不同安全利用技術(shù)對(duì)瓊北地區(qū)稻菜輪作系統(tǒng)鎘削減的效果

黃 鋒，邢建平，符少懷，潘 攀，吳 琳，劉貝貝，陳 淼，*

(1.海南省農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站，海南 ?？?571100； 2.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院 環(huán)境與植物保護(hù)研究所，海南 ?？?571101； 3.國家農(nóng)業(yè)環(huán)境儋州觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，海南 儋州 571737)

稻菜輪作是海南省重要的種植系統(tǒng)，是海南省糧食生產(chǎn)和冬季瓜菜的主要供給來源。土壤是保障作物安全生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，目前，土壤重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)已成為海南農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可忽視的問題之一。據(jù)《2018年海南省環(huán)境狀況公報(bào)》，全省監(jiān)測(cè)點(diǎn)位中有14.9%的點(diǎn)位超過了國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—2018《土壤環(huán)境質(zhì)量 農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值，5.3%的點(diǎn)位超過了風(fēng)險(xiǎn)管控值，超標(biāo)污染物包括鎳(Ni)、鎘(Cd)、鉻(Cr)、砷(As)、鉛(Pb)等重金屬元素。根據(jù)梁捷等對(duì)海南省主要農(nóng)作物主產(chǎn)區(qū)土壤重金屬污染的調(diào)查結(jié)果，土壤中的Cd含量在0～1.63 mg·kg，超標(biāo)率高達(dá)20.93%，僅次于Ni。海南省的土壤普遍呈酸性，Cd的活性較強(qiáng)，農(nóng)作物污染風(fēng)險(xiǎn)較大。在瓊北地質(zhì)高背景區(qū)，該區(qū)域60%以上的耕地為稻菜輪作系統(tǒng)，而水稻和蔬菜又易富集Cd，已有文獻(xiàn)顯示，大米和蔬菜已成為導(dǎo)致瓊北地區(qū)居民攝入Cd引發(fā)健康風(fēng)險(xiǎn)的重要來源；因此，稻菜輪作系統(tǒng)的Cd污染風(fēng)險(xiǎn)已成為當(dāng)?shù)赝寥牢廴痉乐魏图Z食安全生產(chǎn)上的突出問題。

針對(duì)土壤重金屬污染問題，我國已開展大量的理論和應(yīng)用研究。目前，應(yīng)用于農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)的技術(shù)大體上可分為兩大類：第一類從降低土壤重金屬活性的角度出發(fā)，利用化學(xué)生物等方法改變重金屬在土壤中的賦存狀態(tài)以降低其活性，從而阻控重金屬進(jìn)入作物系統(tǒng)，如原位鈍化修復(fù)技術(shù)、土壤調(diào)理技術(shù)等。常用的鈍化劑或調(diào)理劑包括石灰、含磷材料、黏土礦物、硅鈣材料、金屬氧化物、生物炭、有機(jī)肥等。第二類從作物生理角度出發(fā)，通過葉面阻控或品種替代種植的方式，降低作物可食部位重金屬的積累量，使其低于安全標(biāo)準(zhǔn)的最大限量值，從而保證作物的安全生產(chǎn)，包括葉面阻隔、品種調(diào)整等措施。但無論是哪一種技術(shù)，其應(yīng)用效果都可能受到區(qū)域性土壤類型、作物生長(zhǎng)規(guī)律等的影響。例如：對(duì)于污染特征相似的泥田土壤和砂田土壤，同一種鈍化劑的效果就有區(qū)別。采用葉面硅肥阻隔水稻鎘積累，有研究者認(rèn)為噴施的最佳時(shí)期是分蘗期和成熟期，但也有研究者認(rèn)為是抽穗期和灌漿期。葉面肥施用時(shí)間的差異，主要跟水稻品種及其生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律有關(guān)。因此，在選擇土壤修復(fù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)遵循因地制宜的原則。

