0 引言

重金属污染已成为当前破坏生态环境、危害居民身体健康，影响社会稳定导致群体事件的重要问题，形势十分严峻。农田土壤重金属污染问题，已逐渐成为环保问题的重中之重（余光辉等，2013）。农田土壤受重金属污染，导致稻米Cd等重金属元素超标，严重影响人民生命健康及粮食生产安全。

湘阴县是湖南省乃至全国粮食优势产粮区，承担着全国、全省粮食生产供应重任，由于过去一段时间受重金属污染的湘江水灌溉等因素影响，土壤存在一定程度上重金属污染，稻米镉（Cd）超标（刘耀驰等，2010）。2013 年湖南省政府开始在长株潭地区开展一系列土壤修复试验工作，采取多种方法修复被重金属污染的土壤，有客土法（工程修复）、物理法（电动修复）、化学法（化学淋滤、化学钝化、黏土吸附）、生物法（微生物溶解、植物吸收）等。以上这些修复技术在一定条件下能有效降低土壤中的重金属元素含量，但都存在一些缺点。如工程修复工程量较大，容易破坏土体结构，只适应于小面积的土壤污染且治理费用高；电动修复虽然效果好，但成本高，不适合田间原位大面积应用；化学淋修复对土壤理化性能造成一定破坏，同时淋滤出的含重金属溶液处理也是一个问题，只适合小面积的修复；化学钝化修复目前选用的钝化剂石灰、生物炭、有机肥等材料虽然成本低，但固化周期较短，环境条件一旦改变，重金属元素会慢慢释放出来。纳米材料虽然吸附重金属元素较强，但成本高。植物及微生物修复存在周期长、见效慢的问题。黏土矿物作钝化剂是一种好的修复方法，但单一黏土矿物修复也存在一些缺陷，主要是固化周期短，条件改变后会解吸而重新释放重金属元素。同时，阴湘县滨湖平原土壤是以 Cd 为主伴 Pb、Zn、Cu、As、Ni、Hg 复合污染，因此需要采取复合改性方法增强黏土矿物吸附强度，使多种重金属元素能长久保持在黏土矿物中。2015年，中国科学院亚热带农业生态研究所、湖南农业大学、湖南省农业科学院、湖南省农业资源与环境保护管理站等单位，联合研究了污染稻田镉形态变化的特点，提出在“保持当前农作物种植制度不发生改变、保证农民种植习惯不发生改变、保障耕地用途不发生改变”的“三不变”条件下，通过优先采取农艺调控、钝化治理等技术措施，降低土壤重金属的有效性和削减食用农产品中的重金属含量，保障食用农产品的达标生产技术思路。同时提出了构建“低镉品种（Variety）＋全生育期淹水灌溉（Irrigation）＋施加生石灰调节土壤酸碱度 （pH）＋辅助措施（N）”的稻米镉（Cd）污染控制技术体系，即“VIP+N”模式（陈晓雪等，2019）。该套技术受到省政府重视，并在全省范围内推广应用。虽然 “VIP+N”修复技术效果较好，但存低 Cd 水稻品种少，田间管理复杂等问题。2017年1月，省环境保护厅在湘阴县开展了大量土壤污染修复治理项目，多家单位先后开展了重金属污染耕地安全利用试点以及污染成因调查工作，均取得一定成效。2020年 7月，湘阴县人民政府组织编制了《湘阴县2020年受污染耕地安全利用实施方案》，在水稻种植区域，对重金属污染耕地推广“六改”农艺修复措施。此措施对改善土壤Cd污染状况起到一定作用，但因此措施完全由政府推动，农民积极性不高，实际效果并不理想。显然，寻找一种成本低、见效快、稳定性好、操作简便的修复技术，有效降低稻米中 Cd 含量仍是当务之急。

通过“岳阳市湘阴县重金属污染耕地风险管控试点服务项目”实施，结合前人经验，配制以黏土矿物为主的2种改性复合钝化剂，以此为基础，平行开展 11 种处理，经小区试验及大田示范，旨在验证以改性复合黏土矿物为主要钝化剂的钝化修复技术，能否达到降镉（Cd）增硒（Se）效果。以期为类似地区提供一种成本低、效果好、操作简便的重金属污染耕地水稻钝化修复技术。

