土壤鎘與水稻吸收量至農藝整治方法

研究

農委會農業試驗所郭鴻裕

hyguo@tari.gov.tw103.03.05

中興大學

Adapted from:

Adapted from:

Adapted from:

panicle formation stageof rice at Lukang sites

Different species of rice hasits own growth stages

田間試驗

田間採樣

樣品處理

Cadmium in rice: relation with soil Cd?

0.0

0.4

0.8

1.2

1.6

2.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

Cd-soil (0.1 M HCl - mg kg-1)

Cd

ric

e (m

g k

g-1

dw

) Cd > 0.2 = 32.2% > 0.4 = 12.3% > 0.5 = 8.3%

Note:

Present action value in Taiwan: 5 mg kg-1

log(MeFQC) = INT + b*log(Cd-soil Control)

y = 0.0815x + 1.8229

R2 = 0.02

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15

Cd in lettuce (mg kg-1)

Cd in soil (mg kg-1)

y = 0.0815x + 1.8229

R2 = 0.02

0

2

4

6

8

10

0 5 10 15

Cd in lettuce (mg kg-1)

Cd in soil (mg kg-1)

log(MeFQC) = INT + a*pH + b*log(Cd-soil Control) + c*log(clay)

y = 0.2564x + 0.4332

R2 = 0.89

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40

Cd in lettuce (mg kg -1)

Cd in soil solution (μ g L-1)

y = 0.2564x + 0.4332

R2 = 0.89

0

2

4

6

8

10

0 10 20 30 40

Cd in lettuce (mg kg -1)

Cd in soil solution (μ g L-1)

Cadmium uptake model發展鎘的吸收模式

水稻吸鎘之土壤與作物的相關式

衛生署食米標準之的土壤鎘允許範圍 ( 土壤 pH4.5)

衛生署食米標準之的土壤鎘允許範圍 ( 土壤pH4.5)

農民參考表

台秈 2 號 ( 非常敏感品種 )

台農 71號 ( 正常品種 )

農民參考表

農民參考表

台農 67號 ( 不敏感品種 )

pH土壤 與土壤鎘活性之相關性

y = -0.5425x + 1.6948

R2 = 0.6382

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00

pH土壤

log(

CaCl

2/

)鎘王水鎘

土壤 pH由 4 提昇至 7 可以降低土壤鎘活性 100 倍

秈稻品種在含鎘偏高土壤比較會吸收鎘的 3 個証據

LK試驗區之幼穗形成期水稻

不同品種之成熟期不同

栽培 12品種水稻且栽植方向與土壤重金屬濃度梯度垂直

8試區 94年一、二期作 12品種糙米與土壤王水分解鎘轉換率

品種 ( )類別 一期作 二期作平均值 標準偏差 平均值 標準偏差

70 台農 號 ( ) 稉稻 25. 6 13. 7 48. 3 20. 6 8 台稉 號 ( ) 稉稻 32. 7 15. 2 31. 6 12. 872 台農 號 ( ) 稉稻 27. 1 20. 6 27. 0 15. 4143 高雄 號 ( ) 稉稻 26. 5 19. 8 24. 4 15. 630台東 號 ( ) 稉稻 28. 3 23. 9 25. 0 15. 7

20 台農秈 號 ( ) 秈稻 79. 5 65. 6 67. 9 43. 571台農 號 ( ) 稉稻 29. 4 15. 4 29. 5 11. 767台農 號 ( ) 稉稻 24. 5 17. 9 28. 4 6. 02台秈 號 ( ) 秈稻 73. 7 48. 3 94. 5 46. 2 秈糯 ( ) 糯稻 58. 4 22. 6 90. 5 35. 7

10 台中秈 號 ( ) 秈稻 42. 1 14. 8 69. 4 29. 5144 高雄 號 ( ) 稉稻 29. 9 21. 8 27. 1 10. 3

證據 1

品種間糙米鎘含量的變化

050

100150200

水稻品種

糙米含鎘之

相對濃度

證據 2

證據 3

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00

1

3

5

7

稉稻 0 本莖葉

0.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00

1

3

5

7

稉稻 1 本莖葉

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00

1

3

5

7

9

秈稻 0 本莖葉

0.00 10.00 20.00 30.00 40.00 50.00

1

3

5

7

9

秈稻 1 本莖葉

莖葉順

序

莖葉順

序

莖葉鎘濃度 mg/kg 莖葉鎘濃度 mg/kg

稻米之鎘含量 : 品質、品種

0%

20%

40%

60%

80%

100%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C

rice variety

freq

uen

cy

0.5 - 2.0

0.4 - 0.5

0.3 - 0.4

0.2 - 0.3

0.1 - 0.2

< 0.1

Cadmium in rice (8 locations; 12 varieties)

Indica species

結論• 秈稻品系較稉稻品系容易吸收鎘元素• 土壤因子影響水稻吸收鎘元素 , 但吸收機制相當複雜

• 一期作較二期作少吸收鎘元素

土壤鎘之管理策略

降低鎘吸收量(> 2-3 ppm)

