1-3 纪熊辉--湖南省镉污染耕地修复治理研究与实践

湖南省镉污染耕地修复治理研究与实践
湖南省农业环境生态研究所 纪雄辉 研究员
2017年9月 武汉
汇报内容
p湖南耕地镉污染现状与特征 p稻田镉污染修复研究 pVIP+n技术模式构建与优化 p其它配套技术 p存在问题与建议
一、湖南耕地镉污染现状与特征
Ø 我国耕地点位超标19.4%，湖南省著名有色金属之乡，稻田凸现严重的镉污染 （35.6%），且污染趋源自文库（10ugCd/kg/y）严重高于全国（4ugCd/kg/y） 。
mg kg-1) ，糙米镉含量提高0.12 mg kg-1，比例为29.4%。
土壤pH与有效态的关系
1981年长期定位试验pH动态
u长期施用酸性、生理酸性化学肥 料，导致土壤逐步酸化
祁阳站－NPK处理 起始值：5.7 1~6年：5.25，下降0.45 7~12年：4.5，下降1.2 13~18年：4.45，下降1.25
望城长期定位试验
望城站－NPK处理 起始值：6.61 1~6年：6.50，下降0.11 7~18年：5.50，下降1.11 19~24年：5.25，下降1.36
污染特征4：稻草还田使污染源进入的镉循环出去受阻，而且提高了土壤镉活性
l 稻草镉含量平均为稻米为4.16倍，稻草移除将有利于稻田生态系统镉的良性循环
Ø 湖南省农业厅数据，80年代以来，我省农业未采取土壤酸化防止措施，平均土壤pH下降0.5个点。 Ø 始于1981年的望城长期试验，NPK施肥土壤pH每年下降0.0566，由1981年的6.6下降到2007年的5.4
（1.2个单位）。 Ø 土壤pH与土壤有效镉显著线性负相关：每降低1个pH单位，土壤有效镉提高比例为22.2% (0.102
种植制 度
双季稻田 土壤 早稻米 晚稻米
一季晚稻田 土壤 稻米
镉含量 mg/kg
0.28 ± 0.15
0.24 ± 0.15
0.44 ± 0.26
0.44 ± 0.20
0.40 ± 0.25
稻米累
0.75 1.34
1.11
积系数
±
±
±
BCF
0.50 0.78
0.62
中稻田
土壤 稻米
0.50 0.67
将继续恶化(0.005mg/kg/y)，稻草移除则以0.003mg/kg/y下降 Ø 未污染土壤0.3mg/kg平衡控制模拟：要保持土壤镉含量在0.3mg/kg水平以下，必须使当前的污
染源继续降低30%，并采取稻草移除方式。
二、稻田镉污染修复研究
p 前期国内外有关单位和学者开展大量农田土壤污染修复研究，特别是日本， 50年代镉污染以来，如选育出低积累水稻品种－日本晴；制定了降低稻米镉 积累的水分管理技术方案等。
项目
轻微 轻度 中度 重度 超标率
全国
数值
占比
13.7% 70.62%
2.8% 14.43%
1.8%
9.28%
1.1%
5.67%
19.4% 100.0%
湖南省
数值
占比
23.8% 66.85%
6.3% 17.70%
5.5% 15.45%
35.6%
100.0%
污染特征1：土壤镉污染为主，土壤污染程度仍为轻微－轻度污染水平
Ø 稻草离田后稻米和稻草镉含量显著下降。
不同类型水稻土有效镉剖面分布
稻草移除对水稻稻谷和稻草镉含量的影响
特征5：沿河流稻田超标严重，河沙泥土壤镉释放（生物有效性）高于粘性土壤
河流泥非可变电荷土壤、保水能力低，晚稻期间普遍干旱，灌溉不及时导致土壤处于干 湿交替，高Eh状态导致土壤镉有效态高，稻米富集系数很高。
稻草镉和糙米镉含量间的关系
u稻草还田提高了土壤镉活性，促进水稻吸收积累
Ø 土壤剖面耕层土壤有效态镉占全镉的比值显著高于底层。 Ø 土壤有效态镉与有机质含量呈显著正相关（低分子有机碳所致）
u TCd = 0.319×SOM + 0.122×P0.05~0.002mm – 0.129×P2~0.05mm（R2 = 0.20，n = 154） u ACd = 0.542SOM + 0.144×P0.05~0.002mm – 0.057×P2~0.05mm（R2 = 0.41，n = 132）
污染特征2：土壤、稻米镉污染仍处在轻度污染阶段，但近20年来污染有增加趋势
0.6mg/kg
长株潭地区土 壤镉含量分布
0.4mg/kg
长株潭地区稻 米镉含量分布
污染特征3：土壤严重酸化，显著提高了土壤镉活性
Ø 耕作土壤受人为、生物化学过程（矿物风化、盐基离子流失、养分离子植物交换等）综合作用、长 期稳定的结果。
Ø 加之湖南区域土壤酸化、稻草还田、镉高积累的高产杂交籼稻品种推广，导致稻米镉 超标严重，影响区域农业生产经济和人民健康。
Ø 过去几年，湖南省重金属污染事件频发，株洲清水塘镉污染、岳阳新墙河砷污染、邵 阳镉污染、特别是2013年广州市场所谓湖南“毒大米”事件，引起了党中央和湖南省 委省政府的高度关注。
u全省土壤重金属含量变幅大，均值皆不超标 • 镉：0.006~6.353 mg/kg，均值0.19 mg/kg • 铅：5.9~197.0 mg/kg， 均值33 mg/kg • 砷：0.82~175.55 mg/kg，均值11.74 mg/kg • 铬：10.0~218.4 mg/kg， 均值57.2 mg/kg • 汞：0.001~4.930 mg/kg，均值0.101 mg/kg
±
±
0.28 0.51
0.82 ± 0.57
特征6：籼稻及其以高产为目标的水稻育种，导致重金属吸收、转运、积累低的
水稻基因逐渐被忽视 低积累水稻品种常常表现为根系、分蘖欠发达，这些品种资源常常被高产育种
所忽视。
特征7：农田重金属污染源尽管得到很大改善，但污染趋势仍将持续一段时间。
p 稻田镉污染过程与情景模拟 Ø 当前污染源（ 输入量1.0 g/亩/年）和土壤污染水平（0.68 mg/kg）：稻草还田下土壤镉污染仍
u全省土壤镉超标较为严重，主要为轻微污染
点位超标 （%）
镉 19.7 铅 4.0 砷 8.7 铬 0.2 汞 4.5
重度 （%）
0.8 0.1 7.4 — 0.2
中度 （%）
1.3 0.4 0.9 — 0.4
轻度 （%）
2.7 0.3 0.4 — 0.4
轻微 （%）
14.9 3.3 0.1 0.2 3.6
p 在湘科研单位如湖南省农业科学院、湖南农业大学、中科院亚热带研究所等， 在湖南地区镉污染稻田开展了大量的试验研究和联合攻关。