1 研究区概况

研究区位于湘阴县滨湖平原粮食生产区，行政隶属湘阴县静河镇湾河口社区。地理坐标东经 112°49'8″～112°49'31″，北纬28°36'40″～28°37'17″，面积 66 hm²，稻田实际种植面积 55 hm²。为了准确筛选试验区，先期对 66 hm² 耕地开展土壤污染精细调查，在此基础上选择Cd等重金属轻度—中度污染区 18 hm² 作为试验区（图1），开展小区试验和大田示范。研究区属洞庭湖南部滨湖平原区，水网密布，其成土母质为河（湖）沉积物，土壤类型为河积湖积冲积水稻土，土壤耕层深厚，质地疏松，肥力较高，适宜水稻等作物生长。气候方面，湘阴县处于亚热带湿润气候带，一年四季分明，光照长，降水集中在春夏暖热季节，年平均气温为 17℃，全年无霜期为223～304 d，年日照1399.9～2058.9 h，年均降雨量 1392.62 mm。据县气象台资料，2022 年 1—2 月气温较低，平均气温 7℃，3—5月气温回升，平均气温为18~24℃，小雨较多，但从6月开始至9月份，连续出现罕见高温干旱气候，气温较高，平均气温在 30℃以上，最高达 36℃，降雨稀少，出现旱灾，水库、河流、坑塘干枯，田地缺水严重，对农作物生长影响较大。区内农作物主要为水稻，以常规稻为主，一年一季，水源来自湘江，通过沟渠引水灌溉。作为湘阴县最大河流，湘江水量充沛，流域内多年平均降水量一般为1300~1500 mm，径流与降水关系极为密切，年际变化大，年内分布不均。平均流量为2110 m³/s，最大流量20600 m³/s，最小流量100 m³/s。每年4—9月为汛期，10月至次年2月为枯水期。年内水位变幅较大，达 9.5～13. 0 m。近年来，随着气候变化，湘江时常出现极端水文情况，据县气象站及水文站资料，2021年5月中下旬至6月初，连续出现强降雨15～20 d，降雨量达300～500 mm，导致湘江水位暴涨，出现险情。2022 年 3 月湘江湘阴段平均水位24.35 m，随着雨水增加，水位逐渐上升，4月平均水位为 25.9 mm，5 月为 29.28 mm，6 月达 31.25 mm，7 月开始连续高温，雨水偏少，水位逐渐下降，7 月为 28.67 mm，8 月为 23.85 mm，到 9 月降到 20.64 mm。严重影响通航及溉灌。地下水埋藏较浅，一般0.8 m以下即见到水，土壤中水分总体呈饱和状态。经检测，地下水 pH值为 5.78～7.39，重金属含量极低，水质达Ⅲ类水质标准，丰水期，由湘江水、湖水补给地下水，枯水期由地下水补给湖水和湘江水。通常情况下，地下水与地表水循环不会对表层土Cd等重金属元素含量造成影响。

1.1 耕地土壤污染特征

1∶25 万洞庭湖区多目标地球化学调查成果显示（湖南省地质调查院，2006^①），湘阴县表层土存在 Cd、Pb、As、Ni、Cu、Zn、Hg污染，同时存在Se、Ge等有益元素富集，研究区被划分 Cd、Pb、As轻度污染区。 2017年全省土壤污染状况详查、全省土壤污染状况加密调查将研究区划定为Ⅲ类土壤，即轻度污染区。2020 年湘阴县农环站对辖区内耕地土壤及水稻进行采样化验，发现研究区及周边土壤中 Cd： 0.50～1.17 mg/kg，稻谷 Cd：0. 085～1.354 mg/kg，即研究区及周边土壤、稻谷普遍出现Cd超标现象。

