研究“大三元”调理剂对土壤有效镉和稻米镉降低率的影响及其效益

互推小编 2023-12-29

摘要：以研发的“大三元”土壤调理剂产品为核心，精准运用分时计量施用技术，研究“大三元”土壤调理剂对土壤有效镉和稻米镉降低率的影响及其效益。结果表明，第4年定位补施半量土壤调理剂和第2年早稻补施半量土壤调理剂，对土壤有效镉和稻米镉含量降低效果相当，使土壤有效镉、稻米镉含量降低效果得到加强。采用该技术可有效降低成本，提高经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景。

关键词：分时计量原位修复土壤调理剂大三元经济效益自然地理学

湖南省是我国最大的稻米产区之一，素有“鱼米之乡”的美誉，但同时也是镉污染最严重的地区之一[1,2,3]。据权威机构调查，湖南长沙、株洲、湘潭三市的工矿区、城郊区、污灌区的16万hm2耕地，有11.3万hm2重金属污染超标，约占调查区域的2/3[4]。如何有效治理和安全高效利用重金属污染耕地，不仅关系到国家粮食安全生产，也关系到生态文明建设。近年来，为有效解决湖南省稻田镉污染和水稻安全生产的问题，湖南省微生物研究院、中南林业科技大学、湖南双红农科生态工程有限公司在农财两部重大科技专项子项目“钝化稻田镉复合微生物制剂的研发与示范”、湖南省自然科学基金重点项目“贪铜菌6-5富集土壤中重金属镉的分子机理研究”、长沙市科技重大专项“安全利用镉污染耕地“大三元”技术的开发与应用”等立项支持下，研究出了一种适用于南方中轻度镉污染稻田的高效镉固化产品“大三元”土壤调理剂，并形成配套适于推广应用的分时计量施用技术，该技术在保证产品高效、长效的基础上，可有效降低成本，提高经济效益和社会效益，为湖南省土壤镉污染原位修复治理提供了一种行之有效的途径。

1、材料与方法

1.1试验概况

试验于2014—2018年在湖南省岳阳县中洲乡进行。“大三元”土壤调理剂产品，由课题组研制。供试水稻品种：早稻为湘早籼45号，晚稻为湘晚籼13号。

1.2试验设计

试验共设2个处理，处理1，第1年早稻、晚稻连续施用土壤调理剂3～6t/hm2，第4年早稻晚稻均补施土壤调理剂1.5～3.0t/hm2；处理2，在晚稻种植前足量施用土壤调理剂3～6t/hm2，第2年早稻半量补施1.5～3.0t/hm2土壤调理剂，第2年晚稻及以后都不再施用。

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1.3检测方法

1.3.1土壤有效态镉含量测定。

称量10.00g过20目土壤样品，加入DTPA（二乙三胺五醋酸）浸提液（土∶水=1∶5)50mL，振荡2h后过滤，稀释20倍后用ICP-MS测定。

1.3.2稻米镉含量测定。

称量0.3g粉碎后的稻米样品于消煮管中，分别加入硝酸5mL、双氧水2mL，微波消煮，定容后过滤，用ICP-MS测定。

2、结果与分析

2.1施用土壤调理剂对土壤有效镉及稻米镉含量的影响

施用土壤调理剂使土壤有效镉含量降低明显，水稻对镉的吸收累积量明显减少。由表1可知，处理1有效镉含量降低了44.1%～68.6%，稻米镉含量降低33.8%～66.6%，土壤有效镉、稻米镉含量降低效果得到加强。处理2可确保3～4年有效镉含量、稻米镉含量显著降低。处理1和处理2对土壤有效镉和稻米镉含量降低效果相当。

2.2施用土壤调理剂技术效益分析

土壤调理剂对土壤有效镉的钝化效果持续4年，第4年是土壤调理剂效果衰减的关键节点，通过第4年补施半量土壤调理剂，可使其镉钝化效果恢复到与第1年水平相当。以4年周期计算，相比每2～3年增施足量土壤调理剂常规方式，该方式既保证了土壤调理剂施用长期效果的稳定性，同时可节约土壤调理剂施用成本70%以上；传统的早稻、晚稻连续施用调整为晚稻施用足量以确保晚稻米镉达标率，第2年早稻补施半量土壤调理剂，可确保3～4年土壤有效镉含量、稻米镉含量显著降低，同时可以节约土壤调理剂施用成本25%。综上所述，通过采用第4年定位补施半量处理和早稻补施半量处理为主要内容的分时计量施用技术，可以减少“大三元”土壤调理剂的长期施用剂量，压缩施用经济成本。该技术的经济效益和生态环保效益非常显著，可在湖南地区进行推广。

