王京文， 袁杭杰， 李丹， 杨文叶， 张奇春

(1.杭州市农业技术推广中心，浙江 杭州 310020； 2.浙江大学环境与资源学院 污染环境修复与生态健康教育部重点实验室，浙江 杭州 310058)

杭州市地处我国经济发达地区，近30 a来，随着社会经济的快速发展，农业生产中含镉肥料和农药的大量使用以及工业“三废”的排放，使得镉元素成为杭州市耕地土壤重金属污染的最大威胁，严重影响了生态环境和农产品安全。镉是植物非必需元素，但可以被植物吸收和富集，并对其生长发育产生影响，降低农产品的产量和品质。通过食物链的作用，植物中的镉在人和动物体内富集，并引发各种疾病[1]。

目前，针对大面积的土壤污染治理，施用土壤改良剂被认为是一种较为经济、方便的土壤修复方法，能有效地改善土壤性质，降低重金属污染物的生物可利用性[2-4]。土壤改良剂一般以天然改良剂比如石灰、沸石、钙镁磷肥较为常见，不同原料的改良剂改良土壤的原理和功效各不相同[2-3]。向土壤添加1种或2种混合改良剂的试验研究比较常见[5-7]，而添加3种或3种以上混合土壤改良剂的研究鲜见报道。前期的研究表明，采用石灰、沸石、过磷酸盐和生物质炭4种土壤改良剂按一定比例混合比单一添加效果更好，且有利于土壤生态的保持。为了进一步验证此混合改良剂的大田施用效果，按4个添加量水平在杭州市富阳区和桐庐县镉污染稻田分别进行了田间试验，主要通过增加土壤pH值来降低土壤中交换态镉的含量，同时使各种改良剂共同发挥作用，达到受污染耕地安全利用的最佳效果，探寻出行之有效的治理方法，为污染土壤安全生产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究设2个田间试验，分别在杭州市富阳区和桐庐县进行。试验点所属区域均属亚热带季风气候区，四季分明，雨水较多，光照充足。富阳和桐庐试验点年平均气温分别为16.6和16.5 ℃，年降水量分别为1 458和1 552 mm。土壤类型分别为水稻土土类、渗育型水稻土亚类、培泥砂田土属、培泥砂田土种和水稻土土类、潴育型水稻土亚类、黄泥砂田土属、黄泥砂田土种。供试水稻品种分别为甬优5550和秀水11。2个试验点内灌溉、排水设施完善，道路通达良好。试验点的土壤理化性质详见表1。

表1 供试土壤的基本理化性质

试验点所用改良剂(简称RM，下同)由石灰、沸石、过磷酸钙和生物质炭按71∶23∶5∶1质量比例混合组成。所用石灰(农用石灰)主要成分为CaO，镉含量为0.36 mg·kg-1；沸石主要成分为斜发沸石，占70%～75%；过磷酸钙为农用肥料，P2O5≥12%；生物质炭由农作物秸秆制成。

1.2 处理设计

试验采取完全随机区组设计，小区面积为20 m2(2 m×10 m)。设4个处理：即添加混合改良剂0(对照，CK)、0.1%、0.2%和0.5% 4个水平，依次记为CK、RM1、RM2和RM3。根据耕作层20 cm和土壤容重进行换算，混合改良剂小区施用量分别为0、4.4、8.8和22.0 kg。小区间筑埂并覆盖塑料薄膜防渗，并设有独立的灌排沟渠。在水稻移栽前将混合改良剂均匀撒施于土壤表面，通过耕作技术使其与耕作层充分混合均匀。所有小区的种植和田间管理与当地大田生产保持一致。

富阳试验点水稻于2019年5月23日播种，6月15日移栽，10月30日成熟收获。6月1日施好乐耕肥料(N 15%，P2O54%，K2O 6%)600 kg·hm-2作基肥，6月5日撒施改良剂，6月28日施用尿素225 kg·hm-2，7月15日追施水稻专用肥(N 20%，P2O58%，K2O 12%)450 kg·hm-2，8月14日喷施氨基酸叶面肥1.5 mL·hm-2，水稻生长期间因病虫害喷施农药2次。

桐庐试验点水稻于2019年5月25日播种，6月18日移栽，10月31日成熟收获。6月1日施用商品有机肥3 000 kg·hm-2、绿聚能复合肥(N 15%，P2O515%，K2O 15%)300 kg·hm-2作基肥，6月4日撒施改良剂，6月28日施尿素150 kg·hm-2，7月8日追施绿聚能复合肥(N 15%，P2O515%，K2O 15%)300 kg·hm-2，8月10日追施尿素90 kg·hm-2，水稻生长期间因病虫害喷施农药2次。