为准确了解研究区土壤污染状况，试验前，对 66 hm² 研究区开展了表层土壤精细化调查，同步开展了稻谷、灌溉水、沟渠底泥等调查工作。表层土调查按五点混合采样法共采集了32个表土样，分析 Cd、有效 Cd、Pb、As、Hg、Cu、Zn、Se、Ge 等元素。根据表层土壤有害元素含量测定结果，依据《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）（GB 15618-2018）》标准，耕地重金属污染元素主要是 Cd，其次是 As，其他有害元素 Pb、Hg、Cu 等无污染。根据稻田土壤污染 Cd、As元素筛选值和管控值，确定研究区耕地土壤污染程度，其中：Cd 含量范围为 0.5～1.5 mg/kg，平均 1.2 mg/kg，以轻度污染为主，局部轻微污染和中度污染（图2）；As 含量范围为 21.8～48.3 mg/kg，平均 37. 0 mg/kg，全区表现为轻微污染（图3）。从耕地土壤中 Cd 的相态分析结果表明，研究区土壤酸溶态Cd（可交换态、碳酸盐结合相）含量高，是导致稻米含量超标的直接原因（杨家林等，2022）。有益元素Se含量高，属富硒土壤。

1.2 稻谷中Cd、Se含量

试验前采集 27 件晚稻样品，分析 Cd、As、Pb、 Hg、Cu、Zn、Se、Ge元素，结果显示，糙米中Cd含量最小0. 058 mg/kg，最大1.227 mg/kg，平均0.397 mg/kg，变异系数0.766，分布不均匀。按照《食品安全国家标准食品中污染物限量（GB 2762-2017）》，稻米中27 个点位有 18 个点位 Cd 超标，超标率 66.7%。其中轻微超标（Cd：0.2～0.4 mg/kg）点位 9 个，轻度超标（Cd：0.4～0.6 mg/kg）4 个，中度超标（Cd：0.6～0.8 mg/kg）2个，重度超标（Cd：＞0.8 mg/kg）3个（图4）。 As、Pb、Hg 等元素不超标。稻米中 Se 含量较高，普遍大于0. 04 mg/kg，为富硒大米。Zn、Ge含量低。

综合上述分析，研究区土壤主要是 Cd 污染，以轻度污染为主，局部轻微污染和中度污染；稻米中 Cd 普遍超标，Se 含量较高，达富硒大米标准。基于上述调查结果，试验区选择在研究区东部土壤Cd轻度—中度污染区，对应稻谷轻度—重度超标区，面积18 hm²（图2）。

1.3 污染成因浅析

对沟渠中的灌溉水、地下水、湖水、河水进行了采样分析，重金属元素不超标，水质达到Ⅱ～Ⅲ类水质标准，表明灌溉水不会造成土壤Cd等重金属元素污染。沟渠中的底泥 Cd、As含量较高，是来自湘江水携带的泥砂长年累月沉积结果，在湘江河床底部采集到历史沉淀的泥砂样品，Cd、As含量较高，综合其他调查结果认为，导致耕地污染的主要原因是历史上用受污染的湘江水灌溉所致。

2 技术方法

2.1 技术思路

从目前修复技术来看，不论采用何种修复技术都能在一定程度上有效降低重金属含量，但都存在一定缺陷（樊霆等，2013；崔俊义等，2017；甘凤伟和王菁菁，2018）。化学钝化修复技术作为修复农田土壤Cd污染最优方法之一，有成本低、见效快、操作便捷且不影响农作物生产的优点（赵侗烨等，2020）。黏土矿物具有比表面积大、吸附性强、离子交换性强等优点，并且其对重金属的吸附和沉淀作用强，可以固化土壤中的重金属（朱润良等，2017； 张景军等，2023）。用黏土矿物作钝化剂是一种比较好的修复技术，来源广，成本低，但单一黏土矿物修复存在固化周期短，条件改变后会解吸而重新释放重金属元素等缺陷。试验区土壤以 Cd为主伴 As 轻度污染，同时考虑湘阴其他地方存在 Pb、As、Hg 等复合污染，为此本文优选黏土矿物作钝化剂，采取复合改性方法增强黏土矿物吸附强度，使重金属元素能持续保持在黏土矿物中。优选的黏土矿物以具有 2∶1 型结构的蒙脱石为主，配伊利石、沸石、硅藻土。据前人研究（朱润良等，2017；张景军等， 2023），2∶1 型结构的蒙脱石具有强的吸附 Cd、Pb、 Zn、Ni、Cr、As能力，且优于 1∶1 型结构的黏土矿物，伊利石也具有较强的吸附Cd、Pb、Zn、Ni、Cr能力，而沸石、硅藻土因多孔结构具有良好的吸附 As、Hg及有机污染物能力。按一定比例配制复合钝化剂具备了处理复合污染能力，但黏土矿物不经改性处理，吸附重金属元素能力会打一定折扣，以往改性采用加热处理、化学酸处理、有机处理（叶宏萌等， 2012），这样处理后的黏土矿物吸附性能更强，但成本也大大增加了，最简便的方法是细磨—超细磨，增加比表面积，但过细会使黏土矿物出现团聚体状态，反而影响重金属吸附，经参考前人经验，以-400～-600目为宜。据1∶25万多目标地球化学资料（湖南省地质调查院，2006^①）及以往研究成果（孔鹏辉等，2020；郭宇等，2023），湘阴西部平原区耕地土壤虽然存在Cd等重金属污染，但也存在Se、Zn等有益元素，前期调查研究区也存在富Se土壤。如在修复土壤的同时，增加稻米的Se、Zn等有益元素含量，达到修复增值效果其意义更大。以往研究表明（王新等，2001；湖南省生态环境监测中心，2021^②），水稻吸收重金属离子是从根部—杆—稻壳—稻米顺序分配的，Cd等重金属元素含量也是按这一顺序由大到小排列的。钝化修复是从源头阻止重金属离子进入水稻中，是第一道阻隔防线，部分重金属离子被水稻吸收，从根部、稻杆进入稻米中，需构筑第二道阻隔防线。