表1不同处理对土壤有效镉及稻米镉含量降低率的影响

2.3应用推广效益分析

研发的“大三元”土壤调理剂及构建的中轻度镉污染稻田分时计量施用技术模式，在湘西、湘北、湘南、湘中、湘东、江西和湖北等镉污染稻田进行推广应用，面积到6.2万hm2，产生了显著的社会效益和经济效益，对实现农业增产、农民增收起到巨大的推动作用。

2.3.1实际社会效益。

该产品及技术属于原位修复治理产品，不占用耕地、不影响农业生产和收益、对环境影响小。在全国多个县市区推广应用后，不仅可以显著降低稻田镉含量及稻米镉含量，还可以改善土壤酸化及团粒结构组成，调节土壤营养元素，提升地力，提高土壤质量及产品品质，保障生态环境和人体健康。

2.3.2实际经济效益。

2016—2018年，“大三元”土壤调理剂及分时计量施用技术模式已在湖南、湖北、江西等省推广应用6.2万hm2，实施本技术模式可使土壤pH值升高0.3～1.0，使稻米中镉含量降低70%以上，稻米合格率达到90%以上。该“大三元”土壤调理剂产品及配套技术服务共获销售收入1.5亿元，新增利润2924万元，新增税收552万元。新增间接经济效益约6.2亿元，其中稻谷增产创效0.91亿元，稻谷提标创效5.29亿元。

3、结论与讨论

3.1结论

施用“大三元”土壤调理剂可以明显降低土壤有效镉含量及水稻镉含量，土壤调理剂对土壤有效镉的钝化效果持续4年，第4年是土壤调理剂效果衰减的关键节点，第4年定位半量补施和第2年早稻半量补施降低土壤有效镉和稻米镉含量效果相当，不仅保证了土壤调理剂施用效果的稳定性，还可节约土壤调理剂施用成本。

3.2讨论

3.2.1政策扶持力度不够。

治理耕地重金属污染是一项长期的公益性环保事业，具有连续性和长远性，凸显环境效益和经济效益需要政府部门的长期政策扶持。虽然我国已出台并实施了一系列针对重金属污染耕地的休耕治理政策和治理产品示范推广措施，但专项资金来源单一，扶持力度和宣传力度还不够，无法吸引社会资本的投入[5]。目前，耕地重金属污染治理技术与产品相对较少，仍广泛使用石灰等低效治理手段[6,7,8]。虽然“大三元”土壤调理剂及分时计量施用技术性能突出，但与播撒石灰等手段相比前期投入较高，无价格优势，还需要加强“大三元”土壤调理剂及配套技术高效性的宣传与推广，加大配套项目资金的落实，同时充分考虑农户参与意愿和需求[9,10,11,12]，有效调动基层农技人员和农户的积极性。

3.2.2技术要求较高。

“大三元”土壤调理剂及分时计量施用技术模式针对基层农技人员和农户开展技术培训服务和监督管理的成本较高。该技术模式在国家科研项目支撑下培训服务费比例为9%～12%，而按实际情况，该技术模式技术服务费比例需达到30%以上才能保证基层农技人员和农户熟练掌握。在目前耕地土壤重金属治理技术选项不多、产业链构建不完善的情况下，国家更加偏向于推广相对成熟、操作简易、较为经济的技术，实现边安全生产边修复治理的目标。

3.2.3作用效果评价体系不健全。

由于重金属镉原位钝化修复方面问题的复杂性，仍存在理论研究不够、实践缺乏等问题，宏观实验结果缺乏直接的微观证据[13,14,15]。土壤调理剂只是暂时降低了土壤中重金属镉污染物的生物有效性，并没有消除重金属镉污染，因而钝化的稳定性和时间效应也需要进一步明确[16,17,18]。目前，还缺乏权威性和系统性的针对利用土壤调理剂及配套技术治理耕地重金属污染的评价体系[12]，不能从经济性、实效性、长期性、安全性等方面进行全面评估，从而影响了“大三元”土壤调理剂及分时计量技术的应用推广成效。

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