不同钝化处理与叶面阻控剂对Cd污染稻田的修复效果_王进文.pdf

湖北农业科学2023 年收稿日期：2022-05-20作者简介：王进文（1968-），男，湖北荆州人，高级工程师，主要从事农业环保研究，（电话）13586807299（电子信箱）；共同第一作者，顾祝禹（1987-），男，湖北荆州人，高级工程师，硕士，主要从事土壤环境工作，（电话）15027148285（电子信箱）；通信作者，皮杰（1978-），男，湖北松滋人，工程师，主要从事农机管理与农业环保工作，（电话）15571645999（电子信箱）。第 62 卷第 3 期2023 年 3 月湖北农业科学Hubei Agricultural SciencesVol.62 No.3Mar.，2023王进文，顾祝禹，皮杰，等.不同钝化处理与叶面阻控剂对Cd污染稻田的修复效果 J.湖北农业科学，2023，62（3）：130-134，140土壤是农业发展之要，粮食安全之基，农民立命之本。随着经济的快速发展，工业产生的“三废”与各种化肥农药的不合理运用，导致土地受到不同种类的重金属污染1-3。重金属对土壤污染具有累积性、生物毒性、危害隐蔽性等特点，导致其对土壤质量、粮食作物安全、人类健康与生态环境构成严重的威胁4-6。有研究表明，重金属 Cd对土壤的毒性较强，且Cd对土壤的毒性影响主要与其存在的形态密不同钝化处理与叶面阻控剂对Cd污染稻田的修复效果王进文1，顾祝禹2，皮杰1，唐东海1，周志远2，张建云2（1.松滋市农村社会事业发展中心，湖北 松滋434200；2.武汉市秀谷科技有限公司，武汉430000）摘要：在湖北省荆州市松滋市纸厂河镇受Cd污染地区开展大田试验，分析不同钝化处理与叶面阻控剂对土壤中 pH、有效 Cd及糙米中 Cd含量的影响。结果表明，不同处理能够在一定程度上提高土壤 pH（0.16%6.06%），降低土壤中有效Cd含量，与对照相比，土壤有效Cd含量降低了3.57%33.33%。叶面阻控剂对土壤pH和有效Cd含量无显著影响，但能有效抑制Cd在水稻植株内的转运，降低糙米中Cd含量。土壤调理剂、重金属钝化剂能够适当调节土壤pH，降低土壤有效Cd含量，进而降低水稻对Cd的吸收。3 750 mL/hm2叶面阻控剂+1 200 kg/hm2土壤调理剂+1 200 kg/hm2重金属钝化剂处理效果最好，糙米中Cd含量最低，土壤中有效Cd和糙米中Cd含量分别下降了33.33%、44.95%。关键词：土壤；重金属钝化剂；Cd污染稻田；调理剂；叶面阻控剂中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：0439-8114（2023）03-0130-05DOI:10.14088/ki.issn0439-8114.2023.03.021开放科学（资源服务）标识码（OSID）：Effects of different passivation treatments and foliar blocking agents on remediation ofCd-contaminated rice fieldsWANG Jin-wen1，GU Zhu-yu2，PI Jie1，TANG Dong-hai1，ZHOU Zhi-yuan2，ZHANG Jian-yun2（1.Songzi Rural Social Development Centre，Songzi 434200，Hubei，China；2.Wuhan Xiugu Technology Co.，Ltd.，Wuhan 430000，China）Abstract：Field experiments were carried out in the Cd polluted area of Zhichanghe Town of Songzi City，Jingzhou City，Hubei Province，and analyze the effects of different passivation treatments and foliar blocking agents on soil pH，available Cd and Cd content inbrown rice were analyzed.The results showed that different treatments could increase soil pH（0.16%6.06%）to some extent and decrease the content of available Cd in soil.Compared with the control，the content of available Cd in soil decreased by 3.57%33.33%.Foliar blocking agents had no significant effect on soil pH and available Cd content，but could effectively inhibit Cd transport in riceand reduce Cd content in brown rice.Soil conditioner and heavy metal passivator could regulate soil pH properly and reduce the content of available Cd in soil，and then reduce the absorption of Cd by rice.3 750 mL/hm2foliar blocking agents+1 200 kg/hm2soil conditioner+1 200 kg/hm2heavy metal passivator had the best treatment effect.The Cd content in brown rice was the lowest，and the Cdcontent in soil and brown rice decreased by 33.33%and 44.95%，respectively.Key words：soil；heavy metal passivator；Cd-contaminated rice fields；conditioners；foliar blocking agents第 3 期切相关7，8。