不同安全利用技术措施及其组合对轻中度镉污染水稻田修复治理效果的试验研究

Experimental Study on the Remediation Effect of Different Safety Utilization Technical Measures and Combinations on Light to Moderate Cadmium Contaminated Rice Fields

doi: 10.3969/j.issn.2096-7047.2024.04.005

叶孙麟 Sunlin YE , 郑安羿 Anyi ZHENG , 张起佳 Qijia ZHANG , 郭腾飞 Tengfei GUO , 谢晓涛 Xiaotao XIE , 吴泽文 Zewen WU , 王贤兴 Xianxing WANG

中国冶金地质总局第二地质勘查院福建福州 350108 The Second Geological Exploration Institute of China Metallurgical Geology Bureau, Fuzhou, Fujian 350108, China

摘要：

为降低镉元素在水稻中的富集，提高受污染耕地的安全利用率，稳步提升耕地环境安全和农产品质量安全保障水平，借鉴现行耕地安全利用技术措施，开展了轻中度镉污染水稻田的修复治理试验。试验共设置低积累水稻品种、土壤调理剂、叶面阻控剂、低积累水稻品种+水分调控+叶面阻控剂、低积累水稻品种+土壤调理剂等5个试验区，分别测定了不同技术措施及其组合处理的水稻农艺性状、镉含量等指标。结果表明：适宜种植的低积累水稻品种为甬优1540、甬优4949、甬优15和甬优2640，推荐施用的土壤调理剂、叶面阻控剂分别为富态威田美(颗粒)、绿珑硒；各单项技术措施的组合使用，有较好的镉治理效果。

关键词：

镉污染; 耕地土壤; 土壤修复; 土壤调理剂; 叶面阻控剂; 水稻;

Abstract：

In order to reduce the enrichment of cadmium in rice, improve the safe utilization rate of polluted farmland, steadily enhance the environmental safety of farmland and the quality and safety guarantee level of agricultural products, and draw on the current technical measures for safe utilization of farmland, a remediation experiment is carried out for light to moderate cadmium contaminated rice fields. The experiment set up five experimental areas, including low accumulation rice varieties, soil conditioners, foliar inhibitors, low accumulation rice varieties+water regulation+foliar inhibitors, and low accumulation rice varieties+soil conditioners. The agronomic characters and cadmium content of rice treated with different technical measures and those combinations are measured separately. The results show that the suitable low accumulation rice varieties for planting are Yongyou 1540, Yongyou 4949, Yongyou 15, and Yongyou 2640. The recommended soil conditioner and foliar inhibitor for application are Futaiweitianmei (granules) and Lülongxi, respectively. The combination of various individual technical measures has a good cadmium treatment effect.

Keyword：

cadmium pollution; cultivated soil; soil remediation; soil conditioner; foliar inhibitor; rice;

研究发现，我国耕地重金属污染程度总体较轻，但重点区域重金属污染风险较大^[1-3]。土壤是农产品生产的载体，土壤环境质量直接影响农产品的品质^{[2, 4]}，进而影响人体健康，因此，耕地污染是对我国农业发展和农产品质量安全的重大挑战。近年来，随着我国工业化、城镇化和农业现代化的不断发展，重金属排放量不断增加，土壤与农产品重金属污染日趋严重^[5]。

农用地土壤重金属污染物不仅对农作物生长造成影响，还可通过食物链的传递对人体健康造成危害^[6-8]。镉(Cd)是一种毒性极强的重金属元素，迁移能力强，能够通过食物链进入人体并积累，对人体造成慢性、蓄积性的危害。水稻是一种镉积累能力非常强的作物，在进入人体的镉食物来源中，通过水稻带入的占40%以上。不合格化肥、有机肥的施用可能是土壤中重金属的重要来源和导致土壤重金属累积的主要原因^[9]，采取相应的安全利用措施是保障农产品安全与土壤环境质量安全的重要手段。因此，采用不同的安全利用技术措施及其组合，开展了轻中度镉污染水稻田修复治理效果的试验研究，以期为进一步保障粮食安全提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验依托福建省某县区受污染耕地安全利用项目，选取当地镉污染土壤作为试验地。

