农田中的Cd能通过食物链富集到人体,威胁人类健康,因此,修复Cd污染农田对保障粮食安全具有重要的现实意义。成都平原是稻麦的主要产区,以水旱轮作为主要的耕作方式。随着工业的发展,该地区土壤Cd污染日益严重,水稻、小麦籽粒中Cd积累量较高,存在食品安全风险。因此,降低Cd污染农田水稻和小麦籽粒重金属含量,保障粮食安全生产成为广大科技工作者研究的重点。目前,修复Cd污染农田的方法诸多,常见的修复方法有固化、电动力学、客土、换土等物理修复技术,化学、淋洗、溶剂浸提、土壤性能改良等化学修复技术,以及微生物和植物修复技术。而在众多修复技术中,原位化学固定修复因其具有简便、快速、成本低廉等特点,成为当今土壤重金属污染治理的研究热点。施用石灰是一项传统的酸性土壤改良措施。石灰可以降低土壤酸度,提高土壤pH值,有效缓解土壤重金属对作物的毒害。为探索成都平原中轻度Cd污染耕地有效的治理措施,本研究以稻麦轮作耕地为研究对象,采用田间试验,设置一组空白对照处理A,4组不同梯度石灰用量处理B、C、D、E,三年共施六季石灰,分析石灰长期施用对耕地土壤理化性质、微量元素有效性、Cd形态以及水稻、小麦籽粒吸收Cd的影响,为合理施用石灰控制Cd污染耕地土壤,保障粮食安全生产提供科学依据和实际应用。其主要研究结果如下。(1)施用石灰可以显著降低土壤Cd的有效性,降低水稻、小麦籽粒Cd的累积量,且石灰施用量在一定的范围内可以实现稻麦的增产。与对照处理相比,每季石灰施用量为D和E的处理,水稻籽粒Cd的积累量分别降低到0.12mg/kg和0.08mg/kg;小麦籽粒Cd含量分别降低到0.097mg/kg和0.075mg/kg,达到《食品安全国家标准—食品中污染物限量》(GB 2762-2017)国家标准,能够保障粮食的安全生产。因此,从石灰施用对稻麦籽粒Cd累积量的影响及石灰对稻麦产量的影响综合考虑,当三年每季石灰施用量不低于2250 kg/hm~2时,可实现轻度Cd污染耕地稻麦的安全生产。(2)土壤有效态微量元素含量对作物生长至关重要。试验结果表明,土壤有效Fe、Mn、Zn、Mo含量随着石灰施用量的升高而显著降低,呈二次线性相关。相较对照处理降幅依次为26.7%~75.5%、63.2%~80.2%、41.4%~51.0%、16.1%~35.5%,达差异显著水平(P<0.05),而5组处理间有效Cu、B含量没有明显差异,说明土壤有效Fe、Mn、Zn、Mo对不同用量石灰表现出敏感性。因此,在施用石灰修复酸性重金属污染耕地的过程中,可适当补充微量元素肥料,以保证作物的正常生产。(3)施用石灰可改善土壤酸度,提高土壤酸化缓冲能力。连施三年石灰后,A、B、C、D、E五组试验小区的pH值依次为5.3、6.4、7.4、8.1、8.4,土壤由酸性变为中性或碱性;土壤有效P含量随石灰施用量的增加而升高,E处理与对照处理相比升高59.6%;土壤速效K、有机质和CEC含量均随石灰施用量的增加呈先上升后下降的趋势,相比对照,速效K含量先升高31.4%后下降11.1%,有机质含量先升高9.90%后与对照处理含量持平,而CEC含量先升高5.27%后略低于对照处理;土壤全N和碱解N含量与对照处理相比没有明显变化,对石灰不敏感;随石灰施用量的增加,土壤粘粒向砂粒转化;石灰可以促进土壤可交换态Cd向可还原态和残渣态Cd转换,可交换态Cd比例由44.1%下降为29.0%,残渣态Cd比例由18.8%升高为34.3%,而可氧化态Cd含量始终保持在较低水平,对石灰不敏感。参考全国第二次土壤普查养分分级标准,当石灰用量控制在每季3000 kg/hm~2,不会引起土壤养分中各组分等级的改变。本研究认为,当石灰施用量在1500kg/hm~2~3000 kg/hm~2范围时,既能改善土壤酸性,又可保持土壤养分维持在较高水平。综上结果,本研究采用灰色关联法就不同石灰施用量对土壤—植物体系的影响进行综合评价,以筛选出最佳的石灰施用量。选取23个指标作为评价体系,经过选取理想模型、无量纲化、绝对偏差计算、灰色关联系统计算,得到各处理的灰色关联度。灰色关联系数表明,综合稻麦籽粒Cd的积累量、土壤Cd有效性、土壤肥力,可以得出在pH值为5.49,土壤Cd含量为0.771mg/kg的污染耕地土壤上连施三年石灰,石灰施用量为3000 kg/hm~2时,石灰施用效果最佳。