我國土壤污染的區(qū)域化特征明顯，各區(qū)域的污染成因和污染特征不同，氣候條件、土壤類型、種植特點(diǎn)亦存在較大差異，重金屬污染修復(fù)技術(shù)在不同區(qū)域的治理效果不一。海南是我國典型的熱帶種植區(qū)域，高溫高濕的氣候特點(diǎn)導(dǎo)致當(dāng)?shù)赝寥里L(fēng)化程度高，酸性強(qiáng)，土壤養(yǎng)分流失快，物理結(jié)構(gòu)性能差，重金屬活性較高，同時(shí)，作物生長(zhǎng)速度快。然而，針對(duì)熱區(qū)種植系統(tǒng)重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究相對(duì)較少，僅有少量鈍化修復(fù)的室內(nèi)模擬研究，缺少田間效果驗(yàn)證，葉面阻隔等阻控技術(shù)在海南的適應(yīng)性評(píng)價(jià)也尚未見報(bào)道。為此，本文特選擇瓊北高地質(zhì)背景稻菜輪作區(qū)作為試驗(yàn)區(qū)，探索適用于當(dāng)?shù)氐母匕踩么胧?，旨在為熱區(qū)受污染耕地種植系統(tǒng)的安全利用提供技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于?？谑旋埲A區(qū)龍泉鎮(zhèn)太儒村附近，地塊中心地理坐標(biāo)為110.392 4°E、19.839 8°N。試驗(yàn)區(qū)主要種植作物為水稻、蔬菜。試驗(yàn)區(qū)周邊無污染源，區(qū)域尺度的地質(zhì)高背景特征是造成其土壤重金屬元素超標(biāo)的主要原因。根據(jù)前期調(diào)查，將研究區(qū)域內(nèi)土壤的基本理化性質(zhì)和部分重金屬元素的含量整理于表1。依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—2018，該區(qū)域土壤污染以Cd超標(biāo)為主，土壤中的Cd含量超過風(fēng)險(xiǎn)篩選值(0.3 mg·kg)、低于風(fēng)險(xiǎn)管控值(1.5 mg·kg)，屬于中輕度污染，樣品Cd超標(biāo)率為85.2%。供試土壤為典型的南方酸性土壤，pH均值為5.4，土壤有機(jī)質(zhì)(OM)含量和陽離子交換量(CEC)相對(duì)較低。在這樣的土壤條件下，Cd活性較高，易導(dǎo)致作物Cd積累。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間小區(qū)試驗(yàn)方法，于2020年7—11月種植水稻，水稻收獲后連茬種植辣椒，2021年2月收獲辣椒。試驗(yàn)共分為2個(gè)區(qū)域，分別開展不同安全利用技術(shù)模式和不同鈍化劑的對(duì)比試驗(yàn)。

(1)不同安全利用技術(shù)模式對(duì)比試驗(yàn)。共設(shè)7個(gè)處理：T，對(duì)照；T，優(yōu)化施肥；T，葉面阻控；T，土壤調(diào)理；T，優(yōu)化施肥+葉面阻控；T，土壤調(diào)理+葉面阻控；T，優(yōu)化施肥+土壤調(diào)理+葉面阻控。其中，對(duì)照采用常規(guī)施肥，每667 m施用30 kg氮磷鉀復(fù)合肥[(N)=15%，(PO)=15%，(KO)=15%]；優(yōu)化施肥每667 m施入有機(jī)肥(主要成分為大豆發(fā)酵副產(chǎn)物，有機(jī)成分以氨基酸為主，含量>45%) 200 kg、鈣鎂磷肥[(PO)≥18.0%，(KO)≥1.0%]50 kg做基肥；土壤調(diào)理每667 m施椰殼生物炭(以下稱生物炭)300 kg；葉面阻控噴施含硅葉面阻控劑“降鎘靈”(主要成分為高純SiO，Si含量不低于85 g·L)，分別于分蘗期和抽穗期每667 m噴施“降鎘靈”500 mL。另外，要說明的是，T～T處理均是在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的安全利用技術(shù)，且各處理中的安全利用技術(shù)措施均只在水稻季進(jìn)行。后茬辣椒統(tǒng)一按照當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)種植方式施肥：每667 m統(tǒng)一施用有機(jī)肥250 kg和氮磷鉀復(fù)合肥50 kg，并在開花時(shí)每667 m追施氮磷鉀復(fù)合肥15 kg。

