不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬含量的影響

何鳳鵬，谷 雨，馮光輝，吳海勇，劉瓊峰，李明德

（1.湘鄉(xiāng)市東郊鄉(xiāng)農(nóng)技站，湖南　湘鄉(xiāng) 411400；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南　長(zhǎng)沙 410125）

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不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬含量的影響

何鳳鵬1，谷 雨2，馮光輝1，吳海勇2，劉瓊峰2，李明德2

（1.湘鄉(xiāng)市東郊鄉(xiāng)農(nóng)技站，湖南湘鄉(xiāng) 411400；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南長(zhǎng)沙 410125）

摘 要：以天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑、復(fù)合微生物肥、微生物菌劑為材料，在湖南省典型稻田開(kāi)展田間試驗(yàn)，研究不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬含量的影響。結(jié)果表明：施用天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑和復(fù)合微生物肥均能提高土壤的pH值，降低土壤中的有效鎘和稻米中的總鎘含量；施用不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑可以降低稻米中的重金屬鎘、鉻、汞、砷含量，其中，天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑對(duì)于降低稻米中總鎘和總鉻的效果比復(fù)合微生物肥和微生物菌劑更明顯，但施用天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑后，水稻產(chǎn)量有所降低；施用復(fù)合微生物肥和微生物菌劑對(duì)于降低稻米中的總鎘、總鉻含量也有一定效果，且可提高水稻產(chǎn)量。

關(guān)鍵詞：土壤調(diào)理劑；重金屬；土壤-水稻系統(tǒng)

土壤是作物吸收重金屬的最主要來(lái)源，重金屬難降解、易積累、毒性大，不利于作物的生長(zhǎng)發(fā)育，對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)均有較大影響，尤其是還存在被作物吸收，進(jìn)入食物鏈危害人體健康的潛在威脅［1］。我國(guó)的水稻田土壤和稻米重金屬污染問(wèn)題已相當(dāng)嚴(yán)重。據(jù)報(bào)道，目前我國(guó)受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染的耕地面積近2 000萬(wàn)hm2，約占總耕地面積的1/5，其中受Cd污染的耕地面積近1.33萬(wàn)hm2，涉及11個(gè)省25個(gè)地區(qū)，導(dǎo)致每年糧食減產(chǎn)超過(guò)1 000萬(wàn)t，受污染糧食多達(dá)1 200萬(wàn)t，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失至少200億元。據(jù)農(nóng)業(yè)部稻米及其制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心2002年對(duì)全國(guó)市場(chǎng)稻米安全性抽檢結(jié)果顯示，稻米中超標(biāo)最嚴(yán)重的是鉛，超標(biāo)率為28.4%；其次是鎘，超標(biāo)率為10.3%；砷和汞超標(biāo)率相對(duì)較低，分別為2.8%和3.4%；并呈現(xiàn)出復(fù)合污染的現(xiàn)象。因此，如何降低土壤-水稻系統(tǒng)中重金屬的污染是目前國(guó)內(nèi)外關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題［2］。

施用土壤調(diào)理劑是修復(fù)退化土壤的重要措施之一。土壤調(diào)理劑是以農(nóng)用保水劑及富含有機(jī)質(zhì)、腐殖酸的天然泥炭或其他有機(jī)物為主要原料，輔以生物活性成分及營(yíng)養(yǎng)元素，經(jīng)科學(xué)工藝加工而成的產(chǎn)品，有極其顯著的“保水、增肥、透氣”3大土壤調(diào)理性能。研究表明，土壤調(diào)理劑可以調(diào)節(jié)土壤的物理、化學(xué)和（或）生物性狀，對(duì)改良土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤鹽堿危害、改善土壤水分狀況及修復(fù)污染土壤等有顯著作用［3-5］。近年來(lái)，土壤調(diào)理劑被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)，國(guó)內(nèi)外的土壤調(diào)理劑品種繁多，不同調(diào)理劑的性質(zhì)與組成、作用機(jī)理以及在土壤重金屬治理中的效果差異也較大［6-7］。但是目前針對(duì)不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬含量的影響效果研究少有報(bào)道。筆者在湖南省典型稻田開(kāi)展田間試驗(yàn)，研究不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑（天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑、復(fù)合微生物肥、微生物菌劑）對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬含量以及水稻產(chǎn)量的影響，以期為土壤-水稻體系重金屬含量的減控提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)于2015年3～7月在湖南省湘鄉(xiāng)市東郊鄉(xiāng)王塘村進(jìn)行，供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的紅黃泥田，pH值5.14，土壤有機(jī)質(zhì)和總氮含量分別為39.2 和2.24 g/kg，堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為187.2、18.7和128.9 mg/kg，陽(yáng)離子交換量11.8 cmol/ kg（以H+計(jì)），土壤總鎘、有效鎘、總鉛、總鉻、總汞和總砷含量分別為0.30、0.153、40.3、62.5、0.226 和11.6 mg/kg。

供試土壤調(diào)理劑有天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑（土壤調(diào)理劑A1、A2、A3、A4）、復(fù)合微生物肥（復(fù)合微生物肥B1、B2）和微生物菌劑（微生物菌劑C1），分別由廠家寄送。土壤調(diào)理劑的主要成分及含量見(jiàn)表1。供試水稻品種為中嘉早17。

