鉀硅鈣微孔礦物肥對稻田土壤及稻谷鎘污染的阻控效果

羅思穎，周衛(wèi)軍，曹 勝，趙淑榮，譚 潔，劉 沛（.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 408；.河南中科明星肥業(yè)有限公司，河南 桐柏 474750）

?

鉀硅鈣微孔礦物肥對稻田土壤及稻谷鎘污染的阻控效果

羅思穎1，周衛(wèi)軍1，曹 勝1，趙淑榮2，譚 潔1，劉 沛1
（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128；2.河南中科明星肥業(yè)有限公司，河南 桐柏 474750）

摘 要：以晚稻雜交品種“威優(yōu)644”為供試水稻，采用田間試驗研究了鉀硅鈣微孔礦物肥對重金屬鎘污染稻田土壤及稻谷中鎘含量的阻控效果。結(jié)果表明：施用鉀硅鈣微孔礦物肥可改善水稻植株的經(jīng)濟性狀，使水稻增產(chǎn)6.9%～13.6%；同時，可抑制土壤鎘的生物有效性，可使土壤有效鎘降低7.9%～26.3%，從而使稻谷中鎘含量降低37.8%～42.4%。綜合試驗結(jié)果，建議鉀硅鈣微孔礦物肥的施用量為50～75 kg/667m2。

關(guān)鍵詞：鉀硅鈣微孔礦物肥；鎘污染；阻控效果；晚稻

土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性、不可降解和不可逆轉(zhuǎn)性的特點［1］，重金屬元素的積累可導(dǎo)致土壤、大氣和水環(huán)境質(zhì)量的進一步惡化，引起農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降，并將其污染通過食物鏈傳遞到人體中，危害人體健康［2］。在確定土壤重金屬污染治理方法時，需考慮污染場地特征，污染物種類、濃度及土地使用功能等因素。常用的土壤重金屬污染治理方法有物理法、化學(xué)法和生物法［3］。化學(xué)鈍化修復(fù)技術(shù)就是向重金屬污染土壤中添加鈍化劑，使重金屬在土壤中的各賦存形態(tài)發(fā)生變化，使重金屬由生物有效性高的可交換態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)樯镉行缘偷挠袡C結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)，從而減輕重金屬污染對作物的危害［4］。研究表明，該技術(shù)具有處理時間短、經(jīng)濟廉價、適用范圍廣等優(yōu)點。因此，2015年在湖南省攸縣進行了鉀硅鈣多元素微孔礦物肥/土壤調(diào)理劑的田間試驗研究，以弄清該調(diào)理劑對降低稻米鎘含量以及提高水稻產(chǎn)量的作用效果，以期為稻田土壤鎘污染的修復(fù)治理以及調(diào)理劑的合理施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及供試材料

2015年7～11月在湖南省攸縣皇圖嶺鎮(zhèn)富厚村下城組進行鉀硅鈣多元素微孔礦物肥/土壤調(diào)理劑田間試驗。供試土壤為第四紀紅色粘土發(fā)育的紅黃泥。試驗前，耕層土壤肥力呈中等水平，土壤堿解氮含量為156 mg/kg、有效磷含量為15.8 mg/kg、速效鉀含量為95 mg/kg、有機質(zhì)含量為39.4 g/kg，pH值為5.4，土壤全鎘含量為0.75 mg/kg，有效鎘含量為0.38 mg/kg。

供試水稻品種為晚稻雜交品種“威優(yōu)644”。供試鉀硅鈣微多元素微孔礦物肥/土壤調(diào)理劑（河南中科明星肥業(yè)有限公司，以下簡稱鉀硅鈣微孔礦物肥），含CaO≥25%，K2O≥4%，SiO2≥20%，Mg≥3%。

1.2 試驗設(shè)計與方法

試驗共設(shè)5個處理，分別為：處理1 （CK），常規(guī)施肥（40%復(fù)合肥35 kg/667m2）；處理2，鉀硅鈣微孔礦物肥40 kg/667m2+常規(guī)施肥；處理3，鉀硅鈣微孔礦物肥為50 kg/667m2+常規(guī)施肥；處理4，鉀硅鈣微鉀硅鈣微孔礦物肥 75 kg/667m2+常規(guī)施肥；處理5，鉀硅鈣微孔礦物肥為95 kg/667m2+常規(guī)施肥。每個處理3次重復(fù)，按隨機單元組排列，每單元的面積為6 m×5 m =30 m2。單元間做土埂包農(nóng)膜隔離，四周設(shè)置1.5 m寬保護行。

晚稻于6月22日播種，7月22日整地，7月23日作埂覆膜，7月24日分處理按方案施肥，并進行水稻移栽，各處理其他各項管理措施保持一致。10月27日采集試驗田各單元耕作層土壤樣和水稻植株樣，10月30日試驗田收割，分別對各單元進行測產(chǎn)驗收，考察各處理水稻的經(jīng)濟性狀和實際產(chǎn)量。

