土壤重金屬污染修復(fù)劑在鎘污染稻田中的應(yīng)用效果

1、土壤重金屬污染修復(fù)劑在鎘污染稻田中的應(yīng)用效果摘 要：采用田間小區(qū)試驗，在典型的鎘污染稻區(qū)長沙縣江背鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)開展了重金屬修復(fù)劑鎘康的田間應(yīng)用效果試驗。結(jié)果表明，修復(fù)劑鎘康對水稻增產(chǎn)有一定的促進作用，但不同處理間沒有顯著差異。施用修復(fù)劑能夠降低水稻各部位對鎘（Cd）的積累，降低土壤有效Cd的含量，且隨著修復(fù)劑用量的增加，降鎘的效果越明顯。江背鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)施用量分別達450 kg/hm2、600 kg/hm2時，降鎘效果達顯著水平。施用修復(fù)劑1 500 kg/hm2可使糙米鎘含量降低約0.05 mg/kg，同時，土壤有效Cd含量降低0.17 mg/kg（江背鎮(zhèn)）和0.64 mg/kg（北山鎮(zhèn)）。關(guān)鍵

2、詞：鎘；修復(fù)劑；鎘污染稻田中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2015）02-0095-04隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，受工業(yè)三廢和農(nóng)業(yè)活動自身的影響，我國農(nóng)用土壤重金屬污染問題已日趨嚴重1-5。有資料表明，1980年我國受工業(yè)三廢污染的耕地面積為266.7萬hm2，1992年增至1 000萬hm2，而目前我國受重金屬污染耕地面積已超過0.2億hm26，其中Cd、Pb污染較為突出7。湖南省是中國的有色金屬之鄉(xiāng)，受日益發(fā)展的采、選、冶等工業(yè)以及含重金屬農(nóng)業(yè)投入品的影響，農(nóng)田土壤重金屬污染逐漸成為影響湖南經(jīng)濟發(fā)展和人類身體健康的重要環(huán)境問題8-11。由于未采取合理的污染控制

3、措施，稻米中重金屬含量特別是鎘（Cd）極易出現(xiàn)超過國家質(zhì)量標準的情況，因此，Cd污染稻田的治理與修復(fù)成了人們關(guān)注的熱點。為了驗證重金屬污染修復(fù)劑“鎘康”的降Cd效果，在長沙縣江背鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)典型的污染稻田中開展了修復(fù)劑應(yīng)用效果研究，以期為鎘康的大面積應(yīng)用提供理論依據(jù)。1 材料與方法1.1 試驗地點根據(jù)土壤環(huán)境質(zhì)量標準（GB 15618-1995），選擇長沙縣江背鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)2個鎘污染稻田土壤開展田間試驗。其中，江背鎮(zhèn)試驗點位于東經(jīng)1132030，北緯280754，土壤為板頁巖發(fā)育的水稻土，土壤pH值為5.8，有機質(zhì)和全氮含量分別為45.6 g/kg和2.41 g/kg，土壤全鎘含量0.70 mg/

4、kg，主要污染來自水泥廠產(chǎn)生的粉塵。北山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站試驗基地位于東經(jīng)1130406，北緯282315，土壤為花崗巖發(fā)育的水稻土，土壤pH值為5.1，有機質(zhì)和全氮含量分別為42.0 g/kg和2.48 g/kg，土壤全鎘含量0.88 mg/kg。20世紀8090年代，上游建有一化工廠，下游長期灌溉污水導(dǎo)致污染。兩地種植制度均為雙季稻，兩地的土壤理化性質(zhì)及重金屬含量見表1。1.2 試驗材料及農(nóng)事管理試驗均為晚稻小區(qū)試驗，江背鎮(zhèn)晚稻品種為天優(yōu)998，北山鎮(zhèn)晚稻品種為五豐優(yōu)569，均為軟盤育秧移栽。修復(fù)劑“鎘康”為成都朝陽作物科學有限公司提供；尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀均為當?shù)卮竺娣e應(yīng)用產(chǎn)品。采取常規(guī)

