和土样。

1.3 测定指标 土壤pH、Hg、Cr、Pb、As、Cd，水稻籽粒Hg、Cr、Pb、Cd、I-As（无机砷）均由CMA资质的华测检测技术有限公司进行检测。土壤重金属判定标准参照GB 15618—2018，谷物重金属判定标准参照GB 2762—2017。水稻成熟后进行田间割方测产，每个处理2次重复，采集全部稻穗回实验室进行籽粒称重，并计算单位面积产量。

1.4 数据分析 采用Microsoft Excel 2007、DPS 7.05数据处理系统对数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对土壤pH及重金属含量的影响

2.1.1 pH。从图1可以看出，不同钝化措施对土壤pH的影响并不一致。处理A1、A2、D3、E1土壤pH均低于CK（6.88），其中处理A1最低（6.34），与CK差异显著（P<0.05）；其余处理对提高土壤pH均有一定作用，其中处理B1最高（7.38），其次为C2（7.33），较CK土壤pH分别提升了0.50和0.45，均与CK差异显著（P<0.05）。

2.1.2  Hg含量。从图2可以看出，经过不同钝化措施处理后，除处理A1（0.61 mg/kg）外，其余处理土壤Hg含量均未超标（0.60 mg/kg）。采用B1、B2、C1、C2、D1措施处理能够一定程度降低土壤Hg含量，其中处理C1最低（0.34 mg/kg），与CK差异显著（P<0.05）；而采用A1、D2、D3措施处理后，土壤Hg含量有较大提高。单施土壤调理剂处理B1、B2与单施生物有机肥处理C1、C2均对降低土壤Hg含量效果较好，较CK（0.53 mg/kg）分别降低了24.53%、24.53%、35.85%和24.53%。

2.1.3  Cr含量。从图3可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理土壤Cr含量均未超标（300 mg/kg）。除处理B2、D2、E1外，其余措施处理均能够降低土壤Cr含量，其中处理C2最低（33.0 mg/kg），其次为B1（36.7 mg/kg）和C1（37.3 mg/kg），但均与CK差异不显著（P>0.05）。单施生物有机肥处理C1、C2对降低土壤Cr含量效果较好，较CK分别降低了10.55%和20.86%；单施钙镁磷肥处理A1、A2对降低土壤Cr含量也有一定效果，较CK分别降低了9.59%和8.87%。

2.1.4 Pb含量。从图4可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理土壤Pb含量均未超标（140 mg/kg）。采用D1、D3、E2措施处理能够一定程度降低土壤Pb含量，其中处理E2最低（30.7 mg/kg），但与CK差异不显著（P>0.05）；而其余钝化措施处理均提高了土壤Pb含量，其中处理C1最高（70.0 mg/kg），与CK差异显著（P<0.05），其次为A1（62.7 mg/kg）、B2（59.0 mg/kg）和B1（57.7 mg/kg），但与CK均差异不显著（P>0.05）。复合施用处理D1和E2对降低土壤Pb含量效果较好，较CK分别降低了17.23%和31.32%。

2.1.5 As含量。从图5可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理土壤As含量均未超标（25 mg/kg）。采用A1、B2、C1、C2、D2、D3措施处理能够一定程度降低土壤As含量，其中处理B2最低（7.47 mg/kg），但与CK差异不显著（P>0.05）；而采用E2措施处理最大地提高了土壤As含量，达到9.10 mg/kg。单施土壤调理剂处理B2降低土壤As含量效果最好，较CK降低了11.70%。

2.1.6 Cd含量。从图6可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理土壤Cd含量均未超标（0.6 mg/kg），采用A1、D1、D3措施处理能够一定程度降低土壤Cd含量，其中处理A1最低（0.21 mg/kg），但与CK差异不显著（P>0.05）；而其余钝化措施处理均提高了土壤Cd含量，其中处理B1最高（0.40 mg/kg），与CK差异显著（P<0.05）。单施钙镁磷肥处理A1降低土壤Cd含量效果最好，较CK降低了16.00%。