(1) 供试土壤：根据前期的项目背景调查，供试区域土壤中有效镉平均质量分数为0.19 mg/kg，最大值为0.27 mg/kg；依据《农产品产地土壤重金属污染程度的分级》(DB35/T 859—2016)，该地区耕地土壤中有效镉含量已超出安全值，为警戒级土壤，即中轻度重金属污染土壤。

(2) 供试土壤调理剂：牡盖酸清，粉剂，w(CaO)≥45%，pH为8.5~10.5；佑甜又美，粉剂，w(CaO)≥30%，w(MgO)≥8%，w(SiO₂)≥35%，pH为9.0~11.0；富态威田美，颗粒，w(CaO)≥30%，pH为8.5~10.5；牡盖酸清，颗粒，w(CaO)≥35%，pH为8.5~10.5；致发牡蛎钙，颗粒，w(CaO)≥35%，pH为8.0~10.0。

(3) 供试叶面阻控剂：楚戈，ρ(Si)≥100 g/L，pH为9.5~11.5；玲珑硅，ρ(Si)≥120 g/L，ρ(Na)≤50g/L，pH为9.0~11.0；绿珑硒，ρ(Se)≥100 g/L，pH为9.0~11.0；浓缩锌，ρ(Zn)≥180 g/L，pH为9.5~11.5；浓缩硅，ρ(Si)≥180 g/L，pH为9.0~11.0。

(4) 供试水稻：选用福建省常见的水稻品种，包括甬优1540、甬优9号、中浙优8号、甬优2640、甬优4949、甬优15、丰两优1号、晶两优1377、玮两优1273、韵两优332，均由当地种业公司提供。

1.2 试验设计

土壤重金属污染防治必须坚持以预防为主，在预防的基础上对已污染的土壤实施修复^[10]。重金属污染土壤修复方法的选择取决于污染场地特征、污染物的浓度和种类、土地使用功能等因素^[11]。为科学规范推进轻中度污染耕地安全利用与治理修复，农业农村部推出了《轻中度污染耕地安全利用与治理修复推荐技术名录(2019年版)》，总结并推荐了农艺调控类、土壤改良类、生物类、综合类等技术措施^[12]。试验借鉴现行耕地安全利用技术措施，通过设置低积累水稻品种、土壤调理剂、叶面阻控剂、低积累水稻品种+水分管理+叶面阻控剂、低积累水稻品种+土壤调理剂等5种安全利用技术模式试验区，通过对比分析，筛选出合适的降镉技术措施及适应轻中度镉污染农耕地水稻生长的安全利用修复治理技术模式。试验设计区域分布见图 1，试验小区具体设计如下。

图 1

试验设计区域分布

(1) 低积累水稻品种试验区：在供试区域内选取3块地势平坦、每块面积约1亩(1亩=667 m²)的田块作为试验区，比较不同品种水稻稻谷中的镉含量；每块田块均分为10个小区，分别种植一个水稻品种；小区间留出30 cm宽间隔，不用田埂隔开，每块田田间水分管理和施肥情况与当地管理保持一致。

(2) 土壤调理剂试验区：在供试区域内选取条件基本一致的5块田，每块面积0.6亩；每块田分成两份，分别作为空白对照组(CK)和试验组，田埂宽度不少于20 cm，高度不低于30 cm，并用塑料薄膜覆盖，每个小区都设置单独的进、出水口，每块田田间水分管理和施肥情况与当地管理保持一致；每块田试验组撒施一种土壤调理剂，在其余种植条件相同的情况下，比较土壤中有效镉含量和稻谷中镉含量的变化趋势。