针对试验区污染状况，参考前人土壤修复方面成果，选择以黏土矿物为主要钝化剂，采用“改性后的黏土矿物复合钝化—双重阻隔—增值修复”技术，在锁住Cd、As等有害元素的同时，还能缓慢释放 Zn、Se等有益元素，使稻米 Cd等元素含量降低，Zn、 Se等有益元素含量提高，达到既削减稻米Cd含量又提高稻米品质的目的。

2.2 钝化剂研制

（1）黏土矿物复合。选择吸附能力强的 2∶1 型黏土矿物蒙脱石为主，配一定量的伊利石及硅藻土、沸石等矿物配制而成的两种复合钝化剂；（2）黏土矿物改性。选用细磨（-400 目）—超细磨（-600 目）黏土矿物的方法，增加其比表面积，达到增强黏土矿物吸附能力；（3）双重阻隔。水稻种植前施加改性复合钝化剂为第一重阻隔，水稻抽穗前喷施水溶性硅肥为第二次重阻隔（吴金富等，2011）；（4）增值修复。采用石灰改善土壤 pH 值，确保土壤酸碱环境为弱酸—弱碱性状态，达到既可促使Cd沉淀钝化，也可让部分Zn、Se溶出被稻谷吸收的目的。

2.3 试验设计

以本文配制的2种黏土矿物改性复合钝化剂为主，加上常用的石灰钝化剂及中国地质科学院专利产品矿物微胶囊一同开展试验。设计11种处理（表1），采取小区试验与大田示范同步进行。小区试验面积 0.17 hm²，选择在核心区，田块方正，肥力中等均匀，排灌方便，种植水平与当地生产水平相当。布设4块试验田，每块小区分成11个试验组共44个试验组，随机区组排列，4 次重复，保证样本的代表性，处理与处理间用田埂分隔，单排单灌，防止不同处理相互串通，外设保护行。大田示范面积18 hm²，大体以沟渠为界或田埂为界进行。用量：石灰按常规的1500 kg/hm²，矿物微胶囊按其规定的3750 kg/hm²，本文配制的2种改性复合钝化剂按2250 kg/hm²。水溶性硅肥按1500 g/hm² 稀释300倍后喷施。

具体做法为：（1）钝化剂及石灰在插秧（或撒播种）前 7～10 d 施撒，施撒后翻耕、整平；（2）水溶性硅肥在水稻抽穗前，按1500 g/hm² 量稀释300倍后喷施到叶面上；（3）为比较只施一次钝化剂与施二次的降Cd效果，小区试验在晚稻种植前留出一行不施钝化剂，其余三行第二次施钝化剂，钝化剂施加量与早稻相同，大田示范区同样选择一块第二次施钝化剂；（4）小区早稻品种选种中早24号常规稻，先异地育种再移栽，晚稻选用耘两优玖48号杂交稻。大田早稻、晚稻均为中早 24 号常规稻，以撒播方式播种，田间管理与平常相同。