5、施肥，施N、P2O5、K2O量分別為180、60、90 kg/hm2。其中70%的氮肥，全部的磷和鉀肥作基肥，移栽前施用，30%氮肥作追肥配合除草劑插秧710 d后施用。水分管理采取常規(guī)措施，苗期至分蘗盛期淹水，分蘗時曬田，拔節(jié)期覆淹。病蟲害防治按當?shù)爻Ｒ?guī)管理進行。1.3 試驗設(shè)計試驗設(shè)4個處理，3次重復(fù)，共計12個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積25 m2，四周設(shè)保護行。其中江背鎮(zhèn)的處理如下，處理1：不施修復(fù)劑；處理2：施修復(fù)劑225 kg/hm2；處理3：施修復(fù)劑450 kg/hm2；處理4：施修復(fù)劑675 kg/hm2。北山鎮(zhèn)的處理如下，處理1：不施修復(fù)劑；處理2：施修復(fù)劑300 kg/hm

6、2；處理3：施修復(fù)劑600 kg/hm2；處理4：施修復(fù)劑900 kg/hm2。修復(fù)劑的用量根據(jù)兩地不同的污染程度來確定。修復(fù)劑于2013年土壤翻耕前一次性施入，然后施用基肥，翻耕后充分耙勻，移栽水稻秧苗。小區(qū)間起壟隔開，防止田間水流失和串流，而且各小區(qū)實行單獨排灌，田埂要求高出土面20 cm，采取二次筑埂的方法，即提前1周耕作整平稻田，規(guī)劃小區(qū)，第一次做埂，待土埂硬化后再加高一次，然后用塑料膜包住土埂。1.4 樣品采集與處理試驗前取基礎(chǔ)土壤，測定土壤基本理化性質(zhì)及重金屬全量和有效態(tài)含量。水稻收獲后每個試驗小區(qū)，取015 cm土壤樣，測定重金屬有效態(tài)含量。水稻成熟后各小區(qū)單打單收，測產(chǎn)，并取樣

7、分析大米及植株中重金屬含量，大米及植株樣品采用微波消解。所有重金屬指標均采用ICP-MS進行測定。1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計及分析試驗數(shù)據(jù)用Excel、DPS等統(tǒng)計軟件進行分析。2 結(jié)果與分析2.1 修復(fù)劑對水稻產(chǎn)量的影響從表2中可知，施用不同用量修復(fù)劑對水稻產(chǎn)量有一定的影響，但均未達顯著水平。在江背鎮(zhèn)，修復(fù)劑對水稻產(chǎn)量影響較??；在北山鎮(zhèn)，與不施修復(fù)劑處理相比，水稻增產(chǎn)766.7906.7 kg/hm2，增幅為12.1%16.4%，其中以處理3產(chǎn)量最高，達6 435.9 kg/hm2?？梢娦迯?fù)劑對促進水稻生長有一定效果，但這與土壤條件、水稻品種密切相關(guān)。2.2 修復(fù)劑對水稻Cd積累的影響對水稻各部位Cd

8、含量測定的結(jié)果表明（表3），施用修復(fù)劑均能有效降低各部位對Cd的積累，且隨修復(fù)劑用量的增加，效果越明顯。江背試驗點，與不施修復(fù)劑對照相比，水稻糙米Cd含量降低0.0190.027 mg/kg，降幅為4.8%9.2%；水稻莖稈Cd含量降低0.5010.655 mg/kg，降幅為17.3%22.6%；水稻葉片Cd含量降低0.0450.068 mg/kg，降幅為11.4%17.3%；且當修復(fù)劑用量達225 kg/hm2時，水稻莖稈Cd含量下降幅度就已經(jīng)達顯著水平；當修復(fù)劑用量達450 kg/hm2時，水稻葉片Cd含量下降幅度也達顯著水平；當修復(fù)劑用量達675 kg/hm2時，水稻糙米Cd含量下降幅度