(3) 叶面阻控剂试验区：在供试区域内选取条件基本一致的5块田，每块面积0.6亩；每块田分成两份，分别作为空白对照组(CK)和试验组，小区间留出30 cm宽间隔，不用田埂隔开，田间水分管理和施肥情况与当地管理保持一致；每块田试验组喷施一种叶面阻控剂，在其余种植条件相同的情况下，比较水稻稻谷中镉含量的变化趋势。

(4) 低积累水稻品种+水分调控+叶面阻控剂试验区：在供试区域内选取条件基本一致的3块田，每块面积1亩；每块田分成两份，分别作为空白对照组(CK)和试验组，田埂宽度不少于20 cm，高度不低于30 cm，并用塑料薄膜覆盖，每个小区都设置单独的进、出水口；每块田试验组采用种植低积累水稻品种+水分调控+叶面阻控剂的措施，在其余种植条件基本一致的情况下，比较水稻稻谷中镉含量的变化趋势；供试所用低积累水稻品种为甬优1540，叶面阻控剂分别为楚戈、玲珑硅和绿珑硒，并保持持续淹水。

(5) 低积累水稻品种+土壤调理剂试验区：在供试区域内选取条件基本一致的3块田，每块面积1亩；每块田分成两份，分别作为空白对照组(CK)和试验组，田埂宽度不少于20 cm，高度不低于30 cm，并用塑料薄膜覆盖，每个小区都设置单独的进、出水口；每块田试验组采用种植低积累水稻品种+土壤调理剂的措施，在其余种植条件基本一致的情况下，比较稻谷中镉含量的变化趋势；供试所用低积累水稻品种为甬优1540、甬优9号和中浙优8号，土壤调理剂选用牡盖酸清(粉剂)。

1.3 测定项目及方法

稻谷中的镉含量采用《食品安全国家标准食品中镉的测定》(GB 5009.15—2014)中的方法测定，土壤pH采用《土壤 pH值的测定电位法》(HJ 962—2018)中的方法测定，土壤中有效镉的含量采用《土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法》(GB/T 17141—1997)中的方法测定。

2 结果与分析

2.1 低积累水稻品种试验区结果分析

不同品种水稻稻谷中镉含量的统计结果见图 2。由图 2可知：10种水稻稻谷中镉的质量分数为0.025~0.063 mg/kg，均未超出《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中对于水稻镉的限量要求(＜0.2 mg/kg)，即各品种水稻稻谷中的镉含量均未超标；各品种水稻稻谷中的镉含量从高到低依次为韵两优332＞丰两优1号＞甬优9号=中浙优8号＞晶两优1377=玮两优1273＞甬优1540＞甬优4949＞甬优15＞甬优2640；韵两优332的稻谷中镉含量最高，甬优2640的稻谷中镉含量最低，两者差异显著。

图 2

不同品种水稻稻谷中镉含量的统计结果

不同品种水稻的农艺性状和产量见表 1。由表 1可知：不同品种水稻的产量从高到低依次为甬优1540＞晶两优1377＞甬优2640＞甬优15＞甬优4949＞玮两优1273＞丰两优1号＞韵两优332＞中浙优8号＞甬优9号，甬优1540、晶两优1377、甬优2640、甬优15、甬优4949表现出较好的产量优势，中浙优8号和甬优9号产量较低；通过软件SPSS 29.0分析，不同品种水稻的农艺性状和产量等数据在统计学中均无显著性差异。

表 1

不同品种水稻的农艺性状和产量

水稻品种	株高/cm	有效穗/ (万穗·亩^-1)	秸秆质量/ (kg·亩^-1)	千粒质量/g	产量/ (kg·亩^-1)
甬优1540	100.20 a	16.10 a	210.50 a	28.93 a	586.67 a
甬优9号	106.87 a	18.43 a	248.25 a	28.48 a	470.50 a
中浙优8号	130.07 a	16.80 a	222.36 a	25.72 a	487.53 a
甬优2640	99.00 a	15.67 a	289.25 a	29.99 a	570.00 a
甬优4949	116.20 a	17.00 a	246.95 a	25.27 a	564.17 a
甬优15	116.47 a	16.13 a	284.85 a	29.24 a	566.50 a
丰两优1号	114.67 a	21.00 a	292.90 a	27.74 a	506.33 a
晶两优1377	109.80 a	19.80 a	376.20 a	23.85 a	583.00 a
玮两优1273	113.80 a	19.77 a	360.10 a	28.72 a	553.50 a
韵两优332	108.93 a	17.17 a	338.30 a	29.99 a	505.08 a
注：1)同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)

