韋曉璨,盧揚學,盧子遠,覃樹濤,盧子鍇,譚興寧

（廣西格豐環(huán)?？萍加邢薰?，廣西 南寧 530200）

土地是動物和植物賴以生存的根本，是環(huán)境的重要組成部分［1］。耕地安全關乎人們的健康，農作物產地土壤和水環(huán)境的鉛鎘污染，不僅會破壞土壤理化性質，降低土壤微生物群落多樣性，限制作物生長和產量，還會在農作物中累積并通過食物鏈對人體健康造成威脅［2］。當耕地受到重金屬污染時，可采取相對應的修復技術。目前，最常見的土壤修復技術有客土法、鈍化技術、電動修復、植物修復和微生物修復等［3］。原位鈍化技術因其鈍化速率快、效果顯著、穩(wěn)定性好、價格適中、操作簡單等特點而廣泛應用于農業(yè)生產中［4］。據(jù)報道，全球有超過1 000 萬個污染地點，覆蓋面積超過1 999.96 萬hm2，其中超過50%被危險重金屬污染，我國大約19%的農業(yè)土壤含有有害污染物并超過環(huán)境質量標準，由于土壤重金屬污染，我國每年糧食產量降低約100 多萬t，經濟損失更是難以估量［5］。同時，食用鎘污染的稻米會對人體健康產生危害，因而保護糧食安全尤為重要。因此，以廣西壯族自治區(qū)河池市宜州區(qū)典型的受污染耕地為研究對象，選用廣西格豐科技環(huán)保有限公司自主研制的WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 5 種土壤調理劑對耕地重金屬污染的修復效果進行研究。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于廣西壯族自治區(qū)河池市宜州區(qū)北牙瑤族鄉(xiāng)保良村都良屯，該地區(qū)屬于亞熱帶季風氣候，水資源充足，氣候溫和。該試驗區(qū)的主要污染為Cd 污染，兼有As 和Pb 污染。2020年土壤檢測結果表明其土壤pH 為5.41～7.49，土壤 Cd 含量平均值為1.72 mg/kg，超過國家二級標準0.30 mg/kg，污染程度屬于重度；有效態(tài)鎘含量為0.78 mg/kg。

1.2 供試材料

水稻品種：野香優(yōu)莉絲，生育期120 d，為秈型三系雜交水稻。

土壤調理劑：WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B，所含主要成分為白云石、熟石灰、有機肥、硅肥、無水氯化鈣、七水硫酸鎂，為廣西格豐科技環(huán)保有限公司自主研制。

1.3 試驗設計

試驗設置6 個處理，3 次重復。處理1（對照），不采取任何鈍化或農藝調控措施；處理2，鈍化材料PX5B，600 kg/667m2；處理3，鈍化材料PX7D，600 kg/667m2；處理4，鈍化材料PX5E，600 kg/667m2；處理5，鈍化材料WH5S，600 kg/667m2；處理6，鈍化材料WH8P2，600 kg/667m2。試驗區(qū)域設置18個小區(qū)。每個小區(qū)設計的長寬比為7∶3，面積21 m2（3 m×7 m）。小區(qū)之間用田埂隔開，獨立排灌水，區(qū)組隨機設置。

1.4 樣品的采集與分析

1.4.1 樣品采集 根據(jù)核心示范區(qū)土壤污染類型、農作物種類等因素，結合現(xiàn)場實際情況確定采樣地塊。每個水稻樣品混合樣按確定的采樣地塊，視不同情況按對角線、棋盤式法或梅花點法進行5 點取樣，每點雙行，每行0.2 m，全部采集該地塊上同一主栽品種的稻穗，5 個分點等量混合均勻組成一個混合樣品。稻米烘干后用糙米機脫殼，并用超高速粉碎機粉碎過0.149 mm 孔篩用于測定糙米重金屬含量。為確保水稻樣品與土壤樣品的采樣單元保持一致，同時采集土壤樣品，用竹制的取樣器撥開土壤表層苔蘚，取0～20 cm深的土壤樣品，每個土壤樣品也同樣采用5點取樣法取樣。將土壤自然風干，去除雜質，用木棍壓碎、混勻，并用四分法取壓碎樣，磨碎后全部過1 mm 孔篩用于測定pH 和土壤有效態(tài)鎘含量；再繼續(xù)用四分法部分土樣，磨碎后過0.149 mm孔篩用于測定全鎘、有機質等土壤基本理化性質。

1.4.2 土壤分析 土壤中pH，采用pH 玻璃電極測定，水土比為2.5∶1，參照《土壤pH 的測定》（HJ 962—2018 測定）。土壤中鉛、鎘，參照《石墨爐原子吸收分光光度法》（GB/T 17141—1997）測定。土壤中汞、砷、鉛，參照《原子熒光法》第1 部分和第2 部分進行測定，土壤中總砷的測定參照GB/T 22105.2—2008測定。土壤中銅、鋅、鉛、鎳、鉻，參照《火焰原子吸收分光光度法》（HJ 491—2019）測定。土壤中有效態(tài)鉛和鎘，參照《原子吸收法》（GB/T23739—2009）測定。