重金属Cd的有效态对生态环境影响最大，且容易被植物吸收利用9，10，并通过食物链进入人体，破坏人体的免疫系统11，12。因此，如何降低土壤有效Cd与稻米中Cd含量已成为环境专家与学者研究的热点问题13-15，其不仅关系粮食质量安全与商品竞争力问题，而且也是促进生态文明建设和保护生态安全的重要内容16。关于重金属Cd污染耕地的修复方法相对较多，但主要通过2种修复模式：一是将Cd从土壤中提取出来，降低Cd在土壤环境中的含量，使土壤清洁；二是通过改变 Cd的存在形态，降低其活性与有效性，将Cd固化在土壤中，从而降低其生态风险17。其中固化/稳定化技术是国内外修复耕地中轻度Cd污染的主要技术之一18。该方法主要是通过向受污染耕地中施加土壤调理剂等相关产品来改变耕地土壤环境的理化性质，使 Cd发生吸附、络合、沉淀、氧化还原、离子交换等一系列物理化学反应，改变 Cd在土壤中存在的化学形态，使Cd元素由较活泼的有效态向稳定形态转化，降低其在土壤环境中的生物有效性和可迁移性19，通过此方式来达到修复与治理耕地Cd超标的目的。大多数研究主要集中在单一土壤调理剂或钝化剂对Cd生物有效性的影响20，21，而关于不同钝化措施有机结合对Cd生物有效性影响的研究较为鲜见。因此，本试验选取 Cd污染的稻田进行大田试验，分析不同钝化处理措施对土壤有效Cd与糙米中Cd含量的影响，并阐述不同措施钝化 Cd的相关机理，以期为江汉平原土壤 Cd污染的治理与修复提供理论与实践依据。1研究区域概况与研究方法1.1研究区域概况试验地设在湖北省荆州市松滋纸厂河镇，该区域位于湖北省南部，地处危河流域松滋段末端，地势西高东低，属亚热带季风气候区，光照充足，降雨充沛，年均温 14.016.9，相对湿度 74%83%，年降水量1 300 mm。耕作方式采用旋耕，主要以种植水稻和玉米为主。耕地类型主要包括旱地、水田和水浇地。本试验土壤的理化性质：pH 为 6.11，土壤 Cd含量均值为 0.42 mg/kg，超过了国家二级标准0.30 mg/kg，属中度污染区域。土壤有效态 Cd的含量均值为0.168 mg/kg，灌溉水中未检出Cd的含量。1.2供试材料土壤调理剂来自于企业 A，该土壤调理剂采用天然矿物原料制备而成，主要原料为钾长石和生石灰，土壤调理剂中含有大量的硅、钙、镁、钾等矿物元素。试验材料经过监测，pH为10.68，氧化钙含量为31.24%，二氧化硅含量为 26.81%，氧化镁含量为5.60%，水分含量为 4.13%，细度（粒径0.25 mm）为99.20%，Pb含量为29.50 mg/kg，Cd含量为0.24 mg/kg，As含量为0.40 mg/kg，Cr含量为4.80 mg/kg。重金属钝化剂来自于企业 B，主要原料为钾长石和生石灰，pH为10.2，氧化钙含量为27.37%，二氧化硅含量为22.15%，氧化钾含量为5.03%，水分含量为4.55%，Pb含量为7.20 mg/kg，Cd含量为0.50 mg/kg，As含量为3.60 mg/kg，Cr含量为23.90 mg/kg。叶面阻控剂来自于企业 C，Si含量为 117.0 g/L，pH为 10.3，Na75 g/L，水不溶物10 g/L，Pb含量为1.0 mg/kg，Cd含量为0.40 mg/kg，As含量为1.0 mg/kg，Cr含量为13.0 mg/kg。1.3土样采集与处理试验选取松滋市纸厂河镇Cd中度污染区域，且Cd分布相对均匀的水稻田进行大田试验，试验区种植水稻，试验共设置7个处理和1个对照，每种处理措施具体设计见表1，土壤调理剂、重金属钝化剂与叶面阻控剂的最佳使用量由生产厂家提供。每个处理设置3次重复，共24个小区，每个小区面积为50 m2，且各小区随机排列。为防止各小区间相互影响，将每个处理之间进行分割，并对田埂进行加高加固，防止修复材料、灌溉水等相互影响。水稻播种前10 d，将土壤调理剂与重金属钝化剂进行一次性撒施，然后整地翻耕，使土壤调理剂、重金属钝化剂与土地充分混合均匀。水稻选用当地常用品种，于 2020年 5月初开始播种育秧，6月初进行水稻秧苗移栽，秧苗行间距为0.2 m0.2 m，田间试验采用统一的水肥与病虫害管理，并参照当地农业实际生产情况，确保试验的所有田块管理条件都一致。表1Cd钝化处理技术措施处理编号T1T2T3T4T5T6T7TCK对应措施2 400 kg/hm2土壤调理剂2 400 kg/hm2重金属钝化剂3 750 mL/hm2叶面阻控剂3 750 mL/hm2叶面阻控剂+2 400 kg/hm2土壤调理剂3 750 mL/hm2叶面阻控剂+2 400 kg/hm2重金属钝化剂1 200 kg/hm2重金属钝化剂+1 200 kg/hm2土壤调理剂3 750 mL/hm2叶面阻控剂+1 200 kg/hm2土壤调理剂+1 200 kg/hm2重金属钝化剂无措施（对照）作物水稻水稻水稻水稻水稻水稻水稻水稻王进文等：不同钝化处理与叶面阻控剂对Cd污染稻田的修复效果131湖北农业科学2023 年1.4样品采集与理化性质测定于 2020年 9月下旬收获水稻，土壤与水稻样品于收获前23 d进行采集，在大田中按5点取样法对各小区水稻样品进行采集，同时对水稻根系附近表层土壤（020 cm）进行取样。将土样混匀，去除杂质，室温风干至恒量，过2 mm的尼龙筛，装袋置于干燥处保存待测。将收获的稻米用去离子水冲洗，105 杀青10 min，然后在70 条件下烘干至恒重，并将稻米样品粉碎，装袋备用。土壤的理化性质均按照常规测定方法进行