综合10种水稻稻谷中镉含量和产量因素，在轻中度镉污染耕地上，推荐种植甬优1540、甬优4949、甬优15、甬优2640等4种水稻品种。

2.2 土壤调理剂试验区结果分析

土壤调理剂试验区的土壤pH、有效镉含量及水稻稻谷中镉含量见表 2。由表 2可知：牡盖酸清(粉剂)、富态威田美处理的土壤pH分别提高0.1、0.2，pH的提升有利于降低重金属的可利用性^[13-15]；佑甜又美处理对土壤pH的提升无影响；牡盖酸清(颗粒)、致发牡蛎钙处理的土壤pH分别降低0.2、0.7。从土壤中有效镉含量看，牡盖酸清(颗粒)、佑甜又美处理对降低土壤中有效镉含量有较好的效果，分别降低16.7%、4.5%，其他土壤调理剂处理无效果，甚至造成土壤中有效镉含量增加。从稻谷中镉含量看，试验组的水稻稻谷中镉含量均未超出GB 2762—2017的限量要求，其中富态威田美、致发牡蛎钙处理对降低稻谷中镉含量有积极作用，分别降低32.8%、26.3%，其余的土壤调理剂处理无效果，甚至出现相反的效应。

表 2

土壤调理剂试验区的土壤pH、有效镉含量及水稻稻谷中镉含量

土壤调理剂	土壤pH		土壤中w(有效镉)/(mg·kg^-1)		稻谷中w(镉)/(mg·kg^-1)
土壤调理剂	CK	试验组	CK	试验组	CK	试验组
牡盖酸清(粉剂)	6.0	6.1	0.10	0.10	0.067	0.079
佑甜又美	6.1	6.1	0.22	0.21	0.031	0.064
富态威田美	5.5	5.7	0.16	0.17	0.067	0.045
牡盖酸清(颗粒)	5.7	5.5	0.12	0.10	0.088	0.110
致发牡蛎钙	6.4	5.7	0.12	0.13	0.099	0.073

土壤调理剂试验区的水稻农艺性状和产量见表 3。由表 3可知：牡盖酸清(粉剂)处理的水稻农艺性状和产量均呈下降趋势；牡盖酸清(颗粒)处理对水稻农艺性状有所提升，但水稻产量出现下降；富态威田美处理虽对水稻农艺性状无明显提升，但产量提高了4.6%；佑甜又美、致发牡蛎钙处理对水稻农艺性状和产量均有提升，其中产量分别提高了0.9%、12.6%。综合来看，在镉污染耕地上推荐富态威田美作为土壤调理剂。

表 3

土壤调理剂验证区的水稻农艺性状和产量

土壤调理剂	处理	株高/ cm	有效穗/ (万穗·亩^-1)	秸秆质量/ (kg·亩^-1)	千粒质量/ g	产量/ (kg·亩^-1)
牡盖酸清(粉剂)	CK	102.4	18.5	213.75	28.52	535.0
	试验组	96.0	16.0	196.50	27.60	497.5
佑甜又美	CK	94.6	12.0	147.90	28.12	557.5
	试验组	99.0	16.0	154.50	28.68	562.5
富态威田美	CK	95.8	15.0	142.50	27.84	540.0
	试验组	91.6	12.0	141.00	27.56	565.0
牡盖酸清(颗粒)	CK	98.8	14.5	159.00	28.12	587.5
	试验组	99.2	15.0	195.75	27.50	547.5
致发牡蛎钙	CK	104.6	15.0	237.75	28.12	517.5
	试验组	102.2	17.5	252.00	27.60	582.5