1.4.3 稻米分析 稻米中砷、鉛、鎘、鉻，參照《食品安全國家標準》（GB 5009.268—2016）多元素的測定。稻米中汞，參照《食品安全國家標準》（GB 5009.17—2014），食品中總汞的測定。

11.5 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Office 2010 進行整理，用IBM SPSS 25 對數(shù)據(jù)進行方差分析，采用Origin 2022 繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同調理劑對土壤pH的影響

由圖1 可知，5 種調理劑處理的pH 顯著高于對照，施用PX5B、PX7D、WH5S、WH8P2、PX5E 5 種調理劑的pH 分別較對照高20.59%、15.73%、12.78%、11.46%、11.25%，其中PX5B 增幅最大。各處理的土壤pH 增幅依次為PX5B>PX7D>WH5S>WH8P2>PX5E。

圖1 不同土壤調理劑處理的土壤pH

2.2 不同調理劑對土壤重金屬含量的影響

從圖2 可知，不同調理劑處理土壤中的砷、鎘、汞、鉛、鉻及有效態(tài)鎘含量的變化。

圖2 不同土壤調理劑處理土壤中的重金屬含量

2.2.1 砷含量 WH5S、WH8P2 和PX5E土壤調理劑處理可降低土壤中的砷含量，其土壤中的砷含量較對照降低5.84%～35.23%，其中WH5S 處理的效果最明顯，其降幅為35.23%，PX7D 和PX5B 處理的土壤砷含量變化不明顯。各土壤中的砷含量降幅依次為 WH5S>WH8P2>PX5E>PX5B>PX7D。

2.2.2 鎘含量 除土壤調理劑WH8P2 外，其余土壤調理劑處理的土壤鎘含量均較對照高，但無顯著差異。施用土壤調理劑WH8P2 后，土壤中的鎘含量較對照降低0.083 4 mg/kg，降幅為6.74%。

2.2.3 汞含量 WH5S、PX5E 和PX5B 處理土壤中汞的含量低于對照，較對照降低3.43%～18.51%，其中，WH5S、PX5E 處理與對照差異顯著。土壤調理劑WH5S 處理的土壤汞含量較對照低0.108 mg/kg，降幅為17.31%，PX5B 處理的土壤汞含量較對照低0.021 mg/kg，降幅為3.43%，PX5E的效果最佳，土壤中的汞含量較對照低0.115 mg/kg，降幅為18.51%。

2.2.4 鉛含量 除PX5E處理的土壤鉛含量顯著低于對照外，其余處理的土壤鉛含量均較對照高，但與對照的差異不顯著。土壤調理劑PX5E 處理的土壤鉛含量較對照低1.67 mg/kg，降幅為9.11%。

2.2.5 鉻含量 除土壤調理劑PX5E處理的鉻含量較對照低外，其余處理土壤的鉻含量均較對照高，WH5S 較對照高6.48%，WH8P2 較對照高10.63%，PX7D 較對照高6.36%。其中，PX5E 處理土壤中的鉻含量較對照低11.32%，但各處理土壤中的鉻含量均與對照差異不顯著。

2.2.6 有效態(tài)鎘含量 5 種土壤調理劑處理均可降低土壤中的有效態(tài)鎘含量，且與對照差異顯著。WH8P2 處理的土壤有效態(tài)鎘含量最低，降幅最大，為31.50%，其余4 種土壤調理劑WH5S、PX7D、PX5E、PX5B 分別較對照低25.76%、22.21%、23.25%、23.91%，不同土壤調理劑處理對土壤中有效態(tài)鎘含量的降幅依次為WH8P2>WH5S>PX5B>PX5E>PX7D。

2.3 不同調理劑對土壤陽離子交換量的影響

由圖3 可知，土壤調理劑WH5S 處理的土壤陽離子交換量最高，較對照增加48.91%，且與對照差異顯著；PX7D、WH8P2 和PX5B 處理的土壤陽離子交換量分別較對照增加32.58%、31.87% 和23.32%，但與對照間無顯著差異；土壤調理劑PX5E 處理的土壤陽離子交換量較對照低35.02%，但與對照間無顯著差異。不同處理土壤中的陽離子交換量依次為WH5S>PX7D>WH8P2>PX5B>CK>PX5E。

圖3 不同土壤調理劑處理土壤中的陽離子交換量

2.4 不同調理劑對稻米中重金屬含量的影響

從圖4 可知，不同調理劑處理稻米中的鎘、砷、汞、鉛、鉻含量的變化。

圖4 不同土壤調理劑處理稻米中的重金屬含量

2.4.1 鎘含量 除PX5E 無明顯效果外，其余4 種土壤調理劑對降低水稻中鎘含量均有顯著效果。其中，土壤調理劑PX7D、WH5S、WH8P2 和PX5B 處理稻米中的鎘含量分別較對照低0.29 mg/kg、0.39 mg/kg、0.42 mg/kg、0.45 mg/kg，降 幅 為43.35%～67.93%，且與對照差異顯著，WH5S、WH8P2 和PX5B 處理間差異不顯著，但與PX7D 處理間差異顯著。不同處理稻米中的鎘含量依次為PX5E>CK>PX7D>WH5S>WH8P2>PX5B。