表1 試驗(yàn)區(qū)土壤的基本性質(zhì)和部分重金屬元素含量

(2)不同鈍化劑對(duì)比試驗(yàn)。共設(shè)10個(gè)處理：S，對(duì)照；S，石灰；S，生物炭；S，蚯蚓糞；S，磷礦粉；S，竹炭有機(jī)肥；S，腐殖酸肥；S，蚯蚓糞+零價(jià)鐵+磷礦粉；S，生物炭+磷礦粉；S，生物炭+活化磷礦粉。各鈍化材料的pH值，及有機(jī)質(zhì)、總Cd含量整理于表2。于水稻移栽前1周、秧田整理時(shí)一次性依各處理設(shè)計(jì)施用相應(yīng)的鈍化劑并與土壤混勻，每667 m施用量均為300 kg。各處理的其他田間管理方法均與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)種植一致。

表2 鈍化材料的pH值和有機(jī)質(zhì)、Cd含量

上述試驗(yàn)材料的來源如下：氮磷鉀復(fù)合肥，購自鄭州啟迪化工產(chǎn)品有限公司；有機(jī)肥，購自內(nèi)蒙古德源肥業(yè)有限公司；鈣鎂磷肥和石灰，購自廣西平樂金益鈣業(yè)有限公司；生物炭，購自文昌市東郊椰子活性炭廠；“降鎘靈”，購自佛山市鐵人環(huán)?？萍加邢薰?；蚯蚓糞，購自海南星農(nóng)夫生態(tài)科技有限公司；磷礦粉，購自湖北省十堰市鄖陽區(qū)青曲鋇奇超細(xì)礦粉廠；竹炭有機(jī)肥，購自江西締緣康生物科技有限公司；腐殖酸肥，購自山西省晉中市靈石縣肥美生物科技有限公司；零價(jià)鐵，購自清河縣鑫盾金屬材料有限公司；活化磷礦粉，由上述磷礦粉和腐殖酸肥配置而成。

1.3 樣品檢測(cè)

在試驗(yàn)前，采用蛇形多點(diǎn)采樣法采集表層土壤(0～20 cm)混合樣品作為基礎(chǔ)土樣，測(cè)定土壤基本理化性質(zhì)。在水稻成熟期依各處理分別采樣，同一處理的小區(qū)內(nèi)用五點(diǎn)采樣法采集混合樣品。采集的土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干、磨細(xì)，分別過2 mm和0.145 mm篩備用。

于成熟期，依處理隨機(jī)選取3株植株的稻穗或辣椒果實(shí)，形成混合樣，稻穗經(jīng)清理曬干、脫粒、粉碎糙米后備用，辣椒果實(shí)鮮樣采用研磨機(jī)直接粉碎，其勻漿樣品冷藏保存?zhèn)溆谩?/p>

檢測(cè)指標(biāo)包括：土壤總Cd和有效態(tài)Cd含量，土壤和鈍化材料pH值、有機(jī)質(zhì)含量，土壤陽離子交換量(CEC)，農(nóng)產(chǎn)品(辣椒、稻米)中的Cd含量，鈍化材料總Cd含量。土壤總Cd用混酸(6 mL硝酸+3 mL鹽酸+2 mL氫氟酸)進(jìn)行微波消解，土壤有效Cd采用二乙烯三胺五乙酸(DTPA)浸提液提取，農(nóng)產(chǎn)品Cd含量用硝酸進(jìn)行微波消解，鈍化材料總Cd用王水微波消解，然后統(tǒng)一采用NexION 2000電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Perkin Elmer，美國)測(cè)定。土壤和鈍化材料的pH值統(tǒng)一按照土壤(鈍化材料)與水1∶2.5的質(zhì)量體積比浸提，然后采用Five Easy Plus酸度計(jì)(Mettler，瑞士)測(cè)定。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法測(cè)定。土壤陽離子交換量采用三氯化六氨合鈷-分光光度法[XU-6型紫外分光光度計(jì)，屹譜儀器制造(上海)有限公司]測(cè)定。