3 结果与分析

3.1 小区试验修复效果

3.1.1 小区试验早稻土壤元素含量变化

早稻试验后小区土壤 pH值变化不大，为 5.9～6.3，呈弱酸性。与空白对照组（CK）相比，土壤营养元素除缓效钾略有降低外，其他组分变化不大，表明各处理对土壤营养元素不会造成流失（表2）。各处理对有效镉降低不明显，对其他元素无明显影响。

3.1.2 小区试验早稻稻米有关指标变化

降 Cd 增 Se 效果：从表3 可以看出，与 CK 对照，各处理稻米 Cd 均有一定程度降低，其中降幅超过50 % 的有 GXFH-2+SH+SI、GXFH-2+SH、JR01、 GXFH-1+SH+SI、GXFH-1+SH 共 5 种处理。改性复合钝化剂 2（GXFH-2）分别与 SH 组合或与 SH、SI三种配套使用时，降 Cd 效果好，其中 GXFH-2+SH+SI 组合降 Cd幅度达 61%。稻米 Se含量大多处理都略有提升，其中 GXFH-2+SH+SI 处理提升最为明显，提幅达 11%。因此，从小区早稻试验结果看， GXFH-2+SH+SI是最佳的处理方法。

注：分析单位为湖南省地质实验测试中心（2021年11月）。

产量变化：试验后对小区各处理稻谷产量现场称重，扣除一定水分等折算其净重。总体看，同一种处理不同地块重量有差异，3号处理产量最低，为 6198 kg/hm²；4 号处理产量最高，为 7006 kg/hm²；其次是5号处理，为6965 kg/hm²。全区平均6756 kg/hm²，与试验前大体一致。表明施用钝化剂不会造成产量减产。

3.1.3 小区试验晚稻土壤元素含量变化

第二次施用钝化剂的晚稻土壤与只施用一次钝化剂的同类处理相比，有益有害元素无明显变化，但有效Cd略有降低。表明钝化剂可降低土壤有效Cd含量，对营养元素及微量元素影响不大。

3.1.4 小区试验晚稻稻米有关指标变化

降Cd增Se效果：从表4可知，试验期间，由于长时间遭受高温干旱，各处理降 Cd 效果受到较大影响，与 CK 相比，二次施用钝化剂晚稻稻米，各种处理稻米 Cd 均有不同程度下降，效果好的有 GXFH-2+SH、GXFH-1+SH+SI、GXFH-2+SH+SI、GXFH-1+SH、 JR01 共 5 种处理，降幅达 65%～71%。所有处理晚稻稻米中有益元素Se，与CK相比无明显变化，均达富硒稻米标准。与早稻相比，经过二次施用钝化剂处理后晚稻糙米中Se含量要显著高于早稻，表明二次施用钝化剂可有效提升稻米Se含量。

注：分析单位为湖南省地质实验测试中心（2022年8月）。

注：分析单位为湖南省地质实验测试中心（2022年11月）。

产量变化：经现场称重并扣除一定水分等折算其净重，得出小区晚稻产量为 4898 kg/hm²，远低于以往杂交水稻产量。造成产量大幅减产的原因是 2022 年下半年连续 4 个多月的高温干旱，湘江水位干枯见底，无水可供，秧苗在抽穗、扬花期即已枯萎，加之病虫害，导致晚稻大面积减产。

3.2 大田示范修复效果分析

3.2.1 大田示范区耕地土壤元素含量

大田示范区耕地土壤 pH 值为 5.31～7.22，多数呈弱酸性，土壤营养元素无明显变化。Cd含量为 0.48～1.17 mg/kg，有效 Cd为 0.324～0.746 mg/kg， As 为 17.48～32.70 mg/kg，各点位 Cd、As 均超过筛选值，但低于管控值。有益元素 Se 为 0.553～0.670 mg/kg，为富 Se 土壤。与空白对照组（CK）相比，有效镉含量有所降低。

