李威 刘艳 李慧

摘要 [目的]研究VIP+n技术对攸县轻度酸性镉污染农田早晚两季的修复效果。[方法]对攸县约33.33 hm2示范项目进行布点采样、结果分析与实施监管。[结果]采用VIP+n技术能明显提高酸性土壤pH，缓解土壤酸化，降低土壤中有效态镉含量（降低幅度为44.50%～81.33%），且对土壤有机质含量不产生明显影响;同时降低稻米镉含量，使种植示范区水稻稻米中的镉含量均达到我国《食物中污染物限量》，不减少水稻产量。[结论]VIP+n技术成本相对较低，降镉效果明显，具有复制和推广的意义。

关键词 酸性镉污染农田;VIP+n技术;有效态镉;土壤调理剂

中图分类号 X53文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）19-0099-04doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.029

开放科学（資源服务）标识码（OSID）：

Abstract [Objective]To study the remediation effect of VIP+n technology on the acidic farmland soil slightly polluted by cadmium in Youxian.[Method]Spot sampling，result analysis and implementation supervision for the Youxian demonstration project with 33.33 hm2 were carried out.[Result]The application of VIP+n technology could significantly improve the pH value of acidic soil，alleviate soil acidification，and reduce the content of available cadmium in soil （the reduction range was 44.5%-81.33%），and had no significant effect on the content of soil organic matter.At the same time，the cadmium content of rice in the planting demonstration area reached the limit of pollutants in food in China，and the yield of rice was not reduced.[Conclusion]VIP+n technology has relatively low cost，obvious effect of reducing cadmium，and has the significance of replication and promotion.

Key words Acid cadmium pollution of farmland;VIP +n technology;Available cadmium;Soil conditioner

耕地是人类赖以生存的最基本资源，具有不可替代的生产和生态功能，是食物安全的基础和保障，对地表水、食物链、生物多样性和大气层的保护起到至关重要的作用[1-3]。然而目前，我国耕地面临土地污染加重、优质耕地减少、土壤退化日益突出等问题，严重制约着

耕地质量[4-6]。2014年4月，我国土壤污染调查公报中指出，现阶段全国土壤污染状况不容乐观，总超标率达16.1%，以镉污染最为严重的无机污染类型为主，占无机污染点位的7%，而耕地污染约占耕地总面积的1/5，涉及11个省25个地区，其污染面积为1.3×104 hm2[7]。在长株潭地区，重金属镉、砷、铅、锌等主要以三废排放的外源污染形式进入土壤，其中镉污染最为严重[8]。

目前镉污染农田修复途径：一是把土壤中镉含量降低至国家限量标准以下，但这种技术成本很高，尚无可以大面积实施的技术措施;二是采用降低土壤中镉有效态含量及水稻镉转运能力，可以较大幅度降低稻米镉含量，这种技术成本较低，可复制可推广。镉污染农田的修复技术有单项修复技术，如种植镉低累积品种、撒施土壤调理剂、水分调控、喷施叶面阻控剂、撒石灰等。组合技术包括这几种单项措施的优化组合，其中在湖南较广泛使用的组合技术为VIP+n（V为种植镉低累积品种、I为淹水灌溉，P为调pH，n为喷施叶面阻控剂、撒施土壤调理剂等）技术[9]。不管是哪种修复技术，降低稻米中镉的途径主要是减少镉从土壤向植株的输送;阻断镉从植株根部向稻米的转运[10-11]。

笔者针对湖南省攸县水稻种植区的土壤性质及污染特点、种植模式，将多种调控措施进行优化组合和集成，以稻米镉达标为目标，因地制宜地选择VIP+n修复模式进行示范，加强过程监测监管，实施到位组织管理，实现对农田污染的修复和农田资源可持续循环利用。

