不同土壤调理剂对耕地及稻米中重金属含量的影响

韦晓璨,卢扬学,卢子远,覃树涛,卢子锴,谭兴宁

（广西格丰环保科技有限公司，广西 南宁 530200）

土地是动物和植物赖以生存的根本，是环境的重要组成部分［1］。耕地安全关乎人们的健康，农作物产地土壤和水环境的铅镉污染，不仅会破坏土壤理化性质，降低土壤微生物群落多样性，限制作物生长和产量，还会在农作物中累积并通过食物链对人体健康造成威胁［2］。当耕地受到重金属污染时，可采取相对应的修复技术。目前，最常见的土壤修复技术有客土法、钝化技术、电动修复、植物修复和微生物修复等［3］。原位钝化技术因其钝化速率快、效果显著、稳定性好、价格适中、操作简单等特点而广泛应用于农业生产中［4］。据报道，全球有超过1 000 万个污染地点，覆盖面积超过1 999.96 万hm2，其中超过50%被危险重金属污染，我国大约19%的农业土壤含有有害污染物并超过环境质量标准，由于土壤重金属污染，我国每年粮食产量降低约100 多万t，经济损失更是难以估量［5］。同时，食用镉污染的稻米会对人体健康产生危害，因而保护粮食安全尤为重要。因此，以广西壮族自治区河池市宜州区典型的受污染耕地为研究对象，选用广西格丰科技环保有限公司自主研制的WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 5 种土壤调理剂对耕地重金属污染的修复效果进行研究。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于广西壮族自治区河池市宜州区北牙瑶族乡保良村都良屯，该地区属于亚热带季风气候，水资源充足，气候温和。该试验区的主要污染为Cd 污染，兼有As 和Pb 污染。2020年土壤检测结果表明其土壤pH 为5.41～7.49，土壤 Cd 含量平均值为1.72 mg/kg，超过国家二级标准0.30 mg/kg，污染程度属于重度；有效态镉含量为0.78 mg/kg。

1.2 供试材料

水稻品种：野香优莉丝，生育期120 d，为籼型三系杂交水稻。

土壤调理剂：WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B，所含主要成分为白云石、熟石灰、有机肥、硅肥、无水氯化钙、七水硫酸镁，为广西格丰科技环保有限公司自主研制。

1.3 试验设计

试验设置6 个处理，3 次重复。处理1（对照），不采取任何钝化或农艺调控措施；处理2，钝化材料PX5B，600 kg/667m2；处理3，钝化材料PX7D，600 kg/667m2；处理4，钝化材料PX5E，600 kg/667m2；处理5，钝化材料WH5S，600 kg/667m2；处理6，钝化材料WH8P2，600 kg/667m2。试验区域设置18个小区。每个小区设计的长宽比为7∶3，面积21 m2（3 m×7 m）。小区之间用田埂隔开，独立排灌水，区组随机设置。

1.4 样品的采集与分析

1.4.1 样品采集 根据核心示范区土壤污染类型、农作物种类等因素，结合现场实际情况确定采样地块。每个水稻样品混合样按确定的采样地块，视不同情况按对角线、棋盘式法或梅花点法进行5 点取样，每点双行，每行0.2 m，全部采集该地块上同一主栽品种的稻穗，5 个分点等量混合均匀组成一个混合样品。稻米烘干后用糙米机脱壳，并用超高速粉碎机粉碎过0.149 mm 孔筛用于测定糙米重金属含量。为确保水稻样品与土壤样品的采样单元保持一致，同时采集土壤样品，用竹制的取样器拨开土壤表层苔藓，取0～20 cm深的土壤样品，每个土壤样品也同样采用5点取样法取样。将土壤自然风干，去除杂质，用木棍压碎、混匀，并用四分法取压碎样，磨碎后全部过1 mm 孔筛用于测定pH 和土壤有效态镉含量；再继续用四分法部分土样，磨碎后过0.149 mm孔筛用于测定全镉、有机质等土壤基本理化性质。

1.4.2 土壤分析 土壤中pH，采用pH 玻璃电极测定，水土比为2.5∶1，参照《土壤pH 的测定》（HJ 962—2018 测定）。土壤中铅、镉，参照《石墨炉原子吸收分光光度法》（GB/T 17141—1997）测定。土壤中汞、砷、铅，参照《原子荧光法》第1 部分和第2 部分进行测定，土壤中总砷的测定参照GB/T 22105.2—2008测定。土壤中铜、锌、铅、镍、铬，参照《火焰原子吸收分光光度法》（HJ 491—2019）测定。土壤中有效态铅和镉，参照《原子吸收法》（GB/T23739—2009）测定。

