謝煒，徐立軍，石一珺，王潔，倪中應(yīng)

(桐廬縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 桐廬 311500)

治理重金屬污染土壤的常用方法有工程措施、物理修復(fù)、生物修復(fù)和化學(xué)穩(wěn)定修復(fù)等[1-3]?；瘜W(xué)穩(wěn)定修復(fù)因具對(duì)環(huán)境破壞較小、治理成本較低、效果持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)、便于操作等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一類(lèi)實(shí)用的污染土壤治理技術(shù)。鈍化劑包括石灰、黏土礦物、煤灰、淤泥、含石膏和鐵鋁的工業(yè)副產(chǎn)品等[3-6]。不同鈍化劑對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果有較大的差異[7-10]，同時(shí)，鈍化劑對(duì)污染土壤的修復(fù)效果也會(huì)因土壤性狀的差異而有所變化。我國(guó)南方地區(qū)的鎘污染農(nóng)田土壤兼具酸化特點(diǎn)，如何選擇合適的鈍化劑修復(fù)這些土壤是南方地區(qū)污染農(nóng)田安全利用需要考慮的重要內(nèi)容。為了解常用鈍化劑對(duì)酸性鎘輕度污染農(nóng)田土壤的修復(fù)效果，在水稻-小麥種植模式下于2016—2018年進(jìn)行了不同用量生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑對(duì)降低土壤酸度、土壤有效鎘及籽粒中鎘積累的效果試驗(yàn)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)在桐廬縣某污染農(nóng)田中進(jìn)行。供試農(nóng)田土壤為水稻土，含鎘量為0.350 mg·kg-1，土壤pH平均為5.00，土壤質(zhì)地為壤土，有機(jī)質(zhì)含量為28.50 g·kg-1。

1.2 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選擇生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑，各設(shè)計(jì)3個(gè)用量梯度，同時(shí)設(shè)置不施用鈍化劑的處理為對(duì)照。鈍化劑在試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)施用，并與耕層土壤充分混合。小區(qū)面積30 m2，重復(fù)4次，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間用土埂隔離，但預(yù)留排/進(jìn)水口。除鈍化劑處理外，其他水肥農(nóng)藝調(diào)控管理措施保持一致，肥水管理按當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行。試驗(yàn)期間種植作物依次為小麥-水稻-小麥-水稻，品種依次為華麥5號(hào)、甬優(yōu)538、蘇麥188和甬優(yōu)1540。

鈍化劑3個(gè)用量梯度：生石灰1.50、3.00和4.50 t·hm-2，代號(hào)分別為L(zhǎng)M1、LM2、LM3；鈣鎂磷肥2.25、3.75和7.50 t·hm-2，代號(hào)分別為CM1、CM2、CM3；生物質(zhì)炭3.75、7.50和15.00 t·hm-2，代號(hào)分別為BC1、BC2、BC3；羥基磷灰石2.25、3.75和7.50 t·hm-2，代號(hào)分別為SI1、SI2、SI3。

1.3 分析方法

在每季作物收獲時(shí)，分別測(cè)定小區(qū)產(chǎn)量，同時(shí)采集各小區(qū)表層土壤和籽粒樣品用于分析土壤pH、土壤有效鎘和籽粒鎘含量。

采集的土壤樣品經(jīng)室內(nèi)風(fēng)干后分別過(guò)2和0.15 mm塑料土篩，用于土壤性狀和鎘測(cè)定。水稻和小麥籽粒樣品風(fēng)干后磨細(xì)過(guò)0.15 mm塑料土篩。土壤pH和有機(jī)碳等采用常規(guī)方法測(cè)定；土壤鎘用硝酸-高氯酸消化，土壤有效鎘采用EDTA提取[11]，籽粒中鎘采用HNO3-HClO4聯(lián)合消煮(GB/T 5009.15—2003)。消化物、提取物中鎘采用石墨爐原子吸收法測(cè)定。

分析數(shù)據(jù)用Excel 2010處理，采用SAS8.1軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤pH值和土壤質(zhì)量的影響

2018年水稻收獲時(shí)表層土壤分析結(jié)果(表1)表明，施用生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑均可顯著提高土壤pH值。與對(duì)照土壤比較，pH值提高0.13～0.44單位，并隨鈍化劑用量的增加而增加，尤以生石灰和羥基磷灰石的使用效果最為明顯。除施用中量、高量生物質(zhì)炭處理(BC2、BC3)能顯著提高土壤有機(jī)質(zhì)和陽(yáng)離子交換量(CEC)外，其他鈍化劑的施用對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)和CEC均無(wú)顯著影響。除施用生石灰外，施用鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石后土壤有效磷和速效鉀均有顯著的提高。這一結(jié)果表明，施用生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑不會(huì)對(duì)土壤肥力質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，且能改善土壤肥力性狀。