1.3 土壤樣品測定

土壤樣品采集后帶回實驗室，撿出肉眼可見的植物殘體、根系、外來物等，捏碎，平鋪在塑料樣品盤中，在室溫條件下風(fēng)干，磨碎，分別過1 mm和 0.25 mm篩，裝入塑料瓶中備用。

用王水-高氯酸消煮-原子吸收光譜法測定土壤全鎘；用CaCl2提取原子吸收法（GB/T 23739—2009）測定土壤有效態(tài)鎘。用水提電位法測定的土壤酸堿度；用常規(guī)分析方法測定土壤的理化性狀。

1.4 植株樣品的測定

水稻植株樣品采集后，帶回實驗室，考種后，分為莖葉和稻谷兩部分，于80℃殺青30 min，然后在65℃烘干，用不銹鋼粉碎機磨碎，過40目篩，裝入塑料瓶中備用。

植株（莖葉和稻谷）中重金屬鎘含量采用微波消煮-原子吸收法測定。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

所有數(shù)據(jù)采用EXCEL 2007匯總整理，用SPSS進行統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉀硅鈣微孔礦物肥對晚稻植株經(jīng)濟性狀的影響

從表1中可以看出，晚稻施用鉀硅鈣微孔礦物肥可以改善水稻經(jīng)濟性狀。與未施用的對照相比，水稻植株增高4.2～7.4 cm，每穗總粒數(shù)平均增加7.1～12.1粒，穗平實粒數(shù)增加9.5～16.8粒，且差異達顯著水平；有效穗增加0.1萬～0.2萬穗/667m2，穗長增加0.3～0.5 cm，千粒重增加0.1～0.4 g，但差異未達顯著水平；結(jié)實率提高2.5～5.7個百分點，其中處理3～5與對照的差異顯著。鉀硅鈣微孔礦物肥可通過改善水稻的經(jīng)濟性狀，顯著提高水稻的理論產(chǎn)量，但處理2（施用鉀硅鈣微孔礦物肥40 kg/667m2）的理論產(chǎn)量顯著低于其他高量施用處理。因此，從提高水稻產(chǎn)量的角度來看，鉀硅鈣微孔礦物肥的施用量應(yīng)高于40 kg/667m2。

表1 不同處理晚稻植株經(jīng)濟性狀的比較

2.2 鉀硅鈣微孔礦物肥對晚稻產(chǎn)量的影響

從晚稻田間實際產(chǎn)量（表1）來看，施用鉀硅鈣微孔礦物肥的處理平均產(chǎn)量為575.1～611.4 kg/667m2，比對照處理增產(chǎn)37.1～73.4 kg/667m2，增產(chǎn)率為6.9%～13.6%。方差分析與多重比較結(jié)果表明，處理2～5與處理1（CK）之間的差異均達顯著水平，同時以處理5的產(chǎn)量最高。由此可知，鉀硅鈣微孔礦物肥不同施用量對水稻產(chǎn)量的影響表現(xiàn)出一定程度的差異，施用時必須考慮最佳施用量。

2.3 鉀硅鈣微孔礦物肥對土壤理化特性及鎘含量的影響

由表2可知，施用鉀硅鈣微孔礦物肥可明顯改善土壤的理化特性，促進土壤有效養(yǎng)分的提高。與試驗前相比，處理2～5土壤的有機質(zhì)含量沒有顯著差異，且處理2還略有降低，但均高于對照處理；土壤pH值有一定程度的提高，最高提高了0.2，但處理間沒有明顯差異，且與試驗前相比也沒有明顯差異；處理2～5土壤的堿解氮含量顯著高于對照處理，最大的提高了13 mg/kg，而處理2和處理5與試驗前相比，沒有顯著差異；施用鉀硅鈣微孔礦物肥可顯著提高土壤有效磷含量，處理2～5土壤的有效磷含量顯著高于對照處理，處理4和處理5的土壤有效磷顯著高于試驗前，處理2的土壤有效磷含量與試驗前相比略有降低，差異不顯著，但與其他高施用量處理相比差異達顯著水平；施用鉀硅鈣微孔礦物肥的土壤速效鉀含量均顯著地高于試驗前，處理3～5的土壤速效鉀含量顯著地高于對照，而對照與處理2之間沒有顯著差異。由此可知，鉀硅鈣微孔礦物肥的施用量不能低于40 kg/667m2。

從表2中還可以看出，施用鉀硅鈣微孔礦物肥對土壤全鎘含量沒有明顯影響，但對降低土壤中有效鎘含量有一定的效果。與試驗前相比，處理4土壤中的有效鎘含量降低了0.10 mg/kg，處理3和處理5均降低了0.08 mg/kg，差異達顯著水平；而處理2雖降低了0.03 mg/kg，但差異不顯著。