1.4 膳食安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

為評(píng)估不同安全利用模式下農(nóng)作物的膳食安全風(fēng)險(xiǎn)，運(yùn)用美國環(huán)境保護(hù)署(USEPA)推薦的健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型測(cè)算目標(biāo)危害系數(shù)(THQ)，表征居民食用辣椒和大米的膳食安全風(fēng)險(xiǎn)。THQ是每日攝入重金屬劑量與參考劑量的比值。如果THQ<1，表示健康風(fēng)險(xiǎn)可以接受；如果THQ≥1，表示存在一定的健康風(fēng)險(xiǎn)。測(cè)算THQ時(shí)，依據(jù)文獻(xiàn)[17-19]，確定如下指標(biāo)的取值：Cd的參考劑量為0.001 mg·kg·d，辣椒、水稻的人均攝入量分別為123.7、266.1 g·d，平均體重為54 kg。

1.5 數(shù)據(jù)分析

基于稻米中Cd含量與土壤中Cd含量的比測(cè)算水稻對(duì)Cd的富集系數(shù)(bioconcentration factor， BCF)。

利用SPSS 16.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，對(duì)有顯著(<0.05)差異的，采用LSD法進(jìn)行多重比較。采用Origin 9.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同安全利用措施的應(yīng)用效果

2.1.1 對(duì)辣椒和稻米可食部鎘積累的影響

與對(duì)照(T)相比，其他處理均可顯著(<0.05)降低辣椒和水稻可食部(即糙米)的Cd含量(表3)。對(duì)照處理下，辣椒和糙米中的Cd含量分別為0.352、0.837 mg·kg，均超過國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》限量要求(<0.20 mg·kg)。采用安全利用措施后，辣椒中的Cd含量全部達(dá)標(biāo)。水稻相對(duì)更易吸Cd，各處理下糙米中的Cd含量均高于辣椒，僅T、T處理糙米中的Cd含量達(dá)標(biāo)，說明土壤調(diào)理+葉面阻控及其與優(yōu)化施肥的組合應(yīng)用可比單一的技術(shù)采用更有效地降低糙米中的Cd含量。

從降鎘率判斷，各項(xiàng)措施的效果由低到高依次為T

將本研究中各項(xiàng)措施的降鎘率與同類技術(shù)在我國其他地區(qū)的應(yīng)用結(jié)果相比，單項(xiàng)安全利用技術(shù)在海南Cd超標(biāo)稻田中的應(yīng)用效果與相似區(qū)域相比偏低。例如：所采用的含硅葉面阻控劑在湖南晚稻上的平均降鎘率為66.6%，在中度污染區(qū)域的降鎘率為64.2%，而在本研究中僅為49.4%。

表3 不同處理對(duì)辣椒和稻米中可食部鎘含量的影響

2.1.2 對(duì)辣椒和稻米膳食安全風(fēng)險(xiǎn)的影響

與對(duì)照(T)相比，采用安全利用措施后，辣椒和水稻的THQ均明顯降低(圖1)。其中，辣椒THQ的降幅在61.6%～91.5%，且均小于1，表明這6種安全利用措施下辣椒Cd暴露的膳食安全風(fēng)險(xiǎn)可接受。相對(duì)而言，采用組合措施(T～T處理)的THQ總體上低于采用單項(xiàng)措施(T～T處理)的，表明聯(lián)合措施對(duì)辣椒Cd暴露的膳食安全風(fēng)險(xiǎn)具有更好的削減效果。在3種單項(xiàng)措施中，土壤調(diào)理(T)的THQ值最小，且土壤調(diào)理+葉面阻控(T)的THQ(0.083)<優(yōu)化施肥+葉面阻控(T，0.126)，推測(cè)土壤調(diào)理的效果相對(duì)更好。