1 材料与方法

1.1 试验地概况 试验地位于株洲市攸县，示范面积为3333 hm2，属于产粮大县。该地区位于湘江上游，地下矿产资源丰富，植物物种资源丰富，雨水充沛，属于亚热带季风湿润气候常绿阔叶林带，无霜期平均285 d，年均气温16～18 ℃，土壤类型为酸性潮泥田。经调查，示范区土壤全镉为0.3～0.6 mg/kg，稻米镉为0.2～0.4 mg/kg，pH为5.0～6.0，属于轻度污染区域（图1）。

1.2 试验材料

供试土壤：株洲市攸县0～20 cm的耕层土壤。其土壤理化性质：pH 5.8，CEC 12.59 cmol/kg，速效钾138.26 mg/kg，碱解氮219.45 mg/kg，有效磷20.84 mg/kg，有机质48.12 g/kg，总镉0.38 mg/kg，有效镉0.09 mg/kg。

供试土壤调理剂：采用ME土壤调理剂，该土壤调理剂参加了湖南省农业资源与环境保护管理站重金属污染耕地修复治理新产品新技术集中展示，并入围了推荐产品名录，基本理化性质：CaO 30.24%，MgO 33.49%，Al2O5 4.21%，SiO2 5.87%，Fe 3.65%，Na 0.86 mg/kg，K 0.37 mg/kg，pH 1059，水分5.85%，粒厚（≤5.00 mm）≥90，Pb<10.00 mg/kg，Cd 3.40 mg/kg，Cr 38.00 mg/kg，Hg<5.00 mg/kg，As <10.00 mg/kg。汞、镉、铬、砷、铅含量低于《水溶肥汞、砷、镉、铅、铬的限量要求》（NY1110）。

供试水稻品种：早稻品种为株两优189，晚稻品种为隆香优130。

供试生石灰：采用湖南恒旺碳酸钙有限公司的生石灰，生石灰质量要求为氧化钙（CaO）含量大于70%，细度为80%通过10目标准筛，汞含量小于或等于2 mg/kg，砷含量小于或等于10 mg/kg，镉含量小于或等于3 mg/kg，铅含量小于或等于50 mg/kg，铬含量小于或等于50 mg/kg。

供试叶面阻控剂：采用降镉灵，该产品参加了湖南省农业资源与环境保护管理站重金属污染耕地修复治理新产品新技术集中展示，并入围了推荐产品名录。

周边灌溉水：镉含量在0.01～0.25 μg/L，低于现行灌溉水标准（表1）。

1.3 试验设计 攸县案例地试验地面积：CK 0.33 hm2，VIP+n 33.33 hm2。

1.4 管控措施

1.4.1 种植镉低积累水稻品种。

水稻品种从湖南省《应急性镉低累积水稻品种知道目录》中选择，早稻采用株两优189，晚稻采用隆香优130杂交水稻。项目实施依托乡镇、农技站组成三级机构协调各村、组、农户的关系，组织育秧团队进行育秧，统一运送到项目地，统一插秧，确保镉低积累品种及时育秧，插秧，不误农时，保证项目的顺利实施。

1.4.2 淹水灌溉。

農田水分调控可以改变土壤中镉（Cd）等重金属元素的有效性，影响植物对重金属元素的吸收积累。早晚两季实行全生育期淹水灌溉，按照《镉污染稻田安全利用田间水分管理技术规程》统一实施，全生育期保持田间有水层，直到收割前7 d左右自然落干，尤其是在抽穗前20 d至抽穗后20 d内必须保证田间有3 cm水层，杜绝土壤干湿交替。在淹水灌溉期，安排专人负责，明确其工作职责，确保优化水分管理落实到位，同时建立灌溉水管理联席工作机制，确保源头不断水。