1.3 样品采集

所采集的新鲜土样经自然风干、碾压均匀后装袋待测。水稻收获前1 d 取稻谷样，稻谷经晒干后去糙粉碎、待用。

1.4 检测方法

土壤基本理化性质按文献[8]测定，土壤pH值采用去离子水提取(水土比为2.5∶1)、pH酸度计测定，土壤全镉用王水-硝酸-高氯酸消解，土壤有效态镉用DTPA法提取[9]，水稻糙米全镉用硝酸-高氯酸湿法硝解。消解液及浸提液稀释定容过滤后用电感耦合等离子体质谱法测定镉含量。

2 结果与分析

2.1 土壤pH

由表2可以看出，土壤中施入混合改良剂后会对土壤pH值产生影响。与CK相比，施入混合改良剂一段时间内可增加土壤pH值，且随混合改良剂添加量增加而增加。随着混合改良剂施入土壤时间的延长，混合改良剂对土壤pH值的影响逐渐减少。富阳和桐庐试验点各处理在水稻孕穗期土壤pH值分别增加了1.00～2.40和0.56～2.82单位，在成熟期土壤pH值分别增加了0.88～1.50和0.24～2.12单位，施用改良剂一年后土壤pH值分别增加了0.33～1.00和0.11～0.62单位。施入改良剂后的一年内，各处理的土壤pH值变化趋势为先升高到一定程度后再下降，其中RM3处理后的土壤pH值升幅最高，但降幅也最大，RM1处理后的土壤pH值与CK相近。造成上述情况的原因主要为混合改良剂中的石灰和沸石属于碱性物质，碱性物质可提高土壤pH值，对改良土壤pH值有一定的实效性。

2.2 土壤有效态镉

由表2可以看出，土壤中施入混合改良剂后会对土壤重金属有效态镉含量产生影响。土壤重金属有效态镉含量的变化趋势与土壤pH相反。与CK相比，富阳和桐庐试验点各处理在水稻孕穗期土壤有效态镉含量分别降低了19.2%～31.3%和10.7%～35.8%，在成熟期分别降低了9.0%～30.3%和7.1%～29.4%，施用改良剂一年后分别降低了2.5%～12.5%和4.2%～13.7%。施用改良剂一年内，均为RM3处理土壤有效镉含量降幅最大，但随着混合改良剂施入时间的延长对土壤有效态镉含量的影响逐渐减小。造成上述情况的原因主要为土壤pH是影响土壤重金属镉形态的关键因素[10]，土壤pH值增加，有利于土壤中水溶态和交换态镉向碳酸盐结合态、铁锰氧化态和有机结合态转化。施用改良剂一年内，混合改良剂通过增加土壤pH值，促进了交换态镉向难溶态转化，但转化效果慢慢减弱。

表2 施入改良剂后土壤pH和有效态镉含量情况

2.3 水稻产量

表3看出，添加混合改良剂有助于提高水稻的产量。与CK相比，施入改良剂后各处理的水稻产量均有所增加，富阳和桐庐试验点产量分别提高3.0%～16.3%和2.3%～10.6%，产量增加幅度依次为RM2>RM1>RM3。RM3处理产量增加幅度最小，表明在改良剂施入一定量时产量增加幅度会呈下降趋势，施入过多会造成作物减产。

表3 施入改良剂后水稻产量和糙米镉含量情况

2.4 水稻全镉

表3看出，与CK相比，添加混合改良剂处理能明显降低水稻糙米中的镉含量，且混合改良剂添加量越大，糙米镉含量越低。富阳和桐庐试验点各处理糙米镉含量分别降低13.0%～51.9%和降低7.4%～61.8%。根据GB 2762—2017《食品中污染物限量》规定糙米中镉的限量为0.2 mg·kg-1，两个试验点施入改良剂后各处理水稻糙米中镉含量均低于限量值。值得一提的是，桐庐试验点的土壤全镉和有效镉含量均高于富阳试验点，但两地相对应的糙米中镉含量基本都呈相反的规律，由此可判断，桐庐试验点水稻品种秀水11富集镉元素能力差于富阳试验点水稻品种甬优5550，其可作为低积累水稻品种进行推广，这与施燕[11]研究的结果相一致。

3 小结

混合改良剂主要通过增加土壤pH值来降低土壤有效态镉和农作物对有效性镉的吸收，且有助于增加水稻的产量。与对照相比，2个试验点提高土壤pH值和降低有效态镉含量的效果均是随着混合改良剂施入土壤中时间的延长而减弱，施入一年后RM1处理土壤pH值和土壤有效态镉含量接近对照。各处理的水稻产量均有增加，但RM3处理增加幅度已不明显。

添加混合改良剂有助于降低水稻糙米镉含量，施用改良剂后各处理水稻糙米中镉含量可达安全食用标准，且水稻品种秀水11低吸收镉特征优于甬优5550。总体来看，混合改良剂施用一年后对稻田镉污染的修复效果已逐渐减弱，基于改善土壤理化性状、提升作物产量和降低糙米中镉含量目的，建议水稻品种选择秀水11、应用改良剂RM2(0.2%)处理进行示范推广。