對(duì)水稻而言，在不采用安全利用措施的情況下(T處理)，THQ高達(dá)4.12，超出可接受范圍，居民面臨很高的健康風(fēng)險(xiǎn)。采用安全利用措施后，各處理的THQ均大幅度降低，但僅T、T處理下的THQ值低于1，稻米Cd暴露的膳食安全風(fēng)險(xiǎn)可接受。各項(xiàng)措施相比，其效果與辣椒上的結(jié)論相似。

圖1 不同處理下辣椒(A)和水稻(B)的目標(biāo)危害系數(shù)(THQ)Fig.1 Target hazard quotients (THQ) of pepper (A) and rice (B) under different treatments

2.2 不同鈍化劑的應(yīng)用效果

對(duì)照(S)處理下，土壤總Cd含量為0.353 mg·kg(表4)，屬輕度污染，但水稻Cd富集系數(shù)較高，BCF>1，糙米Cd含量為0.539 mg·kg，超過GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中的限量標(biāo)準(zhǔn)(0.2 mg·kg)1倍以上。施用鈍化劑可顯著(<0.05)降低糙米中的Cd含量，但不同鈍化劑的降鎘率差別較大(29.7%～77.0%)，相應(yīng)地，糙米中的Cd含量在0.124～0.379 mg·kg，仍有部分處理糙米中的Cd含量不達(dá)標(biāo)?？偟膩砜矗镔|(zhì)炭、蚯蚓糞+零價(jià)鐵+磷礦粉、生物炭+磷礦粉、生物炭+活化磷礦粉處理的糙米Cd含量達(dá)標(biāo)，且以生物炭+活化磷礦粉的效果最好。與對(duì)照相比，施用鈍化劑顯著(<0.05)降低了BCF值，除腐殖酸肥外，其他處理的BCF值均小于1。

表4 不同處理對(duì)土壤性狀和糙米中鎘含量的影響

與對(duì)照相比：各處理的土壤總Cd含量無顯著差異，表明各類鈍化劑帶入的外源Cd可忽略；土壤有效態(tài)Cd含量均顯著(<0.05)降低，表明施用鈍化劑可降低土壤中Cd的有效性。不同處理下，土壤有效態(tài)Cd含量與糙米中的Cd含量排序并不一致，說明土壤有效Cd含量不能完全反映土壤Cd對(duì)水稻的有效性。

土壤pH、CEC，及有機(jī)質(zhì)含量等均是影響土壤中Cd形態(tài)和有效性的重要因素。施用鈍化劑對(duì)土壤pH、CEC、有機(jī)質(zhì)含量的影響，也是導(dǎo)致其產(chǎn)生不同鈍化效果的重要原因。施用鈍化劑后，土壤的pH值提升至6.0～6.9，有機(jī)質(zhì)含量增加至19.3～26.7 g·kg，CEC增大到6.22～8.81 cmol·kg，且與對(duì)照相比，均差異顯著(<0.05)。這些指標(biāo)的提高，均有利于土壤中Cd的鈍化。

分析土壤pH、CEC、總鎘含量、有效態(tài)Cd含量、有機(jī)質(zhì)含量，及糙米中Cd富集系數(shù)與糙米Cd含量的相關(guān)性，結(jié)果顯示，僅糙米中Cd富集系數(shù)與糙米Cd含量有極顯著相關(guān)性(=0995，<0.01)。一般來說，在我國大部分南方酸性土壤上，通過應(yīng)用石灰等堿性材料來提升土壤pH值即可達(dá)到較好的降Cd效果。在湖南酸性Cd稻田上的研究表明，土壤pH值每提升0.2個(gè)單位，稻米Cd含量平均可降低55%。然而，本研究顯示，在供試的海南酸性土壤上，土壤pH值變化并不是決定糙米中Cd含量的關(guān)鍵要素。在試驗(yàn)農(nóng)田中，適用的土壤鈍化劑是通過特定機(jī)制來調(diào)節(jié)作物對(duì)Cd的吸收的，而不只是簡(jiǎn)單地通過土壤酸堿性的調(diào)節(jié)來鈍化土壤中的Cd，但其具體機(jī)制還有待進(jìn)一步的研究揭示。