1.4.3 施用生石灰。

双季稻施用生石灰一次性基施，施用时间为双季早稻移栽前20 d，按照《镉污染稻田安全利用石灰施用技术规程》统一撒施，撒施量为2 250 kg/hm2。

1.4.4 施用土壤调理剂。

早晚两季均采用ME土壤调理剂，根据示范农田污染程度，施加量为3 000 kg/hm2。实施人员在撒施时将该产品均匀撒在农田里，然后翻耕混合，放置3～5 d，使产品与土壤充分反应。在撒施过程中实施人员均佩戴口罩、手套，防止粉尘的吸入。

1.4.5 喷施叶面阻控剂。

早晚稻采用降镉灵叶面阻控剂，选用人工喷雾，实施人员选择晴天进行喷施，每次用量为3 750 mL/hm2，对水1 500 L进行喷施。喷施过程均匀喷施，将叶面阻控剂均匀喷施于叶面的正面和背面，喷施过程先上后下，中速均匀，以水稻叶面湿润、不滴液为宜。

1.5 样品采集与分析

1.5.1 样品采集。

按照随机布点法进行布点采样，在犁田前采集土壤样品，测定其理化性质;水稻原始期（采用VIP+n技术前）、分蘖期、成熟期采集土壤和植物样品。示范项目按照约每0.67 hm2采集一个混合样品，空白对照采集一个混合样品。土样取0～20 cm耕作层混合样，稻谷样品与土样均采用5点法“一对一”进行采集。将采集的土壤自然风干后分别过100目和20目筛备用。稻谷样品于105 ℃下杀青30 min，然后在70 ℃下烘干，研磨过40目筛备用。土壤检测指标为pH、土壤有效态镉、土壤有机质含量;稻米检测指标为全镉。

1.5.2 样品分析。

土壤pH采用便携式pH计（Sevn2GoS2pH/Mv）现场进行测定，土壤阳离子交换量、碱解氮、有机质含量、速效钾、有效磷等理化性质均采用《土壤农化分析与环境监测》中的方法进行分析[12];土壤有效态镉采用盐酸（0.1 mol/L）提取法[10]进行提取后，采用石墨炉-原子吸收分光光度计（AS-500）测定;土壤总镉采用HF-HClO4-HNO3消解后，用火焰-原子荧光光谱仪（AA-7003）测定。

稻米镉含量：水稻籽粒去壳后研磨，过40目筛，称取0.5 g样品，采用《食品中镉的测定》GB 5009.15—2014预处理后采用石墨炉-原子吸收分光光度计（AS-500）测定。

水稻产量：采用人工称重法进行测定。

1.6 数据分析 数据处理、相关分析及图表由Microsoft excel 2019绘制。

2 结果与分析

2.1 VIP+n技术对农田土壤pH的影响

在采用VIP+n技术前（以下称原始期），土壤pH为4.83～5.9。采用VIP+n技术后，早稻水稻分蘖期土壤pH为5.49～7.96，与原始期比较，1～10号取样点土壤pH明显增加（增加幅度为1.45～313）;水稻成熟期土壤pH 为5.67～7.20，与原始期比较，增加幅度为0.98～2.31，但与分蘖期比较，1～10号取样点土壤pH除6号取样点外均有所降低。晚稻水稻分蘖期土壤pH为553～7.76，与原始期比较，1～10号取样点土壤pH增加幅度为1.74～2.61;水稻成熟期土壤pH为5.47～7.91，1～10号取样点土壤pH增加幅度为1.87～2.93。然而，早晚稻空白取样点不同时期的pH变化不大。此外，晚稻分蘖期和成熟期的土壤pH比早稻分蘖期和成熟期的土壤pH均高（图2）。

这是由于该研究为酸性镉污染农田，VIP+n技术中有撒施生石灰和土壤调理剂等措施，生石灰和土壤调理剂均呈碱性。早稻中，生石灰撒施量为2 250 kg/hm2，土壤调理剂撒施量为3 000 kg/hm2;晚稻中，继续施加土壤调理剂3 000 kg/hm2，因此采用VIP+n技术后农田土壤中pH均明显提高，而且晚稻土壤pH大部分大于早稻pH。该研究pH均为不同时期现场进行测定，因此更能准确地反映该技术对现场农田土壤pH的影响程度。