表1 各處理對(duì)土壤pH值和土壤質(zhì)量的影響

2.2 對(duì)土壤有效鎘含量的影響

表2表明，與對(duì)照比較，不同類(lèi)別的鈍化劑對(duì)土壤中鎘均有明顯的鈍化效果，但鈍化效果因鈍化劑種類(lèi)與施用量不同有較大的差異。鈍化效果一般隨鈍化劑用量的增加而增加。由于試驗(yàn)點(diǎn)土壤酸化嚴(yán)重，在施用適量石灰的情況下，土壤有效鎘含量可比對(duì)照下降45%以上，最高可達(dá)66%。施用生物質(zhì)炭和羥基磷灰石對(duì)降低土壤鎘的效果也較為明顯，有效鎘含量的下降幅度分別在37%～66%和35%～58%；施用鈣鎂磷肥對(duì)降低土壤有效鎘含量的效果相對(duì)較弱，為31%～48%。施用生石灰降低土壤中的有效鎘含量與施用生石灰后土壤pH值提高有關(guān)；施用羥基磷灰石、鈣鎂磷肥降低土壤中的有效鎘含量與施用羥基磷灰石、鈣鎂磷肥后土壤pH值提高及磷與鎘形成難溶性化合物有關(guān)；而施用生物質(zhì)炭降低土壤中的有效鎘含量與施用生物質(zhì)炭后增加了有機(jī)質(zhì)對(duì)鎘的絡(luò)合作用及pH值提高降低了鎘的有效性有關(guān)。

表2 各處理對(duì)土壤有效鎘含量的影響

2.3 對(duì)籽粒中鎘含量的影響

表3結(jié)果表明，4種鈍化劑的施用均可對(duì)水稻和小麥籽粒中鎘有明顯的降低作用，下降量隨鈍化劑用量的增加而增加。

表3 各處理對(duì)水稻和小麥籽粒鎘含量的影響

2017年小麥試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照比較，生石灰降低小麥籽粒鎘含量3.6%～18.1%，鈣鎂磷肥降低小麥籽粒鎘含量0.4%～8.0%，生物質(zhì)炭降低小麥籽粒鎘含量6.5%～15.6%，羥基磷灰石降低小麥籽粒鎘含量8.0%～12.3%。2017年水稻試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照比較，生石灰降低水稻籽粒鎘含量50.6%～61.2%，鈣鎂磷肥降低水稻籽粒鎘含量43.0%～61.6%，生物質(zhì)炭降低水稻籽粒鎘含量52.3%～69.2%，羥基磷灰石降低水稻籽粒鎘含量39.2%～60.8%。

2018年小麥試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照比較，生石灰降低小麥籽粒鎘含量26.5%～34.2%，鈣鎂磷肥降低小麥籽粒鎘含量19.4%～34.8%，生物質(zhì)炭降低小麥籽粒鎘含量22.6%～40.7%，羥基磷灰石降低小麥籽粒鎘含量21.3%～43.2%。2018年水稻試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照比較，生石灰降低水稻籽粒鎘含量29.0%～43.2%，鈣鎂磷肥降低水稻籽粒鎘含量27.0%～40.2%，生物質(zhì)炭降低水稻籽粒鎘含量26.6%～40.2%，羥基磷灰石降低水稻籽粒鎘含量22.4%～34.0%。

施用鈍化劑除第1季小麥效果較小外，其他3季作物中均有顯著的效果，平均效果以施用石灰和生物質(zhì)炭為較高。施用鈍化劑對(duì)水稻籽粒中鎘含量降低效果大于對(duì)小麥籽粒中鎘的效果，鈍化劑用量較大時(shí)水稻籽粒中鎘的水平可下降50%以上。生石灰用量以3.00～4.50 t·hm-2為宜，生物質(zhì)炭用量以7.50 t·hm-2為宜。第1季小麥試驗(yàn)中，鈍化劑對(duì)降低小麥籽粒中鎘效果較小可能與鈍化劑施入土壤時(shí)間較短、與土壤中鎘作用不夠充分有關(guān)。

2.4 對(duì)作物產(chǎn)量的影響

表4為以對(duì)照為參照的各處理相對(duì)產(chǎn)量。結(jié)果表明，施用不同種類(lèi)、不同用量的鈍化劑對(duì)小麥和水稻產(chǎn)量均沒(méi)有顯著的影響，但多數(shù)情況下作物產(chǎn)量有輕微的增加。

表4 各處理對(duì)水稻和小麥相對(duì)產(chǎn)量的影響

3 小結(jié)

試驗(yàn)結(jié)果表明：生石灰、鈣鎂磷肥、生物質(zhì)炭、羥基磷灰石等4種鈍化劑對(duì)提高土壤pH值、降低土壤有效鎘和水稻、小麥籽粒中鎘的含量均有效，其效果隨鈍化劑用量的增加而增加；施用鈍化劑對(duì)降低水稻籽粒中鎘積累的效果大于對(duì)降低小麥籽粒中鎘積累的效果，鈍化效果以生石灰和生物質(zhì)炭為最佳，生石灰、生物質(zhì)炭的用量分別以3.00～4.50和7.50 t·hm-2為宜；4種鈍化劑的施用均不會(huì)對(duì)土壤肥力質(zhì)量產(chǎn)生負(fù)面影響，并可輕微增加作物的產(chǎn)量。