3.2.2 大田示范区稻米元素含量

由于大田示范区农户一年只种一季（早稻或晚稻），有些田块农户临时改作他用，晚稻又遇干旱而摞荒，导致部分处理无结果。大田示范区早稻糙米含量见表5。

由表5可知，从大区示范早稻稻米Cd全部达标的处理为 GXFH-2+SH+SI、JR01+SH，其中：降 Cd 好的有 JR01+SH、GXFH-2+SH+SI、GXFH-2+SH，降幅达68%～86%。达标率较低的有GXFH-1、GXFH-2、 GXFH-1+SI。经 GXFH-2+SH+SI 处理后，稻米降 Cd达标且有益元素 Se在稻米中含量仍达富硒稻米标准。二次施用钝化剂后晚稻糙米元素含量见表6。

注：分析单位为湖南省地质实验测试中心（2022年8月）。

注：分析单位为湖南省地质实验测试中心（2022年11月）。

由表6可知，经二次施用钝化剂后晚稻稻米，只有 GXFH-2+SH+SI 达到限定值（0.2 mg/kg）以下， GXFH-2、GXFH-2+SH略高于限定值。与CK对比，经SH处理后晚稻稻米Cd降低了76%，GXFH-2降低了80%，GXFH-2+SH降低了81%，而GXFH-2+SH+SI 降幅高达 93%。JR01、GXFH-1+SI 不降反升，其原因有待查明。各处理后稻米均达富Se稻米标准。

从表7看，同一地块或相邻地块二次施用钝化剂与只施一次钝化剂的晚稻相比，多数钝化剂经过二次施用后的晚稻Cd含量要明显低于只施一次的晚稻，稻米Se含量变化不大。早稻GXFH-2+SH+SI处理后在晚稻未处理情况下，稻米Cd、Se含量仍然达标。

4 讨论

4.1 影响改性复合钝化剂降镉效果因素分析

从前文小区试验及大田示范结果看，配制的 2 种改性复合钝化剂如果单独使用，或与水溶性硅肥二者配合使用，降 Cd 效果均不理想，但与石灰配合使用，或与石灰、水溶性硅肥三者配合使用时，降Cd 效果明显，特别是GXFH-2+SH+SI，表明石灰在这一组合中起到重要作用。石灰的作用一是调节土壤 pH值，使土壤中的 pH值增加，碱性环境下，Cd可产生沉淀而降低其活性。研究人员发现（湖南省地质调查院，2006^①），土壤 pH<6.5 时，每提高 1 个土壤 pH 单位，土壤有效态 Cd 含量可以降低 0.1 mg/kg。土壤 pH 也与稻米 Cd 积累呈显著负相关，即每提高 1 个土壤 pH 单位，稻米 Cd 含量可降低 0.12 mg/kg。二是增加了 Ca 的浓度，有研究证明（湖南省地质调查院，2006^①），土壤中 CaO 与稻米中 Cd 存在一定关系，当土壤 CaO＞0.65% 时，稻米 Cd 不超标。可能 Ca与Cd存在拮抗作用，当Ca达到一定浓度时，会阻止土壤中的 Cd 进入稻米中。至于施用石灰是否会对土壤产生不利影响，从表2可知，无论是单独施用还是与其他钝化剂配合使用，对土壤营养元素没有造成流失，也没有造成粮食减产，因此施用石灰对土壤不会产生不利影响。第二个重要因素是改性复合钝化剂的配比。前面试验可看出，GXFH-2+ SH+SI组合要明显优于GXFH-1+SH+SI组合，显然，在其他条件相同情况下，钝化剂的配比起到关键作用，GXFH-2配比中蒙脱石占比较高，而GXFH-1相对较低，导致GXFH-1降Cd效果不及GXFH-2。