9、達顯著水平。北山試驗點，與不施修復(fù)劑對照相比，水稻糙米Cd含量降低0.0050.025 mg/kg，降幅為3.7%18.4%；水稻莖稈Cd含量降低0.0250.075 mg/kg，降幅為2.4%7.3%；水稻葉片Cd含量降低0.0060.024 mg/kg，降幅為3.5%14.0%。當修復(fù)劑用量達600 kg/hm2時，水稻糙米Cd含量下降幅度達顯著水平。進一步以修復(fù)劑施用量與水稻糙米Cd含量進行相關(guān)性分析可得方程：Y=-0.000 039 5 X+0.291 3， R2=0.966（江背）Y=-0.000 030 9 X+0.137 2， R2=0.947（北山）式中Y為水稻糙米Cd含量（m

10、g/kg）；X為修復(fù)劑用量（kg/hm2）?？梢姡静诿證d含量與修復(fù)劑施用量呈顯著的負相關(guān)。依據(jù)擬合方程，江背點每施用1 500 kg/hm2修復(fù)劑，糙米鎘含量可降低0.059 3 mg/kg，北山點每施用1 500 kg/hm2修復(fù)劑，糙米鎘含量可降低0.046 3 mg/kg?？梢?，施用1 500 kg/hm2修復(fù)劑降低糙米鎘含量在0.05 mg/kg左右。2.3 修復(fù)劑對土壤有效Cd含量的影響水稻收獲期取樣測定土壤有效Cd含量，結(jié)果表明（表4），施用修復(fù)劑對土壤Cd有效態(tài)的影響明顯，且隨施用量的增加，土壤Cd有效態(tài)含量降低。其中江背鎮(zhèn)有效Cd含量降低11.2%23.3%，北山鎮(zhèn)有效C

11、d含量降低2.5%52.5%；江背鎮(zhèn)施用量達450 kg/hm2時，下降幅度達顯著水平，北山鎮(zhèn)施用量達600 kg/hm2時，下降幅度達顯著水平。進一步以修復(fù)劑施用量與土壤有效Cd含量進行相關(guān)性分析可得方程：Y=-0.000 11 X+0.343， R2=0.973（江背）Y=-0.000 43 X+0.714 7， R2=0.208（北山）公式中Y為土壤有效Cd含量（mg/kg）；X為修復(fù)劑用量（kg/hm2）?？梢姡寥烙行d含量與修復(fù)劑施用量呈顯著的負相關(guān)，依據(jù)公式可得：江背點每施用1 500 kg/hm2修復(fù)劑，土壤有效Cd含量可降低0.17 mg/kg，北山點每施用1 500 kg

12、/hm2修復(fù)劑，土壤有效Cd含量可降低0.64 mg/kg?？梢姡┯? 500 kg/hm2修復(fù)劑在不同試驗點對土壤有效Cd的鈍化效果不一樣，這可能與當?shù)氐耐寥李愋汀⑽廴境潭?、水分管理等有關(guān)。2.4 水稻Cd含量與土壤Cd含量的關(guān)系稻米Cd富集與土壤Cd含量及其形態(tài)有關(guān)，相關(guān)分析表明（圖1），2個試驗點的稻米鎘含量與土壤有效態(tài)Cd均呈顯著的線性相關(guān)，說明土壤有效態(tài)鎘與稻米吸收積累相關(guān)性較強。綜合表3、表4可得，相對土壤有效態(tài)Cd，江背鎮(zhèn)試驗點稻米Cd平均富集系數(shù)為0.79，北山鎮(zhèn)試驗點稻米Cd平均富集系數(shù)為0.2。計算稻米Cd葉Cd莖Cd，江背點平均為0.110.141.0，北山點為0.13

