稻田镉砷污染阻控原理与技术应用

2.2土壤钝化技术应用

2013—2015 年，我们在广东佛冈和仁化两地开展了为期3 年的土壤钝化技术应用效果的大田试验。在水稻插秧前一周，每公顷撒施2250  kg铁基生物炭土壤调理剂。成熟期采集水稻样品，采用石墨炉原子吸收测定稻米中镉，高效液相色谱和原子荧光联用测定稻米中无机砷。总体上，土壤钝化技术应用可显著降低稻米中镉/砷的含量(图5)。相比对照，施用铁基生物炭土壤调理剂后，稻米镉、无机砷含量均值从0.59、0.24  mg˙kg^-1 降至0.30 mg˙kg^-1 和0.18  mg˙kg^-1，降幅分别为48%和24%;按水稻的种植季节分，施用铁基生物炭土壤调理剂后早稻和晚稻的稻米镉含量与对照相比均显著降低，而稻米无机砷含量与对照比无显著性差异(图5)。土壤中有效态的镉(乙酸和乙酸钠缓冲溶液提取)和有效态的砷(0.05  mol˙L^-1 NH4H₂PO₄ 提取)与对照相比显著降低。施用铁基生物炭土壤调理剂后，土壤中有效态镉、有效态砷含量均值从1.5、3.0 mg˙kg^-1 降至1.1 mg˙kg^-1 和2.3  mg˙kg^-1，降幅分别为25%和24%。这说明铁基生物炭土壤调理剂可有效降低土壤中镉和砷的移动性，从而降低镉砷在稻米中的积累。按前面提到的稻米镉/无机砷污染程度的划分标准，在广东佛冈和仁化两地开展的土壤钝化技术应用大田试验样点的稻米镉42%为轻度污染，16%为中度污染，42%为重度污染;稻米砷为轻度污染。施用铁基生物炭土壤调理剂后，轻度、中度及重度污染的稻米镉含量均值分别从0.28、0.56、0.77  mg˙kg^-1 降至0.16、0.35、0.35 mg˙kg^-1，降幅分别为41%、38%及54%，与对照相比，均呈显著性差异(图5和图6)。

此外，我们委托原农业部稻米及制品质量监督检验测试中心对施用铁基生物炭土壤调理剂后的糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉、蛋白质及长款比等稻米品质指标进行了测定，结果表明施用铁基生物炭土壤调理剂对稻米品质无显著影响。

2.3生理阻隔+土壤钝化技术应用

2013—2015 年，我们在广东省清远市佛冈县开展了为期3  年的生理阻隔+土壤钝化技术应用效果的大田试验。该样点土壤pH为4.58，有机质含量15.3 g˙kg^-1，总镉含量2.86 mg˙kg^-1，总砷含量22.6  mg˙kg^-1。按照国家土壤环境质量标准GB 15618—1995，二级标准值总镉0.3 mg˙kg^-1、总砷30  mg˙kg^-1，广东佛冈样点的土壤为重度镉污染，土壤砷不超标。在水稻插秧前一周，每公顷撒施2250 kg 铁基生物炭土壤调理剂;在水稻分蘖盛期及灌浆期以7500  mL˙hm-²  的用量喷施生理阻隔剂“降镉灵”。成熟期采集水稻样品，采用石墨炉原子吸收测定稻米中镉，高效液相色谱和原子荧光联用测定稻米中无机砷。总体上，生理阻隔和土壤钝化技术的单独应用及组合应用均具有较好的降镉和降砷效果(图7)。施用生理阻隔剂后，稻米镉及无机砷含量均值从0.65、0.29  mg˙kg-1 降至0.39 mg˙kg^-1 和0.18  mg˙kg^-1，降幅分别为40%和38%;施用铁基生物炭土壤调理剂后，稻米镉及无机砷含量均值从0.65、0.29 mg˙kg^-1 降至0.37 mg˙kg-1  和0.18 mg˙kg^-1，降幅分别为43%和38%;同时施用生理阻隔剂和铁基生物炭土壤调理剂后，稻米镉及无机砷含量均值从0.65、0.29 mg˙kg^-1 降至0.20 mg˙kg^-1 和0.16  mg˙kg^-1，降幅分别为70%和45%。试验结果表明生理阻隔与土壤钝化的组合技术相比单一技术具有更好的降镉和降砷效果。

此外，我们对施用铁基生物炭土壤调理剂后土壤pH、有机质含量及阳离子交换容量进行了测定，结果表明施用铁基生物炭土壤调理剂可提高土壤有机质含量、阳离子交换容量，但不显著，同时可显著提高土壤pH。pH  值的升高有利于铁基生物炭固定镉砷，从而降低其移动性和有效性。

3 结 论

我国稻田重金属污染以中轻度为主，占90%以上，稻米镉/砷超标率高的主要原因是独特的地理特点与耕作制度造成的稻田土壤中镉/砷活性较高。以农产品安全为目标，土壤铁循环钝化技术可定向调控土壤铁循环过程，降低土壤镉/砷的移动性;硅/硒营养生理阻隔技术可抑制镉/砷由水稻根系向稻米迁移，这两项技术为核心的阻控技术与农业生产相结合，实现了边生产边治理，可大幅提高中轻度污染稻田的安全利用率。