2.2 不同处理对水稻糙米重金属含量的影响

2.2.1 I-As含量。从图7可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理水稻糙米I-As含量均未超标（0.2 mg/kg）。处理D3、E1均提高了水稻糙米I-As含量，其中处理E1最大（0.047 mg/kg），但与CK差异不显著（P>0.05）；其余處理均能一定程度降低水稻糙米I-As含量，其中处理C1和D1最低，均为0.027 mg/kg，但与CK差异不显著（P>0.05）。单施土壤调理剂处理B1、单施生物有机肥处理C1、C2对降低水稻糙米I-As含量均效果较好，较CK分别降低了10.81%、27.03%和10.81%；复合施用处理D2和E2对降低水稻糙米I-As也有一定效果，较CK均降低了18.92%。

2.2.2 Hg含量。从图8可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理水稻糙米Hg含量均未超标（0.02 mg/kg）。仅处理B1水稻糙米Hg含量（0.001 3 mg/kg）低于CK（0.001 7 mg/kg），但与CK差异不显著（P>0.05）；而其余处理水稻糙米Hg含量均不同程度高于CK，其中D2最高（0.004 3 mg/kg），其次为D3（0.004 0 mg/kg）和B2（0.003 7 mg/kg），均与CK差异显著（P<0.05）。单施土壤调理剂处理B1对降低水稻糙米Hg含量效果最好，较CK降低了23.53%。

2.2.3 Pb含量。从图9可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理水稻糙米Pb含量均未超标（0.20 mg/kg），但是均不同程度高于CK，其中处理C2最高（0.10 mg/kg），与CK差异显著（P<0.05），处理D2最低（0.02 mg/kg），但与CK差异不显著（P>0.05）。

2.2.4 Cr含量。从图10可以看出，经过不同措施处理后，各处理水稻糙米Cr含量均未超标（1.0 mg/kg）。采用A1、A2、B1、D2、E1处理能够一定程度降低水稻糙米Cr含量，其中处理D2最低（0.287 mg/kg），其次为E1（0.293 mg/kg）和A2（0.400 mg/kg），但均与CK差异不显著（P>0.05）；而其余钝化措施处理均提高了水稻糙米Cr含量，其中处理C2最高（0.920 mg/kg），与CK差异显著（P<0.05）。单施钙镁磷肥处理A1、A2对降低水稻糙米Cr含量有一定效果，较CK分别降低了9.42%和14.35%。复合施用处理D2和E1对降低水稻糙米Cr效果最好，较CK分别降低了38.54%和37.26%。

2.2.5 Cd含量。从图11可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理水稻糙米Cd含量均未超标（0.2 mg/kg）。仅处理D2水稻糙米Cd含量（0.010 mg/kg）低于CK（0.023 mg/kg），但与CK差异不显著（P>0.05）；而其余处理水稻糙米Cd含量均高于CK，其中C1最高（0.054 mg/kg），其次为B2（0.047 mg/kg）和D1（0.047 mg/kg），但均与CK差异不显著（P>0.05）。复合施用处理D2对降低水稻糙米Cd效果最好，较CK降低了56.52%。

2.3 不同处理对水稻产量的影响 从图12可以看出，经过不同钝化措施处理后，各处理水稻产量均不同程度高于CK；其中施用有机肥的处理C1、C2、E1、E2均表现出较高的产量，处理C2最高（10 628.00 kg/hm2），其次为C1（9 494.05 kg/hm2）、E1（9 488.65 kg/hm2）和E2（8 843.35 kg/hm2），均与CK差异显著（P<0.05）；而施用土壤调理剂的处理B1、B2、D1、D2产量相对较低。单施生物有机肥处理C（C1、C2）和复合施用处理E（E1、E2）对水稻产量有较大提升，较CK分别提高33.91%～49.90%和24.73%～33.83%；单施钙镁磷肥处理A（A1、A2）、单施土壤调理剂处理B（B1、B2）、复合施用处理D（D1、D2、D3）对水稻增产也有一定效果，较CK分别提高12.21%～14.77%、10.92%～20.70%和5.15%～11.13%。