改變土地利用(> 3-5 ppm)

施用石灰

管理項目 土壤管理方式

選擇水稻品種(0.7 – 2 ppm)

< 土壤污染整治 >氯化鐵處理植生復育法

『農藝方法達成降低鎘米發生風險』指引單位 :mg/kg

土壤全鎘含量

種植稉稻

0.7-2 mg/kg 2-3.0 mg/kg 3.0-5.0 mg/kg

選擇對鎘吸收不敏感之水稻品種

施用石灰、調整 pH 方式降低鎘吸收量

以施用氯化鐵、搭配耕犁翻攪與抽去含鎘廢水方式進行改良

0.7

2

3

5

不同氯化物濃度下 Cd 離子與錯合離子的分布

Cd － Cl 離子錯合型態：

Cl 離子濃度 (<0.01M) ： Cd2+

Cl 離子濃度 (0.01M~0.1M) ：CdCl+

Cl 離子濃度 (0.1M~1M) ： CdCl2

Cl 離子濃度 (0.5M~2M) ： CdCl3-

Cl 離子濃度 (>2M) ： CdCl42-

施用氯化鐵前耕犁

試驗田灌水至 2 - 5 公分

以曳引機耕犁 4 次

靜待沉降

將水放乾

添加至表面自由水 20-40 公分

施入氯化鐵

曳引機耕犁 2 次

測定土壤 pH

依 pH 值結果計算石灰需要量

施用石灰，調整 pH 至 6.5 – 7.0

整地後插秧

建立田區試驗流程

作物相對吸收土壤鎘、鉛能力鎘• 西洋萵苣、菠菜• 大白菜、甘藍• 蕪菁• 洋蔥、韭菜、歐洲防風草• 馬鈴薯、蕃茄、• 西葫蘆、• 甜玉米• 法國豆、• 甜菜、白蘿蔔、• 碗豆、紅蘿蔔、• 花椰菜

鉛• 西洋萵苣、麝香草• 蕪菁、大白菜• 白蘿蔔、紅蘿蔔• 香草、洋蔥、• 菠菜、• 甜菜、• 草莓• 玉米、馬鈴薯、• 蕃茄、• 覆盆子、• 醋栗、• 蘋果

累積能力增

加

田間試驗 - 茄子

田間試驗 - 小白菜及青江菜

法國(國家農地土壤背景 10)

法國(國家農地土壤背景 10)

中國 C中國 C

中國 D中國 D

韓國韓國

國內外土壤重金屬管制標準比較國內外土壤重金屬管制標準比較

P.40

0.4 2 5 10 10 12 12 12 15 15 20 20 20 20 20 20 20 20 20 25 25 25 25 25 25 25 25 25 25 29 30 30 30 30 30 30 35 35 37 37 37 40 40 40 45 45 45

50 50 50 50 50 55 55 55 55 60 65 70 75 75 80 100 100 100 100 110 120 125 140 140 150 200 200 200 300 400 500 600

砷砷 (As)(As)砷砷 (As)(As)

台灣台灣

0.4 0.4 0.4 0.4 0.7 0.8 1 1 1 1 1 1.4 1.5 1.5 2 2 2 2 4 5 5 6 6 6 10 10 10 10 10 12 12 12 12 12

15 15 15 20 20 20 20 20 20 20 20 22 25 30 30 40 50 60 60 70 80 100 100 200 600 900

台灣 (食用作物農地 )台灣 (食用作物農地 )

台灣台灣

鎘鎘 (Cd)(Cd)鎘鎘 (Cd)(Cd)

總鉻總鉻 (Cr)(Cr)總鉻總鉻 (Cr)(Cr)

5 10 15 15 30 40 45 50 60 64 64 70 87 90 100 100 100 100 100 120 130 130 130 130 150 150 200 200 200 200 210 210 210 230 250 250 250 250

台灣台灣

300 300 300 300 350 380 380 400 400 450 450 450 470 500 500 800 800 800 800 1,000 1,000 3,400 7,000

中國 E中國 E

詳請參閱報告書詳請參閱報告書 P.2-14P.2-14 ，表，表 2-132-13 現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照詳請參閱報告書詳請參閱報告書 P.2-14P.2-14 ，表，表 2-132-13 現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照

環輿科技公司 提供

P.41

銅銅 CuCu銅銅 CuCu

20 30 30 36 50 60 60 63 63 70 91 100 100 100 100 100 100 120 125 150 150 150 150 190 190 190 190 200 200 200 200 200 200 200 200

400 400 400 450 500 500 500 600 600 600 800 800 950 1,000 1,000 1,000 1,500 1,500 2,000 4,000 5,000

台灣台灣

台灣 (食用作物農地 )台灣 (食用作物農地 )