1.4.3 稻米分析 稻米中砷、铅、镉、铬，参照《食品安全国家标准》（GB 5009.268—2016）多元素的测定。稻米中汞，参照《食品安全国家标准》（GB 5009.17—2014），食品中总汞的测定。

11.5 数据处理

采用Microsoft Office 2010 进行整理，用IBM SPSS 25 对数据进行方差分析，采用Origin 2022 绘图。

2 结果与分析

2.1 不同调理剂对土壤pH的影响

由图1 可知，5 种调理剂处理的pH 显著高于对照，施用PX5B、PX7D、WH5S、WH8P2、PX5E 5 种调理剂的pH 分别较对照高20.59%、15.73%、12.78%、11.46%、11.25%，其中PX5B 增幅最大。各处理的土壤pH 增幅依次为PX5B>PX7D>WH5S>WH8P2>PX5E。

图1 不同土壤调理剂处理的土壤pH

2.2 不同调理剂对土壤重金属含量的影响

从图2 可知，不同调理剂处理土壤中的砷、镉、汞、铅、铬及有效态镉含量的变化。

图2 不同土壤调理剂处理土壤中的重金属含量

2.2.1 砷含量 WH5S、WH8P2 和PX5E土壤调理剂处理可降低土壤中的砷含量，其土壤中的砷含量较对照降低5.84%～35.23%，其中WH5S 处理的效果最明显，其降幅为35.23%，PX7D 和PX5B 处理的土壤砷含量变化不明显。各土壤中的砷含量降幅依次为 WH5S>WH8P2>PX5E>PX5B>PX7D。

2.2.2 镉含量 除土壤调理剂WH8P2 外，其余土壤调理剂处理的土壤镉含量均较对照高，但无显著差异。施用土壤调理剂WH8P2 后，土壤中的镉含量较对照降低0.083 4 mg/kg，降幅为6.74%。

2.2.3 汞含量 WH5S、PX5E 和PX5B 处理土壤中汞的含量低于对照，较对照降低3.43%～18.51%，其中，WH5S、PX5E 处理与对照差异显著。土壤调理剂WH5S 处理的土壤汞含量较对照低0.108 mg/kg，降幅为17.31%，PX5B 处理的土壤汞含量较对照低0.021 mg/kg，降幅为3.43%，PX5E的效果最佳，土壤中的汞含量较对照低0.115 mg/kg，降幅为18.51%。

2.2.4 铅含量 除PX5E处理的土壤铅含量显著低于对照外，其余处理的土壤铅含量均较对照高，但与对照的差异不显著。土壤调理剂PX5E 处理的土壤铅含量较对照低1.67 mg/kg，降幅为9.11%。

2.2.5 铬含量 除土壤调理剂PX5E处理的铬含量较对照低外，其余处理土壤的铬含量均较对照高，WH5S 较对照高6.48%，WH8P2 较对照高10.63%，PX7D 较对照高6.36%。其中，PX5E 处理土壤中的铬含量较对照低11.32%，但各处理土壤中的铬含量均与对照差异不显著。

2.2.6 有效态镉含量 5 种土壤调理剂处理均可降低土壤中的有效态镉含量，且与对照差异显著。WH8P2 处理的土壤有效态镉含量最低，降幅最大，为31.50%，其余4 种土壤调理剂WH5S、PX7D、PX5E、PX5B 分别较对照低25.76%、22.21%、23.25%、23.91%，不同土壤调理剂处理对土壤中有效态镉含量的降幅依次为WH8P2>WH5S>PX5B>PX5E>PX7D。

2.3 不同调理剂对土壤阳离子交换量的影响

由图3 可知，土壤调理剂WH5S 处理的土壤阳离子交换量最高，较对照增加48.91%，且与对照差异显著；PX7D、WH8P2 和PX5B 处理的土壤阳离子交换量分别较对照增加32.58%、31.87% 和23.32%，但与对照间无显著差异；土壤调理剂PX5E 处理的土壤阳离子交换量较对照低35.02%，但与对照间无显著差异。不同处理土壤中的阳离子交换量依次为WH5S>PX7D>WH8P2>PX5B>CK>PX5E。

图3 不同土壤调理剂处理土壤中的阳离子交换量

2.4 不同调理剂对稻米中重金属含量的影响

从图4 可知，不同调理剂处理稻米中的镉、砷、汞、铅、铬含量的变化。

图4 不同土壤调理剂处理稻米中的重金属含量

2.4.1 镉含量 除PX5E 无明显效果外，其余4 种土壤调理剂对降低水稻中镉含量均有显著效果。其中，土壤调理剂PX7D、WH5S、WH8P2 和PX5B 处理稻米中的镉含量分别较对照低0.29 mg/kg、0.39 mg/kg、0.42 mg/kg、0.45 mg/kg，降 幅 为43.35%～67.93%，且与对照差异显著，WH5S、WH8P2 和PX5B 处理间差异不显著，但与PX7D 处理间差异显著。不同处理稻米中的镉含量依次为PX5E>CK>PX7D>WH5S>WH8P2>PX5B。