3 结论

不同钝化措施对土壤pH的影响效果不一。单施钙镁磷肥（处理A）能够降低土壤pH；单施土壤调理剂（处理B）和生物有机肥（处理C）能够提高土壤pH，其中土壤调理剂2 250 kg/hm2（处理B1）和生物有机肥4 500 kg/hm2（处理C2）效果显著，较CK土壤pH分别提升了0.50和0.45。

不同钝化措施对土壤重金属的钝化效果有差异。该研究主要表现在降低土壤Hg和Cr含量。单施钙镁磷肥150、300 kg/hm2（处理A1、A2）对降低土壤Cr含量有一定效果，较CK分别降低了9.59%和8.87%；单施土壤调理剂2 250、3 000 kg/hm2（处理B1、B2）对降低土壤Hg含量效果较好，较CK均降低了24.53%；单施生物有机肥3 000、4 500 kg/hm2（处理C1、C2）对降低土壤Hg、Cr含量效果较好，土壤Hg含量较CK处理分别降低了35.85%和24.53%，土壤Cr含量较CK分别降低了10.55%和20.86%；复合施用“土壤调理剂750 kg/hm2+葉面阻控剂1 500 mL/hm2”（处理D1）和“生物有机肥1 650 kg/hm2+钙镁磷肥150 kg/hm2”（处理E2）对降低土壤Pb含量效果较好，较CK分别降低了17.23%和31.32%。

不同钝化措施对水稻糙米重金属的钝化效果也有差异。该研究主要表现在降低水稻糙米I-As和Cr含量。单施钙镁磷肥150、300 kg/hm2（处理A1、A2）对降低水稻糙米Cr含量有一定效果，较CK分别降低了9.42%和14.35%；单施土壤调理剂2 250 kg/hm2（处理B1）对降低水稻糙米I-As、Hg含量效果较好，较CK分别降低了10.81%和23.53%；单施生物有机肥3 000、4 500 kg/hm2（处理C1、C2）对降低水稻糙米I-As含量效果较好，较CK分别降低了27.03%和10.81%；复合施用“土壤调理剂1 200 kg/hm2+叶面阻控剂2 250 mL/hm2”（处理D2）对降低水稻糙米I-As、Cr、Cd效果较好，较CK分别降低了18.92%、38.54%和56.52%；复合施用“生物有机肥2 250 kg/hm2+钙镁磷肥75 kg/hm2”（处理E1）对降低水稻糙米Cr含量效果较好，较CK降低了37.26%，复合施用“生物有机肥1 650 kg/hm2+钙镁磷肥150 kg/hm2”（处理E2）对降低水稻糙米I-As含量有一定效果，较CK降低了18.92%。

生物有机肥增产作用显著。单施生物有机肥（处理C）和复合施用“生物有机肥+钙镁磷肥”（处理E）对水稻产量有较大提升，较CK分别提高33.91%～49.90%和24.73%～33.83%；单施钙镁磷肥（处理A）、单施土壤调理剂（处理B）、复合施用“土壤调理剂+叶面阻控剂”（处理D）对水稻增产也有一定效果，较CK分别提高12.21%～14.77%、10.92%～20.70%和5.15%～11.13%。

总体而言，对于重金属轻度污染农田，为保障粮食生产安全，相比施用150、300 kg/hm2钙镁磷肥（处理A1、A2）和2 250、3 000 kg/hm2土壤调理剂（处理B1、B2），施用生物有机肥3 000、4 500 kg/hm2（处理C1、C2）对降低土壤Hg和Cr含量、水稻糙米I-As含量以及增加产量具有较好效果；复合施用“生物有机肥1 650 kg/hm2+钙镁磷肥150 kg/hm2”（处理E2）对降低土壤Pb含量效果较优，对降低水稻糙米I-As含量也有一定效果。由于大田试验易受环境因素干扰，试验结果往往较不稳定，因此还需要开展多年试验加以验证。

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