1 引言
近年来，随着人们对土壤重金属污染的关注，土壤污染防治与修复，特别是农业耕地污染修复已成为环境污染治理的重中之重。据统计，我国有接近0.1亿hm2的耕地面积遭受着不同程度的重金属污染，有216.7万hm2的耕地用污水来灌溉．其中已经受重金属污染的土地面积占64.8%。13.3万hm2的耕地被固体废弃物堆存或遭受毁坏。合计约占我国耕地总面积的1/5。每年有1000万t的粮食因为重金属污染物而减产，以及1200万t的粮食已经被重金属污染，合计至少损失200亿元。湖南是我国水稻的主产区之一。湖南湘江流域特别是长株潭地区由于集中了大量冶炼、钢铁、化工、机械、能源、建材等工业，工业排放的“三废”给周边的农田带来了一定的重金属污染。肖小平等对湘潭市郊响水乡的水稻田重金属污染状况进行调查与评价发现，受重金属污染面积大约2212.9公顷，占水稻田面积的68.84%，其中主要以Cd污染较为严重，Hg污染较轻，基本未受Pb、Cr污染。郭朝晖采集了湘江中下游衡阳-长沙段沿岸的219个农田土壤样品进行分析发现，Cd、Pb、Zn含量分别超标7.97、3.69和1.63倍，农田中Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的含量的超标率分别为68.5%、2.7%、2.7%、8.7%、15.1%，Cd污染比较突出。其中株洲市的农田土壤重金属污染比较严重。魏本杰分析了株洲清水塘周边的农田中重金属的含量，发现农田中镉超标严重，最高超过《土壤环境质量标准》二级标准限制值的10倍，同时存在Hg的轻微污染。
近年来各种土壤重金属污染修复技术中，原位钝化修复技术由于成本低、操作简单易行、环境友好、修复效率高，对于中轻度浓度污染土壤的修复具有较好的应用前景，已经成为研究的热点，而修复关键在于寻找适宜的修复材料。
本文采用专利技术生产的一种用于农田重金属修复的纳米矿物基土壤调理剂配合一种微生物菌剂，该调理剂是具有不规则纳米层状结构的活性矿物基土壤调理剂。研究农田重金属修复的纳米矿物基土壤调理剂对降低土壤中镉和稻谷中镉含量的效果的同时，微生物菌剂提高水稻产量，为促进土壤修复行业可持续发展提供新思路。
2 材料与方法
2.1 试验地点
试验点位于湖南省长沙县北山镇常乐村，该试验点气候特征为亚热带季风气候，灌排水条件较好，为典型的双季稻种植区。试验时间为2017年7月至2017年10月。
2.2 试验土壤
根据《土壤环境质量标准》（GB 15618-1995），选择长沙县北山镇的中度镉污染稻田土壤开展田间试验。供试土壤为花岗岩发育的水稻土，其土壤理化性性状见表1、表2。
供试土壤调理剂由通化海汇龙洲化工有限公司生产，其主要指标为pH8～10，氧化钙（CaO）≥40%，氧化硅（SiO2）≥20%，汞（Hg）≤2mg/kg，镉（Cd）≤3mg/kg，砷（As）≤10mg/kg，铅（Pb）≤50mg/kg，铬（Cr）≤50mg/kg，水分≤3%，细度（通过250µm标准筛）≥80%。
供试微生物菌剂由中农信联农业开发有限公司生产，其主要指标为枯草芽孢杆菌为55.7亿/mL，植物乳杆菌为74亿/mL。
试验作物为晚稻品种H优518。
2.4 试验设计
试验设3个处理，3次重复，随机区组排列，小区面积30m2，小区间设隔离行，用塑料薄膜铺盖至田面30cm以下，各小区单灌单排，避免串灌串排。试验小区均采用育秧盘育苗移栽，移栽密度为5寸×6寸。各处理除矿物基土壤调理剂施用不同外，其余农事操作相同。早晚稻处理一致，试验处理如下：处理1：（CK）常规施肥，基施40%复合肥25kg/亩，7～10天后追施尿素10.0kg/亩、氯化钾7.5kg/亩。处理2：（A1）常规施肥+增施矿物基土壤调理剂300kg/亩。处理3：（A2）常规施肥+增施矿物基土壤调理剂300kg/亩+喷施微生物菌剂100kg/亩。
2.5 试验管理
矿物基土壤调理剂于插秧前5～7天施入，翻耕后充分耙匀；水稻移栽前1天施基肥，翻耕耙匀后移栽水稻秧苗；7～10天后追肥，追肥时同时喷施微生物菌剂。
各小区灌溉、晒田落干、病虫害防治等其他农事操作均保持一致，其农事操作见表3。试验期间水稻生育期见表4。
试验开始前取基础土壤，测定土壤基本理化性质及重金属全量和有效态含量。早、晚稻收获后每个试验小区，取0～15cm土壤样，测定重金属有效态含量。早、晚成熟后各小区单打单收，测产，并取样分析大米及植株中重金属含量，大米及植株样品采用微波消解后用ICP-MS进行重金属含量的测定。土壤有效镉为DTPA浸提后用ICP-MS进行测定。
试验数据用Excel、SPSS统计软件进行统计分析。
3 结果与讨论
3.1 矿物基土壤调理剂对水稻产量构成的影响