2.4.2 砷含量 土壤调理剂除WP8P2 和PX5E 处理稻米中的砷含量较对照高外，其余土壤调理剂处理稻米中的砷含量均较对照低，其中WH5S、PX5D 和PX5B 处理稻米中的砷含量分别较对照低0.043 3 mg/kg、0.042 5 mg/kg、0.025 8 mg/kg，降幅为17.71%～29.21%。各土壤调理处理稻米中的砷含量之间均无显著差异。不同处理稻米中的砷含量依次为WH8P2>PX5E>CK>PX5B>PX7D>WH5S。

2.4.3 汞含量 5 种土壤调理剂均能降低稻米中汞含量，不同处理稻米中的汞含量依次为CK>PX5B>WH5S>PX5E>PX7D>WH8P2，各处理间稻米中的汞含量无显著差异。其中，WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 处理稻米中的汞含量分别较对照低0.002 7 mg/kg、0.003 9 mg/kg、0.003 0 mg/kg、0.002 9 mg/kg、0.000 3 mg/kg，降幅分别为17.02%、24.89%、18.94%、18.30%、2.13%，WH8P2 的效果最好，稻米中的汞含量最低，与对照相比降幅最大。

2.4.4 铅含量 不同处理稻米中的铅含量依次为 WH8P2>PX7D>CK>PX5E>WH5S>PX5B，PX5E、WH5S、PX5B 土壤调理剂均能降低稻米中的铅含量，其中，WH5S、PX5E、PX5B 分别较对照低25.54%、14.03%、29.86%。

2.4.5 铬含量 不同处理稻米中的铬含量依次为PX5E>PX5B>WH5S>CK>PX7D>WH8P2，各处理间稻米中的铬含量无显著差异。与对照相比，WH8P2、PX7D处理稻米中的铬含量略低于对照。

3 讨论

土壤酸化一般用土壤pH 来评价，当土壤pH＜6.5 时，便被认为是酸性土壤，土壤pH是植物生长的关键因素，大多数作物最适生长环境pH在中性及偏酸性范围。周春海等［6］施用石灰钝化酸性土壤中的Cd，作用机理是生成碱性氢氧化物，提高土壤中盐基离子的含量，最终这些盐类水解后生成OH-从而提高土壤pH［7］。本试验中，5种土壤调理剂处理的耕地pH 有显著变化，这可能是施用的土壤调理剂均含有钙离子等碱性化合物［8］。其中，PX5B 的效果最好，这可能与该土壤调理剂本身的pH 较高，因此该土壤调理剂对该土壤的pH 提升较大。土壤pH 作为影响镉形态的重要因素之一，不同pH 条件下镉的形态含量占比不同，导致其生物有效性、迁移性及毒性发生变化，尤其在土壤-作物体系中，直接影响着镉的迁移转化能力［9］。施加熟石灰能够增加土壤pH 及养分等含量，促进Cd 由酸溶态向还原态和残渣态转化，降低Cd 有效态含量［10］。试验施用5 种土壤调理剂对土壤中有效态镉含量显著降低，和张迪等［10］的研究结果一致，但5种土壤调理剂对土壤中镉含量无显著影响，这需要进一步研究论证。此外，试验表明5 种土壤调理剂对土壤中砷、铅、铬含量无显著影响。阳离子交换量的大小，可作为评价土壤保肥能力的指标。阳离子交换量是土壤缓冲性能的主要来源，是改良土壤和合理施肥的重要依据［11］，本试验中，土壤调理剂WH5S 对于提高土壤中阳离子交换量有显著影响，与对照相比，土壤调理剂WH5S 处理的阳离子交换量较对照高48.91%。文典等［8］研究表明，土壤调理剂可使稻米的镉含量降低；本试验研究表明，对于控制稻米中的镉含量，除土壤调理剂PX5E 无明显效果外，其余4 种土壤调理剂对于降低水稻中镉含量均有显著效果，与对照相比，其余4 种土壤调理剂处理稻米中的镉含量较对照低58.65%～67.93%。

4 结论

在宜州地区施用WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 均能提高土壤pH，且可显著降低土壤有效态镉含量，其降幅为22.21%～31.50%；土壤调理剂WH5S 对提高土壤中阳离子交换量的效果最佳，与对照相比，增加48.91%。土壤调理剂WH5S、WH8P2、PX7D、PX5B 可显著降低稻米中镉含量，其降幅为43.35%～67.93%。其中，PX5B 对降低稻米中的镉含量效果最佳，在该土壤调理剂处理下，稻米中的镉含量较空白对照降低67.93%。