3 討論

3.1 不同安全利用措施對(duì)辣椒和水稻可食部鎘富集的影響及其機(jī)理

海南省重金屬污染農(nóng)田以高地質(zhì)背景來源為主，農(nóng)田土壤Cd含量一般在1 mg·kg以下，屬輕中度污染，安全利用是本區(qū)域農(nóng)田重金屬污染防治與修復(fù)的重點(diǎn)。本研究中，試驗(yàn)田塊土壤Cd含量在0.3～0.8 mg·kg，反映出該區(qū)域稻田土壤呈當(dāng)?shù)剌^為典型的Cd污染狀態(tài)。結(jié)果表明，與辣椒相比，糙米中Cd的富集系數(shù)和Cd暴露的膳食安全風(fēng)險(xiǎn)較高。本研究所采用的6種安全利用措施均可使辣椒可食部的Cd含量達(dá)標(biāo)，Cd暴露的膳食安全風(fēng)險(xiǎn)在可接受范圍之內(nèi)，但部分安全利用措施下仍存在糙米Cd超標(biāo)和膳食安全風(fēng)險(xiǎn)不可接受的情況；因此，糙米Cd超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)控制是該區(qū)域安全利用技術(shù)實(shí)施的重點(diǎn)。

對(duì)比不同安全利用措施對(duì)作物Cd積累和膳食安全風(fēng)險(xiǎn)的影響發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化施肥、葉面阻控、土壤調(diào)理等單一和組合安全利用技術(shù)的降Cd能力差異較大，它們從不同角度阻控鎘在土壤-作物體系中的遷移轉(zhuǎn)化過程。優(yōu)化施肥和土壤調(diào)理主要通過對(duì)土壤性質(zhì)或與土壤Cd的直接作用阻控土壤中的Cd向根系遷移。本研究中的優(yōu)化施肥采用有機(jī)肥和鈣鎂磷肥作為基肥：一方面，它們能為植物提供必需的營(yíng)養(yǎng)元素；另一方面，有機(jī)肥可增加土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，從而促進(jìn)土壤對(duì)Cd的吸附，而鈣鎂磷肥亦能提升土壤pH值，且釋放的鈣磷可與Cd發(fā)生沉淀反應(yīng)，從而降低Cd活性。本研究的土壤調(diào)理技術(shù)采用的是生物炭。生物炭是目前常用的土壤調(diào)理劑之一，可通過對(duì)土壤pH、CEC、有機(jī)質(zhì)、表面官能團(tuán)，及與Cd靜電作用的影響調(diào)控Cd在土壤中的遷移。葉面阻控是從作物生理的角度，通過在合適的生育期噴施葉面阻隔劑，利用元素間的競(jìng)爭(zhēng)或拮抗作用，改變Cd在植物體內(nèi)的分配，從而抑制Cd向農(nóng)產(chǎn)品可食部位的遷移。本研究所用的“降鎘靈”是一種硅類阻隔劑。硅既可參與水稻的生理代謝活動(dòng)，提高水稻抗氧化系統(tǒng)的酶活性和清除自由基的能力，抑制Cd在水稻體內(nèi)的運(yùn)輸，也可通過螯合作用和區(qū)隔作用固定Cd，從而降低Cd對(duì)植株的毒害。

