复合钝化材料对Cd污染耕地水稻影响的研究

赵 轶

（湖南省园林建设有限公司，湖南 长沙 410000）

土壤是人类赖以生存的基础，也是人类最为重要的生产工具之一。2014年发布的《全国土壤重金属污染状况调查公报》显示，全国土壤的总超标点位占16.1%，土壤环境的总体状况不容乐观。我国约有20万平方千米的耕地存在重金属污染，其中3.33万平方千米的耕地受到中度、重度污染[1]。湖南是我国“有色金属之乡”，矿产资源非常丰富，储量大，地下蕴藏钨、锡、铋、铅、锌、锑、汞等20多种有色金属[2]。雷鸣等[3]通过对湖南各地市场购买的大米和湖南矿区、冶炼区生产的稻谷样品研究发现，该批大米样品中超过国家食品卫生标准《GB 2762-2017》标准的达20.53%，平均含量为0.28 mg/kg，污染区大米中Cd含量高于市场大米。水稻作为重要的粮食作物，镉大米严重危害了人类的健康，因此必须要对污染耕地的进行修复。针对重金属污染耕地的修复方法有工程措施法、农艺调控法、植物修复法及原位钝化等方法，目前原位钝化法已经广泛应用于修复中、轻度重金属污染的农田土壤。

本研究所使用的复合钝化材料以高岭土、赤泥为主要原材料，通过球磨、烧结、表面改性等工艺措施制备所得。本研究使用该复合钝化材料，以原位钝化技术对湖南典型镉污染的土壤进行修复治理，并考察复合钝化材料对水稻产量及镉含量的影响，以期为后期镉污染农田的治理提供试验基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

复合钝化材料主要由SiO2（13.75%）、Al2O3（12.24%）、MgO（8.57%）、CaO（6.18%）等碱性物质组成，其pH值为8.3。最可几孔径28 nm，属于中孔材料，比表面积达64.8 m2/g。

试验场地位于湖南省中南部地区典型镉污染稻田，土壤中有效磷4.54 mg/kg，速效钾49.13 mg/kg，全氮2.38 mg/kg，有机质28.04 mg/kg，总镉1.058 mg/kg，有效态镉0.552 mg/kg，pH值为6.4。

1.2 试验方法

田间小区的布置采用随机区组设计，每个小区的面积为20 m2，按当地农民耕种习惯进行水肥及病虫害管理。在插秧前1 d向各小区分别均匀施撒100 kg/667 m2、200 kg/667 m2、400 kg/667 m2、600 kg/667 m2、800 kg/667 m2、1 000 kg/667 m2的复合钝化材料，通过翻耕使之与土壤充分混匀，同时设置空白对照，每组设置3次重复，水稻成熟期测定产量，并按多点取样法取样测定水稻糙米镉含量。

1.3 测定方法

土壤中的有效态镉参照HJ804-2016中测试方法进行测定；土壤pH值的测定参照NY/T 1377-2007中测试方法进行；糙米中镉含量的测定参照GB/T 5009.15-2003中方法进行；水稻产量的测定采用穗数、粒数、粒重测产法。

数据分析：JMP10.0，EXCEL。

2 结果与分析

2.1 复合钝化材料对水稻产量的影响

由图1可知，空白对照稻谷产量为449.7 kg/667 m2，施撒复合钝化材料后稻谷产量均出现不同程度的增加，但无显著性差异。在复合钝化材料添加量为1 000 kg/667 m2时，取得最大增产率（20.50%）。

图1 不同复合钝化材料添加量处理稻谷产量

2.2 复合钝化材料降低稻米镉含量的效果

由图2可知，经复合钝化材料处理后糙米的镉含量有不同程度地降低，复合钝化材料施用量为100 kg/667 m2、200 kg/667 m2、400 kg/667 m2时，铬含量下降得不明显。复合钝化材料的施用量为600 kg/667 m2、800 kg/667 m2、1 000 kg/667 m2时，糙米中镉的含量显著下降，分别下降至0.101 mg/kg、0.128 mg/kg、0.145 mg/kg，相较于空白对照分别下降了85.12%、80.95%、78.42%，糙米质量符合GB 2762-2012标准要求。

图2 不同复合钝化材料添加量稻米镉含量

3 讨论

土壤的pH值是影响土壤中镉存在形态及生物有效性的重要因素之一[4]。在酸性土壤上，提高土壤的pH能增加土壤对镉的固定能力，并降低其生物有效性，是抑制植株吸收镉的有效措施。随着土壤pH值的升高，土壤中的有机质表面、粘土矿物的负电荷也随之增加，因此对重金属离子的吸附力加强，导致交换态重金属的浓度降低。同时当pH值升高时，土壤溶液中多价阳离子与氢氧离子的离子积增大，故生成该元素氢氧根沉淀的机会增大，这些沉淀也增大了土壤对重金属的吸附力，以致其在溶液中的浓度降低。弱碱性的复合钝化材料加入土壤可不同程度的提升土壤pH值，抑制土壤中的镉向稻谷迁移。

复合钝化材料中含有的硅、钙等元素，可以对土壤中的镉产生一定的拮抗作用，因而降低土壤中镉的生物有效性，并阻止镉向水稻中转运与迁移，从而缓解植物的镉毒害作用[5]。赵颖[6]等通过田间实验表明添加硅后镉更多集中在水稻根部和茎叶中，糙米中的镉含量相对较少，说明硅可使镉滞留在根部和茎叶中，阻止其向上迁移，降低水稻籽粒部分的镉含量[6]。

4 结论

（1）施用复合钝化材料后会使稻谷的产量出现不同程度地增加，但均无显著性影响；复合钝化材料可明显降低水稻糙米的镉含量，当施用量为600 kg/667 m2、800 kg/667 m2、1 000 kg/667 m2时，糙米镉含量均达到食品安全的国家标准，较空白对照相比，分别下降了85.12%、80.95%、78.42%，均达到差异显著性水平。

（2）复合钝化材料通过表面物理吸附，提高了土壤的pH值及硅、钙等元素与土壤镉产生拮抗作用等方式降低土壤中镉的生物有效性，阻止其向水稻籽粒中迁移，减少水稻籽粒镉含量。