韓國韓國

0.15 0.15 0.3 0.3 0.5 0.5 0.5 0.5 0.6 0.75 0.8 1 1 1 1 1.5 2 2 2 3 3 4 4 4 5 5 5 5 6.6 6.6 7 7 10 10

10 10 10 10 10 10 10 12 15 15 15 15 20 20 20 20 20 23 24 30 30 30 30 37 50 50 50 60 60 75 80 340 600

汞汞 HgHg汞汞 HgHg

法國法國

台灣 (食用作物農地 )台灣 (食用作物農地 )

台灣台灣

鎳鎳 NiNi鎳鎳 NiNi

10 10 15 35 35 35 40 40 40 50 50 50 50 50 50 60 60 60 70 70 70 70 100 100 100 100 100 120 140 140 140 140 150 180 200 200 200 200

台灣台灣

210 210 210 250 300 300 300 350 470 500 500 500 550 600 600 700 900 900 1,500 1,600 2,400 3,000 23,000

韓國韓國波蘭波蘭

土壤深度土壤深度 >15 cm>15 cm，飽和水力傳導度，飽和水力傳導度 <10<10-7-7土壤深度土壤深度 >15 cm>15 cm，飽和水力傳導度，飽和水力傳導度 <10<10-7-7

國內外土壤重金屬管制標準比較國內外土壤重金屬管制標準比較 ((續續 ))

詳請參閱報告書詳請參閱報告書 P.2-14P.2-14 ，表，表 2-132-13 現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照詳請參閱報告書詳請參閱報告書 P.2-14P.2-14 ，表，表 2-132-13 現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照 環輿科技公司 提供

P.42

25 50 60 70 70 85 100 100 100 100 100 115 140 140 150 200 200 200 200 200 200 250 260 300 300

鉛鉛 PbPb鉛鉛 PbPb

400 500 500 500 530 600 600 600 600 700 750 800 1,000 1,000 1,000 1,200 1,200 1,500 1,500 2,000 2,000 2,000 2,100

台灣 (食用作物農地 )台灣 (食用作物農地 ) 台灣台灣韓國韓國

鋅鋅 ZnZn鋅鋅 ZnZn

100 100 100 130 140 150 150 200 200 200 200 200 200 250 250 300 300 300 300 300 350 350 360 400 500 600 600 600 600 700 720 720 900 720

1,000 1,000 1,500 1,500 1,800 2,000 2,000 2,500 3,000 3,000 3,000 5,000 5,000 7,000 9,000 9,000 14,000 23,000 28,000 35,000 340,000

台灣台灣

台灣 (食用作物農地 )台灣 (食用作物農地 )

法國國家土壤背景 4,500

法國國家土壤背景 4,500

國內外土壤重金屬管制標準比較國內外土壤重金屬管制標準比較 ((續續 ))

詳請參閱報告書詳請參閱報告書 P.2-14P.2-14 ，表，表 2-132-13 現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照詳請參閱報告書詳請參閱報告書 P.2-14P.2-14 ，表，表 2-132-13 現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照現行我國土壤重金屬管制標準值與各國相應之管制值對照 環輿科技公司 提供

重金屬 項目王水全量濃度 (mg/kg)

環保署 1600 公頃 農業試驗所

砷 As(60mg/kg)

25% 2.64 －

50% 5.67 －

75% 7.92 －

99% 13.51 －

鎘 Cd(20mg/kg)(5mg/kg)

25% 0.30 0.35

50% 0.55 0.65

75% 1.00 1.15

99% 4.95 3.75

鉻 Cr(250mg/

kg)

25% 8.40 3.20

50% 18.00 5.20

75% 46.20 8.20

99% 394.20 54.80

銅 Cu(400mg/

kg)(200mg/

kg)

25% 16.50 11.55

50% 26.00 20.30

75% 45.10 34.50

99% 237.05 213.45

國內土壤特性分析－表土國內土壤特性分析－表土

備註：環保署 1600 公頃砷、汞採王水全量分析方法，其餘為 0.1N HCl 萃取法，並利用轉換係數轉換為王水全量值。 P.43

重金屬 項目王水全量濃度 (mg/kg)

環保署 1600 公頃 農業試驗所

汞 Hg(20mg/kg)(5mg/kg)

25% 0.07 －

50% 0.12 －

75% 0.19 －

99% 0.78 －

鎳 Ni(200mg/kg)

25% 23.60 14.00

50% 39.80 22.80

75% 68.60 35.20

99% 332.80 179.20

鉛 Pb(2000mg/kg)(500mg/kg)

25% 16.26 8.85

50% 23.40 13.89

75% 31.11 20.85

99% 69.72 60.45

鋅 Zn(2000mg/kg)(600mg/kg)

25% 31.30 17.70

50% 46.45 29.25

75% 62.75 48.00

99% 438.05 401.65

轉換係數20

倍

轉換係數5

倍

轉換係數5

倍

轉換係數3

倍

轉換係數20

倍

轉換係數5

倍