相比之下，3種單項(xiàng)技術(shù)在試驗(yàn)條件下的應(yīng)用效果以土壤調(diào)理最佳，說明固定土壤中的Cd是安全利用中比較重要的手段。但是，單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用效果有限，雖然能顯著降低辣椒可食部的Cd含量至食品限量值以下，但不能同時(shí)滿足稻米Cd含量達(dá)標(biāo)的要求。土壤調(diào)理+葉面阻隔、優(yōu)化施肥+土壤調(diào)理+葉面阻隔的組合措施下，辣椒和稻米可食部的Cd含量均達(dá)標(biāo)，是瓊北地區(qū)稻菜輪作系統(tǒng)中可推廣的安全利用技術(shù)。但考慮到經(jīng)濟(jì)成本，在滿足稻菜輪作系統(tǒng)作物安全生產(chǎn)的條件下，前者每667 m的成本約合550元，后者約合600元，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮成本相對(duì)較低的土壤調(diào)理+葉面阻隔措施。

3.2 不同鈍化劑對(duì)土壤鎘的阻控效果及其機(jī)理

本研究發(fā)現(xiàn)，土壤調(diào)理是單項(xiàng)技術(shù)中效果最好的一種，也是實(shí)現(xiàn)稻菜輪作系統(tǒng)作物安全生產(chǎn)組合技術(shù)中的重要部分。但是，可用于土壤調(diào)理的鈍化材料多種多樣，不同鈍化劑對(duì)土壤重金屬的鈍化效果存在差異，因此，進(jìn)一步篩選適合當(dāng)?shù)胤N植系統(tǒng)的鈍化劑是實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)推廣的重要環(huán)節(jié)。

本研究對(duì)比了市面上常用的石灰、有機(jī)質(zhì)類、生物炭、含磷物質(zhì)及其有機(jī)-無機(jī)組合材料的鈍化效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭與磷材料的復(fù)合施用效果最佳。生物質(zhì)炭表面含有豐富的羥基等含氧官能團(tuán)，具有較高的陽離子交換量，對(duì)重金屬有很強(qiáng)的吸持能力，對(duì)水稻Cd積累有很好的控制效果。同時(shí)，生物質(zhì)可改善土壤結(jié)構(gòu)，協(xié)調(diào)土壤養(yǎng)分供應(yīng)，增加作物產(chǎn)量。磷礦粉或活化磷礦粉可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤有效磷的補(bǔ)充，有助于Cd在土壤中形成沉淀而被固定。蚯蚓糞與鐵磷材料的復(fù)合施用對(duì)Cd的阻控效果也很好。蚯蚓糞含有大量的腐殖質(zhì)類物質(zhì)，且芳香化組分含量較高，對(duì)Cd等重金屬具有強(qiáng)力絡(luò)合固定作用，同時(shí)還含有各種養(yǎng)分，可促進(jìn)作物的生長(zhǎng)。零價(jià)鐵的施用，一方面，可促進(jìn)根系表面鐵膜的形成，阻礙水稻根系對(duì)Cd的吸收和向地上部的轉(zhuǎn)移；另一方面，零價(jià)鐵可在土壤中形成含鐵氧化物，增加土壤對(duì)Cd的固定，進(jìn)而有效減少糙米對(duì)Cd的積累。

鈍化劑通過影響土壤性質(zhì)、改變重金屬在土壤中的吸附、沉淀、離子交換和絡(luò)合等作用制約重金屬在土壤中的形態(tài)和活性。本研究中，不同鈍化劑均顯著增加了土壤pH值，提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低了有效態(tài)Cd含量，但不同類型鈍化劑應(yīng)用后，糙米中的Cd含量與上述土壤性質(zhì)和有效態(tài)Cd含量均未表現(xiàn)出顯著相關(guān)性，僅與BCF值有顯著相關(guān)性，這表明不同鈍化劑的作用機(jī)制還與Cd在水稻中的轉(zhuǎn)運(yùn)特性有關(guān)，相關(guān)鈍化機(jī)制和鈍化產(chǎn)品的研發(fā)仍需進(jìn)一步開展。