2.3 叶面阻控剂试验区结果分析

叶面阻控剂试验区的水稻稻谷中镉含量见表 4。由表 4可知：试验区产出的水稻稻谷中的镉含量均未超过GB 2762—2017的限量要求；5种叶面阻控剂中，绿珑硒和楚戈的降镉效果较好，稻谷中的镉含量分别降低73.9%、30.6%，玲珑硅、浓缩锌和浓缩硅使水稻稻谷中的镉含量分别升高31.2%、12.5%和4.3%。

表 4

叶面阻控剂试验区的水稻稻谷中镉含量

叶面阻控剂	稻谷中w(镉)/(mg·kg^-1)
叶面阻控剂	CK	试验组
楚戈	0.072	0.050
玲珑硅	0.048	0.063
绿珑硒	0.046	0.012
浓缩锌	0.024	0.027
浓缩硅	0.023	0.024

叶面阻控剂试验区的水稻农艺性状和产量见表 5。由表 5可知：绿珑硒处理对水稻农艺性状和产量均有提升效果，株高、有效穗、秸秆质量、产量分别提高了6.7%、52.0%、8.1%、4.6%；楚戈、玲珑硅、浓缩锌和浓缩硅处理的水稻农艺性状和产量均未表现出较好的效果。综合考虑，在镉污染耕地上推荐绿珑硒作为叶面阻控剂。

表 5

叶面阻控剂试验区的水稻农艺性状和产量

叶面阻控剂	处理	株高/ cm	有效穗/ (万穗·亩^-1)	秸秆质量/ (kg·亩^-1)	千粒质量/ g	产量/ (kg·亩^-1)
楚戈	CK	100.6	14.0	234.00	29.80	522.5
	试验组	105.4	12.5	145.50	28.12	515.0
玲珑硅	CK	100.0	14.0	257.25	29.56	572.5
	试验组	104.2	16.5	250.50	28.72	510.0
绿珑硒	CK	100.8	12.5	185.25	28.76	540.0
	试验组	107.6	19.0	200.25	28.76	565.0
浓缩锌	CK	100.4	15.5	165.00	28.48	567.5
	试验组	100.0	13.5	147.00	28.68	545.0
浓缩硅	CK	100.2	15.0	202.50	28.40	567.5
	试验组	98.0	13.0	162.75	28.36	457.5

2.4 低积累水稻品种+水分调控+不同叶面阻控剂试验区结果分析

低积累水稻品种+水分调控+不同叶面阻控剂试验区的水稻稻谷中镉含量见表 6。由表 6可知：试验小区产出的水稻稻谷的镉含量均未超过GB 2762—2017的限量要求；甬优1540+淹水+玲珑硅和甬优1540+淹水+绿珑硒处理均表现出较好的降镉效果，稻谷中的镉含量分别降低30.8%和25.4%；甬优1540+淹水+楚戈处理的稻谷中的镉含量升高50.0%，这表明喷施叶面阻控剂楚戈可能会导致水稻中镉含量出现大幅升高。

表 6

低积累水稻品种+水分调控+不同叶面阻控剂试验区的水稻稻谷中镉含量

项目	稻谷中w(镉)/(mg·kg^-1)
项目	CK	试验组
甬优1540+淹水+楚戈	0.018	0.027
甬优1540+淹水+玲珑硅	0.052	0.036
甬优1540+淹水+绿珑硒	0.067	0.050

低积累水稻品种+水分调控+不同叶面阻控剂试验区的水稻农艺性状和产量见表 7。由表 7可知：甬优1540+淹水+绿珑硒处理的水稻农艺性状和产量均表现出较好的效果，其余处理在水稻农艺性状和产量方面的效果不明显。