表1 土壤調(diào)理劑的主要成分及含量

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)設(shè)8個(gè)處理：處理1（CK），常規(guī)施肥（40%復(fù)合肥30 kg/667m2+尿素7.5 kg/667m2+氯化鉀5 kg/667m2）；處理2，常規(guī)施肥+土壤調(diào)理劑A1；處理3，常規(guī)施肥+土壤調(diào)理劑A2；處理4，常規(guī)施肥+土壤調(diào)理劑A3；處理5，常規(guī)施肥+土壤調(diào)理劑A4；處理6，常規(guī)施肥+復(fù)合微生物肥B1；處理7，常規(guī)施肥+復(fù)合微生物肥B2；處理8，常規(guī)施肥+微生物菌劑C1。土壤調(diào)理劑、復(fù)合微生物肥、微生物菌劑的用量均為150 kg/667m2。每個(gè)處理3次重復(fù)，共24個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積30 m2，按隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)間設(shè)隔離行，各小區(qū)間田埂用塑料薄膜鋪蓋至田間土表30 cm以下，防止小區(qū)間串水串肥。各小區(qū)水稻均采取移栽種植，移栽密度為16.7 cm×20.0 cm。

1.2.2 土壤調(diào)理劑的使用方法 試驗(yàn)田翻耕、耙碎、整平后，做好小區(qū)間的田埂，然后按處理把土壤調(diào)理劑均勻撒施在對(duì)應(yīng)的小區(qū)內(nèi)，隨即耙勻。1～2 d后再施基肥，移栽水稻。

1.2.3 樣品采集與分析 試驗(yàn)前取基礎(chǔ)土樣1 kg，水稻收獲后分小區(qū)采集耕作層（0～20 cm）混合土壤樣品1 kg，充分風(fēng)干，并按常規(guī)分析方法［8］測(cè)定土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀、陽(yáng)離子交換量、重金屬總鎘、有效鎘、總鉛、總鉻、總汞、總砷含量。水稻收獲后每個(gè)小區(qū)取收獲的植株和籽粒樣品各1 kg，測(cè)定植株和籽粒的總鎘、鉛、鉻、汞、砷含量，并測(cè)定每個(gè)小區(qū)的實(shí)際產(chǎn)量。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2003和DPS 9.50軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH值及重金屬含量的影響

表2 不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH值及重金屬含量的影響?。╩g/kg）

從表2中可以看出，除微生物菌劑外，施用天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑和復(fù)合微生物肥均能明顯提高土壤的pH值，其中以處理3（天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑A2）和處理2（天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑A1）的效果最為明顯，試驗(yàn)后土壤pH值分別為5.91、5.61，比對(duì)照分別提高了0.97、0.67，達(dá)到了顯著差異水平。土壤pH值是影響重金屬吸附與解吸，決定其遷移和有效態(tài)的重要因子［9］。研究表明，土壤中鎘的有效性很大程度上受土壤中pH值的調(diào)節(jié)，土壤中pH值增高，鎘的有效性就會(huì)顯著降低，難以被植物吸收，植物中鎘活性與土壤中pH值具有顯著負(fù)相關(guān)性，土壤中pH值升高可以抑制鎘的活性［10-11］。

從表2中還可以看出，與處理1（CK）相比，施用天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑的處理2、處理3、處理4、處理5能降低土壤有效鎘、總鉻、總汞的含量，處理3和處理5能降低土壤總砷的含量；其中，處理4天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑A3的降鉻效果顯著，比對(duì)照的總鉻含量降低了9.5%。施用復(fù)合微生物肥的處理6和處理7也能降低土壤有效鎘、總鉻、總砷的含量；其中，處理6的降鉻效果顯著，比對(duì)照的總鉻含量降低了8.3%。施用微生物菌劑的處理8能夠降低土壤總鉻、總汞、總砷的含量，但與對(duì)照相比，未達(dá)到顯著性差異水平。

2.2 不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)水稻重金屬含量的影響

由表3可知，施用不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)于降低稻米中重金屬鎘、鉻、汞、砷含量的效果明顯。施用天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑的（處理2、處理3、處理4、處理5）對(duì)于降低稻米和稻草中的重金屬總鎘含量比復(fù)合微生物肥（處理6、處理7）和微生物菌劑處理8的效果更顯著，與對(duì)照相比差異顯著，其中處理3天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑A2的降鎘效果最明顯，稻米和稻草中總鎘的含量分別比對(duì)照降低了0.333和3.100 mg/kg，降幅分別為79.3%和75.3%。天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑對(duì)于降低稻米中總鉻含量的效果也比較顯著，4個(gè)處理的總鉻含量與對(duì)照相比均達(dá)顯著差異。處理3和處理4還可降低稻米中的總汞含量，與對(duì)照相比差異顯著。處理4和處理5可降低稻米中的總砷含量，與對(duì)照相比差異顯著。