由表5可知，施用矿物基土壤调理剂对晚稻的穗粒数、穗实粒数有所增加，但未达显著水平；同时施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂，可增加晚稻有效穗数，但增加不明显；各处理间晚稻结实率、千粒重都没有显著差异；施用矿物基土壤调理剂和同时施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂的处理都可增加晚稻理论产量，但处理间没显著差异。
3.2 矿物基土壤调理剂对水稻产量的影响
由表6可知，施用矿物基土壤调理剂和同时施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂能够提高水稻产量。与常规施肥相比，施用矿物基土壤调理剂，晚稻增产11.7kg/亩，增幅为2.72%；施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂，晚稻增产23.4kg/亩，增幅为5.42%，但均未达显著水平。
由表6可见，施用矿物基土壤调理剂对水稻有一定的增产效果，施用微生物菌剂也对水稻有一定的增产效果。
3.3 供试矿物基土壤调理剂对稻米镉含量的影响
由表7可知，施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂能显著降低晚稻稻米镉含量。与常规施肥对照相比，施用矿物基土壤调理剂，晚稻稻米镉含量降低55.48%（P＜0.05），差异达显著水平；施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂，晚稻稻米镉含量降低61.22%（P＜0.05），差异达显著水平。可见，施用矿物基土壤调理剂可显著降低晚稻稻米镉含量。同时施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂对晚稻稻米镉含量比施用矿物基土壤调理剂相比，降低差异不显著，可见，微生物菌剂对降低水稻稻米镉含量也有一定的效果。
3.4 供试矿物基土壤调理剂对土壤重金属活性及理化性状的影响
3.4.1 供试矿物基土壤调理剂对土壤有效态镉含量的影响
与常规施肥对照相比，施用矿物基土壤调理剂晚稻土壤有效态镉含量降低了17.07%（P＜0.05），差异达显著水平；施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂，晚稻土壤有效态镉含量降低了19.51%（P＜0.05），差异达显著水平。可见，施用矿物基土壤调理剂可显著降低晚稻季土壤有效态镉含量，而微生物菌剂对土壤有效镉含量的影响比较小。
3.4.2 供试矿物基土壤调理剂对土壤pH值的影响
施用矿物基土壤调理剂对晚稻季土壤pH值的影响表明（表9），与常规施肥对照相比，施用矿物基土壤调理剂150kg/亩，晚稻季土壤pH值增加0.16（P＜0.05）个单位；施用矿物基土壤调理剂300kg/亩，晚稻季土壤pH值增加0.33（P＜0.05）个单位。可见，施用矿物基土壤调理剂可显著提高水稻田土壤pH值。微生物菌剂对水稻田pH值无明显影响。
4 结论
在长沙县北山镇晚稻田施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂进行土壤修改复试验，分析晚稻产量、稻米和土壤重金属含量的变化，得到以下结论：
（1）矿物基土壤调理剂含硅、钙、镁、钾等养分，可促进水稻生长，施用矿物基土壤调理剂晚稻增产2.72%，与对照相比差异不显著；施用土壤调理剂和微生物菌剂晚稻增产5.42%，增产不显著。但施用矿物基土壤调理剂可显著降低稻米镉含量，水稻稻米镉含量降低55.48%，差异显著，施用矿物基土壤调理剂和微生物菌剂，水稻稻米镉含量降低61.22%。
（2）施用矿物基土壤调理剂，土壤有效态镉含量可降低27.07%，但微生物菌剂对有效态镉含量降低效果不明显，有效态镉含量的降低源于粘土矿物类土壤调理剂的离子交换吸附、配合等特性，尤其，经活化后活性硅铝酸含量高、碱性较强，从而实现了Cd固化与稳定化。
（3）施用矿物基土壤调理剂可使土壤pH值增加0.35单位，可改良土壤酸性，但对土壤有机质含量、阳离子交换量、活性硅含量、活性铁含量、活性铝含量以及硅铝率、硅铁率等无显著影响。
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收稿日期：2018-04-06
作者简介：向玲（1985-），女（土家族），湖南怀化人，供职于湖南隆洲驰宇科技有限公司，硕士，研究方向：环境保护、工艺设计与应用。刘耀驰（通信作者）（1972-），男，中南大学化学化工学院教授，研究方向：环境化学、功能材料及矿物综合利用。
基金项目：湖南省重点研发计划（项目编号：2016SK2069）。