2.2 VIP+n技术对土壤有效态镉含量的影响

土壤中有效态镉含量较低，为轻度镉污染农田。采用VIP+n管控模式后，1～10号取样点土壤有效态镉含量明显降低。与空白对照比较，早稻分蘖期土壤有效态镉降低幅度为44.5%～75.05%，早稻成熟期土壤有效态镉降低幅度为61.86%～81.33%;晚稻分蘖期土壤有效态镉降低幅度为46.6%～6867%，晚稻成熟期土壤有效态镉降低幅度为61.86%～8124%。早晚稻空白取样点不同时期的土壤有效态镉含量稍降低，但变化不大。这可能是由于撒施生石灰、土壤调理剂增加了农田土壤pH，降低了土壤有效态镉含量，这与文献报道一致[13-15]（图3）。

2.3 VIP+n技术对水稻稻米镉含量的影响

采用VIP+n技术后水稻稻米中镉含量的变化见图4。由图4可知，空白对照中早晚稻稻米中镉含量分别为0.23、0.28  mg/kg，均超过了我国《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所规定的大米镉限值0.2  mg/kg，长期食用镉大米将会对人体产生一定的健康风险。采用VIP+n技术后，各采样点稻米镉含量均明显降低，全部达到《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所规定的大米镉限值0.2  mg/kg，其中早稻稻米镉的降幅为63.8%～97.8%，晚稻稻米镉的降幅为75%～92.9%。这可能是由于以下几方面的原因：①添加了生石灰和土壤調理剂降低了土壤有效态镉含量，从而减少了稻米对土壤有效态镉的吸收[14，16-18];②淹水灌溉可以有效调控土壤Cd活性进而降低水稻对Cd的吸收[19-22];③喷施了叶面阻控剂，降低了水稻对镉的转运能力从而降低了稻米中镉含量[23-26];④低累积水稻品种的“高耐性、低富集”特点也是降低稻米中镉的一个原因[27]。

2.4 VIP+n技术对土壤中有机质含量的影响

采用VIP+n技术后土壤中有机质含量的变化见图5。由图5可知，空白对照土壤中的有机质在不同时期基本保持一致，而采用VIP+n技术后的大部分取样点有机质含量在水稻分蘖期有所增加，在成熟期又有所减少，无明显变化规律。这可能是施加生石灰和土壤调理剂对农田土壤中的有机质会产生一定的影响，但影响不大[28-29]。不同时期有机质含量可能还与水稻的生长吸收有一定的关系。

2.5 VIP+n技术对水稻产量的影响

采用VIP+n技术后早晚稻产量见表2。由表2可知，与空白对照比较，采用VIP+n技术后早稻增产3%，晚稻增产5.7%。采用VIP+n技术后对水稻产量未造成减产影响，且有一定的增产效果。这是由于ME土壤调理剂含有Si、Ca、Mg、Fe、K等，能改善土壤肥力，在合适的添加量范围内添加能促进水稻生长，增加水稻产量[30-31]。

3 结论

该研究采用的VIP+n修复技术操作相对简便，不影响传统耕作模式，能降低镉污染酸性农田种植水稻镉含量，种植示范区水稻稻米中的镉含量均达到我国《食物中污染物限量》（GB 2762—2012）中所规定的大米镉限值0.2  mg/kg，同时水稻产量有所增加;施加生石灰和土壤调理剂能提高酸性农田土壤pH，缓解土壤酸化，同时降低土壤中有效态镉含量，且对土壤有机质含量不产生明显影响。从经济成本考虑，建议种植低镉品种和淹水灌溉措施由农户自行实施，土壤调理剂施加量根据土壤性质和污染程度进行实施，确保经济效益的最大化。

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