表2 不同處理土壤理化特性及鎘含量的比較

2.4 鉀硅鈣微孔礦物肥降阻稻谷鎘含量效果

稻谷全鎘含量的測定結(jié)果（表3）表明，施用鉀硅鈣微孔礦物肥可顯著降低稻谷全鎘含量，與對照相比，處理2～5稻谷的鎘含量平均值分別降低了0.307、0.340、0.334、0.344 mg/kg， 降 幅 分 別 為37.8%、41.9%、41.1%、42.4%，降鎘效果明顯。但稻谷中的鎘含量并未達到國家食品衛(wèi)生標準（0.2 mg/kg以下），這可能是由于土壤中原始的全鎘含量較高，僅施用一次鉀硅鈣微孔礦物肥在短期內(nèi)很難使稻谷中的鎘含量降低到安全標準。這說明土壤重金屬污染修復(fù)治理是一項長期且艱巨的工作。

表3 不同處理稻谷鎘含量的比較

2.5 鉀硅鈣微孔礦物肥對晚稻經(jīng)濟效益影響

由表4可知，在不考慮勞動力成本增加的情況下，稻谷按市場價2.7元/kg計算，施用鉀硅鈣微孔礦物肥，比對照產(chǎn)值增加100.1～198.1元/667m2，減去鉀硅鈣微孔礦物肥成本，除處理4外， 其他處理增加純收入8.1～32.1元/667m2，經(jīng)濟效益不顯著，但沒有導(dǎo)致水稻減產(chǎn)，且有一定的經(jīng)濟效果。

表4 不同處理晚稻經(jīng)濟效益的比較

3 結(jié) 論

田間試驗結(jié)果表明，晚稻施用鉀硅鈣微孔礦物肥可促進水稻生長，改善水稻植株的經(jīng)濟性狀，提高水稻產(chǎn)量，增產(chǎn)率可達到6.9%～13.6%，在合理的施用范圍內(nèi)，有一定的比較經(jīng)濟效益；鉀硅鈣微孔礦物肥對土壤全鎘沒有明顯影響，但可抑制土壤鎘的生物有效性，可使土壤有效鎘降低7.9%～26.3%，從而導(dǎo)致稻谷鎘含量降低，降幅達37.8%～42.4%，雖然稻谷中鎘含量降低效果明顯，但由于土壤鎘含量較高，并未使稻谷鎘含量達到食品衛(wèi)生標準。綜合試驗結(jié)果，鉀硅鈣微孔礦物肥的建議施用量為50～75 kg/667m2。

參考文獻：

［1］ 賈建麗，于 妍，王 晨，等. 環(huán)境土壤學(xué)［M］. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012.

［2］ 于 穎，周啟星. 污染土壤化學(xué)修復(fù)技術(shù)研究與進展［J］. 環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)與設(shè)備，2005，6（7）：1-7.

［3］ 郭觀林，周啟星，李秀穎. 重金屬污染土壤原位化學(xué)固定修復(fù)研究進展［J］. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，2005，16（10）：190-196.

［4］ 殷 飛，王海娟，李燕燕，等. 不同鈍化劑對重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)效應(yīng)研究［J］. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2015，34（3）：438-448.

（責(zé)任編輯：成 平）

中圖分類號：X53

文獻標識碼：A

文章編號：1006-060X（2016）06-0030-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.06.010

收稿日期：2016-04-14

基金項目：湖南重金屬污染耕地修復(fù)及農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整試點項目（NC201538MZ01）

作者簡介：羅思穎（1993-），女，湖南常德市人，碩士研究生，主要從事土地/土壤環(huán)境信息技術(shù)研究。

通訊作者：周衛(wèi)軍

Mitigation of Cadmium Accumulation in Soil and Rice with Mineral Micropore Fertilizer with Potassium， Silicon and Calcium

LUO Si-ying，ZHOU Wei-jun，CAO Sheng，ZHAO Shu-rong，TAN Jie，LIU Pei
（1. College of Resource and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha 410128，PRC；2.Henan Zhongke star fertilizer industry company， Tongbai 474750， PRC）

Abstract:Take Late rice hybrids “Weiyou 644” as experiment material， the mitigation of cadmium accumulation in soil and rice with mineral micropore fertilizer with potassium， silicon and calcium was studied by feld experiment. The results showed the mineral micropore fertilizer with potassium， silicon and calcium improved the economic characters of rice plants， and rice yield increased by 6.9%-13.6%； meanwhile， inhibits the bio-availability of soil cadmium， the effective cadmium content of the soil decreased by 7.9%-26.3%， and the cadmium content of the rice grain decreased by 37.8%-42.4%. The trial results suggested that the application rates could be 750-1125 kg/hm2.

Key words:mineral micropore fertilizer with potassium， silicon and calcium； cadmium pollution； mitigation role； late rice