表3 不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)水稻植株重金屬含量的影響?。╩g/kg）

施用復(fù)合微生物肥對(duì)于降低稻米中的鎘、鉻、汞含量也有一定效果，處理6和處理7稻米中的總鎘和總汞含量與對(duì)照相比均差異顯著，兩個(gè)處理稻米中的總鎘含量分別降低了0.225和0.212 mg/kg，降幅為53.6%和49.5%。施用微生物菌劑的處理8可以降低稻米中的總鎘、總鉻含量，與對(duì)照的差異達(dá)顯著水平。

總體上，各種類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)稻米的降鎘效果順序?yàn)椋禾烊坏V物類(lèi)土壤調(diào)理劑A2、A1、A4、A3＞復(fù)合微生物肥B1、B2＞微生物菌劑C1；降鉻效果順序?yàn)椋禾烊坏V物類(lèi)土壤調(diào)理劑A4、A5、A2、A3＞微生物菌劑C1＞復(fù)合微生物肥B1、B2；降汞效果順序?yàn)椋禾烊坏V物類(lèi)土壤調(diào)理劑A2、A3和復(fù)合微生物肥B1、B2＞天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑A1、A4和微生物菌劑C1。

2.3 不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)值的影響

由表4可知，施用天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑后，水稻產(chǎn)量有所降低。其原因可能是天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑的堿性太強(qiáng)，其施用與基肥的間隔只有1 d，故而引起基肥中氮的揮發(fā)損失，進(jìn)而使得肥料利用效率不高。施用復(fù)合微生物肥和微生物菌劑均可提高水稻的產(chǎn)量和產(chǎn)值。以處理7（復(fù)合微生物肥2）的增產(chǎn)增值效果最明顯，其產(chǎn)量為481.5 kg/667m2，比對(duì)照增加了29.6 kg/667m2，增產(chǎn)率為6.6%，產(chǎn)值為1 300.1 元/667m2。

表4 不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)值的影響

3 結(jié) 論

施用天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑和復(fù)合微生物肥均可提高土壤pH值，而土壤pH值增高，使鎘的有效性降低，難以被植物吸收，從而降低稻米中的總鎘含量。

施用不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑可以降低稻米中的重金屬鎘、鉻、汞、砷含量。其中，天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑對(duì)于降低稻米中總鎘和總鉻的效果比復(fù)合微生物肥和微生物菌劑更明顯，但施用天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑后，水稻產(chǎn)量有所降低；施用復(fù)合微生物肥和微生物菌劑對(duì)于降低稻米中的總鎘、總鉻含量也有一定效果，且可提高水稻產(chǎn)量。

總體上，各種不同類(lèi)型土壤調(diào)理劑對(duì)稻米的降鎘效果順序?yàn)椋禾烊坏V物類(lèi)土壤調(diào)理劑A2、A1、A4、A3＞復(fù)合微生物肥B1、B2＞微生物菌劑C1；降鉻效果順序?yàn)椋禾烊坏V物類(lèi)土壤調(diào)理劑A4、A5、A2、A3＞微生物菌劑C1＞復(fù)合微生物肥B1、B2；降汞效果順序?yàn)椋禾烊坏V物類(lèi)土壤調(diào)理劑A2、A3和復(fù)合微生物肥B1、B2＞天然礦物類(lèi)土壤調(diào)理劑A1、A4和微生物菌劑C1。

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（責(zé)任編輯：成 平）

Effects of Different Types of Soil Conditioners on Heavy Metal Content in Soil-Rice System

HE Feng-peng1，GU Yu2，F(xiàn)ENG Guang-hui1，WU Hai-yong2，LIU Qiong-feng2，LI Ming-de2
（1. Dongjiao Town Agrotechnical Station of Agricultual Bureau in Xiangxiang City of Hunan Province， Xiangxiang 411400， PRC；2. Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province， Changsha 410125， PRC）

Abstract：Field experiments were conducted to study the effects of different types of soil conditioners （natural mineral class soil conditioners， compound microbial fertilizers， microbial inoculants） on heavy metal content in soil-rice system at the typical paddy fields of Hunan. The results showed that applying natural mineral class soil conditioners and compound microbial fertilizers could improve the soil pH values， and reduce the available Cd content in soil and the total Cd content in rice. Application of different types of soil conditioners could reduce the content of Cd， Cr， Hg， and As in rice. Among them， natural mineral class soil conditioners were better than compound microbial fertilizers and microbial inoculants for the effects about reducing the total content of Cd and Cr in rice. But the rice yield decreased when applying natural mineral class soil conditioners. Compound microbial fertilizers and microbial inoculants had certain effects on reducing the content of the total content of Cd and Cr， and could increase the yield of rice.

Key words：soil conditioner； heavy metal； soil-rice system

中圖分類(lèi)號(hào)：S156.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-060X（2016）05-0031-04

DOI：10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.05.010

收稿日期：2016-03-15

基金項(xiàng)目：國(guó)家“十二五”科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目（2012BAD14B17）

作者簡(jiǎn)介：何鳳鵬（1962-），男，湖南湘鄉(xiāng)市人，農(nóng)藝師，主要從事農(nóng)技推廣工作。

通訊作者：李明德