注：分析单位为湖南省地质实验测试中心（2022年11月）。

GXFH-2中主要成分为蒙脱石，其次是伊利石。蒙脱石是一种可膨胀性黏土矿物，是具有二维纳米片层结构的硅铝酸盐矿物，片层之间形成了可膨胀性的层间域空间；由于同晶替代作用，黏土矿物片层往往带负电荷，需要在层间域内吸附无机阳离子进行电荷平衡，而这些阳离子在一定条件下很容易被交换；此外，黏土矿物端面往往含有大量的羟基，这种结构特征决定了它们具有很强的表/界面反应活性，由此蒙脱石具有优良的重金属元素吸附性能，可作为污染物的吸附剂、催化剂、混凝剂，在其他方面也具有广泛用途（王新等，2001）。伊利石又称水云母，属于富钾和富铝的层状铝硅酸盐矿物，单斜晶系，呈不规则鳞片状集合体，是2∶1型层间缺失的二八面体黏土矿物，具有可变成分和混层结构，与 2∶1 型蒙脱石结构非常相似。伊利石具有粒径小（一般小于 2 µm）、比表面积大、吸附性强的胶体性质，可以吸附重金属离子。伊利石层间具有较多的K⁺，因此当伊利石与重金属污染水体充分反应后可由K⁺与金属离子进行离子互换，从而达到净化水质的目的。而且伊利石颗粒边缘含有硅羟基及铝羟基，能够与水体中的重金属离子发生配合反应从而净化水体，另外，伊利石结构中含有的孔隙可以提供大的物理吸附点位，增加了重金属离子吸附性能。GXFH-2中还含有少量沸石和硅藻土。沸石属于碱土金属水化的铝硅酸盐矿物，具有架状结构和高的阳离子交换量，因此施用沸石不仅能提高土壤养分，提高作物产量，还能降低重金属活性。硅藻土是一种具有生物成因的多孔结构二氧化硅，悬浮性能好，吸附性能强，特别对于 As、Hg、有机污染物吸附性好。因此这 4 种矿物以一定配比混合后，可各自发挥作用。在石灰、水溶性硅肥的作用下，清除复合污染功能更突出。

4.2 影响稻米降镉增硒因素分析

土壤酸碱度调节是影响降 Cd增 Se效果的关键因素。Cd、Se 在碱性条件下均可沉淀而失去活性，如何调节pH值，使土壤中的Cd最大限度地沉淀，同时允许Se部分释放出来被水稻吸收，目前尚无实验证明。本次试验将土壤 pH 调节到 6.5～7.5，在这个范围内稻米中 Cd 降幅较大，同时 Se 含量明显增加。当然还需要进一步试验，确定最佳 pH，确保稻米中Cd降幅最大，同时Se提升最佳。

4.3 几种降镉效果好的处理经济效益分析

从前文试验结果可知，降 Cd效果好的有 JR01、 GXFH-2+SH、GXFH-2+SH+SI 共 3 种处理。从成本上看，JR01 用量大，成本较高，经测算，JR01 使用成本达19530元/hm²，而GXFH-2+SH、GXFH-2+SH+SI 分别为 6780 元/hm²、7080 元/hm² ，远低于 JR01。 GXFH-2+SH、GXFH-2+SH+SI 相比较，虽然后者每公项多增加了 300 元，但降 Cd 效果优于前者，综合比较认为 GXFH-2+SH+SI 处理成本低、效果好、稳定性好、操作简便，是最佳降 Cd 增 Se 钝化修复技术，可大面积推广使用。

4.4 钝化剂稳定性分析

经过试验，GXFH-2+SH+SI 这种处理早稻施用后，可一直稳定到晚稻，稳定时间至少8个月。但因试验时间相对较短，如果有2年观察期，则可较准确确定这种处理稳定时间。

5 结论

（1）以黏土矿物为主配制而成的矿物改性复合钝化剂（GXFH-2），与石灰、石灰加硅肥配合使用，可一定程度上降低土壤有效Cd含量，从而降低稻米 Cd含量。

（2）早晚两季都施用钝化剂比仅早稻施用钝化剂降Cd效果要好。

（3）矿物改性复合钝化剂 2+石灰+硅肥组合 （GXFH-2+SH+SI）修复技术，能有效削减重金属污染耕地稻米Cd含量，并能有效增加稻米中有益元素 Se含量，是一种成本低、效果好、操作简便的重金属污染耕地稻米Cd超标钝化修复技术，可推广应用。

注释

① 湖南省地质调查院.2006. 湖南省洞庭湖区多目标地球化学调查报告[R].

② 湖南省生态环境监测中心.2021. 湘江尾闾周边农用地重金属污染成因调查研究成果报告[R].

参考文献