2.4.2 砷含量 土壤調理劑除WP8P2 和PX5E 處理稻米中的砷含量較對照高外，其余土壤調理劑處理稻米中的砷含量均較對照低，其中WH5S、PX5D 和PX5B 處理稻米中的砷含量分別較對照低0.043 3 mg/kg、0.042 5 mg/kg、0.025 8 mg/kg，降幅為17.71%～29.21%。各土壤調理處理稻米中的砷含量之間均無顯著差異。不同處理稻米中的砷含量依次為WH8P2>PX5E>CK>PX5B>PX7D>WH5S。

2.4.3 汞含量 5 種土壤調理劑均能降低稻米中汞含量，不同處理稻米中的汞含量依次為CK>PX5B>WH5S>PX5E>PX7D>WH8P2，各處理間稻米中的汞含量無顯著差異。其中，WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 處理稻米中的汞含量分別較對照低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，降幅分別為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，與對照相比降幅最大。

2.4.4 鉛含量 不同處理稻米中的鉛含量依次為 WH8P2>PX7D>CK>PX5E>WH5S>PX5B，PX5E、WH5S、PX5B 土壤調理劑均能降低稻米中的鉛含量，其中，WH5S、PX5E、PX5B 分別較對照低25.54%、14.03%、29.86%。

2.4.5 鉻含量 不同處理稻米中的鉻含量依次為PX5E>PX5B>WH5S>CK>PX7D>WH8P2，各處理間稻米中的鉻含量無顯著差異。與對照相比，WH8P2、PX7D處理稻米中的鉻含量略低于對照。

3 討論

土壤酸化一般用土壤pH 來評價，當土壤pH＜6.5 時，便被認為是酸性土壤，土壤pH是植物生長的關鍵因素，大多數(shù)作物最適生長環(huán)境pH在中性及偏酸性范圍。周春海等［6］施用石灰鈍化酸性土壤中的Cd，作用機理是生成堿性氫氧化物，提高土壤中鹽基離子的含量，最終這些鹽類水解后生成OH-從而提高土壤pH［7］。本試驗中，5種土壤調理劑處理的耕地pH 有顯著變化，這可能是施用的土壤調理劑均含有鈣離子等堿性化合物［8］。其中，PX5B 的效果最好，這可能與該土壤調理劑本身的pH 較高，因此該土壤調理劑對該土壤的pH 提升較大。土壤pH 作為影響鎘形態(tài)的重要因素之一，不同pH 條件下鎘的形態(tài)含量占比不同，導致其生物有效性、遷移性及毒性發(fā)生變化，尤其在土壤-作物體系中，直接影響著鎘的遷移轉化能力［9］。施加熟石灰能夠增加土壤pH 及養(yǎng)分等含量，促進Cd 由酸溶態(tài)向還原態(tài)和殘渣態(tài)轉化，降低Cd 有效態(tài)含量［10］。試驗施用5 種土壤調理劑對土壤中有效態(tài)鎘含量顯著降低，和張迪等［10］的研究結果一致，但5種土壤調理劑對土壤中鎘含量無顯著影響，這需要進一步研究論證。此外，試驗表明5 種土壤調理劑對土壤中砷、鉛、鉻含量無顯著影響。陽離子交換量的大小，可作為評價土壤保肥能力的指標。陽離子交換量是土壤緩沖性能的主要來源，是改良土壤和合理施肥的重要依據(jù)［11］，本試驗中，土壤調理劑WH5S 對于提高土壤中陽離子交換量有顯著影響，與對照相比，土壤調理劑WH5S 處理的陽離子交換量較對照高48.91%。文典等［8］研究表明，土壤調理劑可使稻米的鎘含量降低；本試驗研究表明，對于控制稻米中的鎘含量，除土壤調理劑PX5E 無明顯效果外，其余4 種土壤調理劑對于降低水稻中鎘含量均有顯著效果，與對照相比，其余4 種土壤調理劑處理稻米中的鎘含量較對照低58.65%～67.93%。

4 結論

在宜州地區(qū)施用WH5S、WH8P2、PX7D、PX5E、PX5B 均能提高土壤pH，且可顯著降低土壤有效態(tài)鎘含量，其降幅為22.21%～31.50%；土壤調理劑WH5S 對提高土壤中陽離子交換量的效果最佳，與對照相比，增加48.91%。土壤調理劑WH5S、WH8P2、PX7D、PX5B 可顯著降低稻米中鎘含量，其降幅為43.35%～67.93%。其中，PX5B 對降低稻米中的鎘含量效果最佳，在該土壤調理劑處理下，稻米中的鎘含量較空白對照降低67.93%。