13、0.161.0，表明2個品種的莖、葉、米中Cd分布規(guī)律基本一致。但計算莖Cd土壤有效Cd，江背點平均為6.771，北山點平均為1.721。可見，江背點水稻莖稈中鎘積累顯著大于北山點，是導(dǎo)致江背點稻米Cd富集系數(shù)大于北山點的關(guān)鍵。3 小結(jié)與討論除土壤有效態(tài)Cd外，仍存在其他影響稻米鎘富集的關(guān)鍵因素：（1）稻田水分管理12-13。普遍認為，稻田水分狀態(tài)對水稻吸收積累Cd的影響很大，主要是淹水形成CdS沉淀或鐵錳結(jié)合物，但對風干測定的土壤形態(tài)影響不大。晚稻試驗期間湖南省比較干旱，江背點灌溉相對較少（試驗取樣時田面較干），提高了Cd的生物有效性，而北山點為農(nóng)技站試驗田，有較好的水源保證，導(dǎo)致了2個試驗

14、點水稻對Cd吸收積累的差異；（2）水稻品種對鎘吸收積累差異14-16。以往大量試驗證明，水稻品種間Cd吸收積累存在較大差異，盡管由于江背點和北山點的品種均為外地品種，尚未進行Cd吸收鑒定，但初步結(jié)果仍可以看出，兩個水稻品種鎘分布規(guī)律基本一致，主要是莖相對于土壤積累較高所致。這可能說明江背點品種天優(yōu)998是一個高吸收品種，但不排除水稻生長前期（分蘗期）水分等條件導(dǎo)致植株體內(nèi)積累增加的影響。與不施修復(fù)劑對照處理相比，施用土壤重金屬污染修復(fù)劑“鎘康”對水稻生長有一定促進作用，但不同試驗點效果不一，其中北山鎮(zhèn)水稻增產(chǎn)766.7906.7 kg/hm2，增幅為12.1%16.4%，而江背鎮(zhèn)水稻增產(chǎn)效果不

15、明顯。施用修復(fù)劑能夠降低水稻各部位對Cd的積累，且隨著修復(fù)劑用量的增加，降低的效果越明顯。江背鎮(zhèn)，當修復(fù)劑用量達225 kg/hm2時，水稻莖稈Cd含量下降幅度就已經(jīng)達顯著水平，當修復(fù)劑用量達450 kg/hm2時，水稻葉片Cd含量下降幅度也達顯著水平，當修復(fù)劑用量達675 kg/hm2時，水稻糙米Cd含量下降幅度達顯著水平。北山鎮(zhèn)，當修復(fù)劑用量達600 kg/hm2時，水稻糙米Cd含量下降幅度達顯著水平。修復(fù)劑施用量與水稻糙米鎘含量的相關(guān)關(guān)系可得，施用1 500 kg/hm2修復(fù)劑可使糙米鎘含量降低0.05 mg/kg左右。施用修復(fù)劑鎘康能夠降低土壤有效Cd的含量，其中江背鎮(zhèn)有效Cd含量降低

16、11.2%23.3%，北山鎮(zhèn)有效Cd含量降低2.5%52.5%，且隨施用量的增加，土壤Cd有效態(tài)含量越低。江背鎮(zhèn)、北山整施用量分別達450 kg/hm2、600 kg/hm2時，下降幅度就能達顯著水平。江背鎮(zhèn)施用1 500 kg/hm2修復(fù)劑，土壤有效Cd含量可降低0.17 mg/kg；北山點施用1 500 kg/hm2修復(fù)劑，土壤有效Cd含量可降低0.64 mg/kg。參考文獻：1 陳 朗，宋玉芳，張 薇，等. 土壤鎘污染毒性效應(yīng)的多指標綜合評價J.環(huán)境科學，2008，29（9）：2606-2612.2 李 想，張 勇. 我國農(nóng)產(chǎn)品和農(nóng)用土壤的重金屬污染現(xiàn)狀與一般規(guī)律J. 四川化工，2008

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