表 7

低积累水稻品种+水分调控+不同叶面阻控剂试验区的水稻农艺性状和产量

项目	处理	株高/ cm	有效穗/ (万穗·亩^-1)	秸秆质量/ (kg·亩^-1)	千粒质量/ g	产量/ (kg·亩^-1)
甬优1540+淹水+楚戈	CK	98.6	15.0	11.70	28.44	528.72
	试验组	99.8	15.0	10.35	27.76	520.59
甬优1540+淹水+玲珑硅	CK	95.2	16.5	12.70	28.40	536.85
	试验组	97.0	14.0	8.35	27.68	477.42
甬优1540+淹水+绿珑硒	CK	101.8	16.5	13.86	28.92	494.71
	试验组	102.8	12.5	11.85	27.88	556.57

2.5 低积累水稻品种+土壤调理剂试验区结果分析

低积累水稻品种+土壤调理剂试验区的水稻稻谷中镉含量见表 8。

表 8

低积累水稻品种+土壤调理剂试验区的水稻稻谷中镉含量

项目	稻谷中w(镉)/(mg·kg^-1)
项目	CK	试验组
甬优1540+牡盖酸清(粉剂)	0.062	0.046
甬优9号+牡盖酸清(粉剂)	0.051	0.043
中浙优8号+牡盖酸清(粉剂)	0.057	0.059

由表 8可知，试验小区产出的水稻稻谷的镉含量均未超过GB 2762—2017的限量要求。试验选用的甬优1540、甬优9号、中浙优8号既是当地主栽品种，又是《福建省重金属污染耕地安全利用技术指南(试行)》推荐的低积累镉水稻品种。试验结果表明：甬优1540+牡盖酸清(粉剂)和甬优9号+牡盖酸清(粉剂)处理表现出较好的降镉效果，水稻稻谷的镉含量分别降低25.8%、15.7%；中浙优8号+牡盖酸清(粉剂)处理的降镉效果不明显。因牡盖酸清(粉剂)对土壤及水稻的降镉效果并不明显(见表 2)，表明甬优1540和甬优9号对重金属镉的富集能力较弱，与低积累水稻品种试验区所得结果一致。

低积累水稻品种+土壤调理剂试验区的水稻农艺性状和产量见表 9。甬优1540+牡盖酸清(粉剂)和中浙优8号+牡盖酸清(粉剂)处理对水稻农艺性状和产量均表现出积极的作用，产量分别增加7.5%和6.9%；甬优9号+牡盖酸清(粉剂)对水稻农艺性状和产量的提升无明显效果。

表 9

低积累水稻品种+土壤调理剂试验区的水稻农艺性状和产量

项目	处理	株高/ cm	有效穗/ (万穗·亩^-1)	秸秆质量/ (kg·亩^-1)	千粒质量/ g	产量/ (kg·亩^-1)
甬优1540+牡盖酸清(粉剂)	CK	100.6	14.0	14.90	28.60	469.37
	试验组	99.0	18.5	13.00	28.44	504.60
甬优9号+牡盖酸清(粉剂)	CK	106.6	18.5	14.97	28.60	548.77
	试验组	101.4	21.4	11.39	29.08	514.71
中浙优8号+牡盖酸清(粉剂)	CK	131.6	21.3	19.77	28.36	549.69
	试验组	132.6	18.5	20.05	28.24	587.88

3 结语

本文通过设立低积累水稻品种、土壤调理剂、叶面阻控剂等3种筛选试验区以及低积累水稻品种+水分调控+叶面阻控剂、低积累水稻品种+土壤调理剂等2种综合试验区进行试验，对比分析结果得出，在轻中度镉污染耕地修复治理中，适宜推荐种植的中低积累水稻品种为甬优1540、甬优4949、甬优15和甬优2640，推荐施用的土壤调理剂为富态威田美(颗粒)，推荐施用的叶面阻控剂为绿珑硒。综合试验区结果表明，通过对各单项措施进行组合，产生了较好的治理效果。在实际中轻度镉污染耕地的修复治理中，可根据实际情况对上述推荐使用的低积累水稻品种、土壤调理剂和叶面阻控剂进行组合应用，因地制宜地开展安全利用和修复治理。

ckwx 参考文献

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