降鎘劑和水分管理對早稻產(chǎn)量及稻米鎘污染的阻控效果

龔浩如

（湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125）

降鎘劑和水分管理對早稻產(chǎn)量及稻米鎘污染的阻控效果

龔浩如

（湖南省水稻研究所，湖南 長沙 410125）

為了探明降鎘劑和水分管理對稻米鎘污染的阻控效果，采用大田試驗，研究了HR降鎘劑和石灰對早稻產(chǎn)量及其構(gòu)成要素的影響，并對其降低水稻植株和稻米鎘含量的效果進(jìn)行了分析。結(jié)果顯示：淹水灌溉下糙米及莖葉鎘含量較常規(guī)灌溉分別低52.5%和37.1%；2種土壤修復(fù)劑能極顯著減少稻米及莖葉鎘含量，且HR降鎘劑降鎘效果優(yōu)于石灰和空白對照；不同處理能促進(jìn)水稻產(chǎn)量提高，增產(chǎn)幅度在2.5%～10.2%。綜合考慮稻米鎘含量及產(chǎn)量情況，認(rèn)為A1B2和A2B2處理稻米鎘含量低且產(chǎn)量水平較高。

水稻；鎘污染；降鎘劑；產(chǎn)量

隨著工業(yè)發(fā)展，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，污水灌溉、污泥農(nóng)用及肥料施用不當(dāng)?shù)葘?dǎo)致稻田鎘污染日趨嚴(yán)重[1]。水稻是中國種植面積最大的糧食作物，也是全球主要糧食作物之一，過量的重金屬在水稻中積累，不僅影響水稻產(chǎn)量、品質(zhì)及整個農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，而且可通過食物鏈傳遞，嚴(yán)重危及動物和人類的健康[2]。

目前土壤鎘污染治理方法以改土法、化學(xué)鈍化法和植物修復(fù)法為主。其中改土法成本高，實施難度大[3]；植物修復(fù)法雖實施方便，經(jīng)濟、環(huán)保，但治理周期長，不適合我國國情，難以大面積推廣實施[4]；通過化學(xué)鈍化法，施用石灰、微量元素等方法調(diào)節(jié)土壤pH值和Eh等方法降低土壤重金屬的有效性，見效快、效果明顯，是目前適合我國實際情況的方法[5-6]。另有研究表明，全生育期淹水灌溉能降低污染土壤中鎘的活性，能控制重金屬在土壤—植物系統(tǒng)中的遷移[7]。課題組基于離子拮抗理論，研發(fā)了一種水稻降鎘劑（HR），在盆栽試驗中效果明顯，為驗證大田環(huán)境及在不同水分管理下的效果，試驗探究了HR降鎘劑及水分管理對早稻產(chǎn)量及稻米鎘含量的影響，以期為稻米安全生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

1.1.1 供試水稻品種供試品種為株兩優(yōu)819（秈型兩系雜交稻，全生育期106 d），該品種在2014年被湖南省農(nóng)業(yè)委員會評定為應(yīng)急性鎘低積累早稻品種。

1.1.2 供試土壤試驗地點位于長沙縣北山鎮(zhèn)榮和橋社區(qū)，土壤為花崗巖風(fēng)化物發(fā)育成的水稻土，按對角線法取樣土樣，測得供試土壤pH值5.4，有機質(zhì)2.9%，土壤全鎘、土壤有效鎘、速效氮、有效磷和速效鉀的含量分別為0.53、0.26、150、10.9和95 mg/kg。

1.1.3 供試降鎘劑土壤修復(fù)劑為石灰和HR降鎘劑，石灰由長沙縣北山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心提供，HR降鎘劑由湖南省水稻研究所研制，其基本性質(zhì)見表1。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2016年3～7月在長沙縣北山鎮(zhèn)榮和橋社區(qū)早稻田進(jìn)行。采用2因子裂區(qū)設(shè)計，因子A為水分管理方式：A1常規(guī)灌溉，即水分管理同一般大田管理；A2淹水灌溉，即除分蘗末期不灌水外，水稻生育期內(nèi)土壤表層保持淹水3 cm深，至收獲前一周水層落干。因子B為土壤修復(fù)劑，不同水分管理下設(shè)3個不同處理：B0（不施土壤修復(fù)劑），B1（基施石灰50 kg/667m2），B2（基施HR降鎘劑450 kg/667m2），共得到6個處理組合，重復(fù)3次。小區(qū)面積為15.18 m2，以20 cm高田埂劃分小區(qū)，田埂覆膜防止防止處理間水肥、降鎘劑互串。不同土壤修復(fù)劑在水稻移栽前7 d施用，人工翻耕、整平。于4月30日選取長勢一致的秧苗移栽，每蔸3株。水肥管理及病蟲草害管理同一般大田。

表1供試土壤修復(fù)劑理化性狀（mg/kg）

1.3 測定項目及方法

1.3.1 室內(nèi)考種成熟期各處理中取代表性植株5蔸，考種。測定每穗總粒數(shù)、每穗實粒數(shù)、千粒重等。

1.3.2 稻米鎘含量測定水稻成熟期各處理單獨收割，取稻谷樣品1 kg，用于鎘含量測定。稻谷研磨成糙米，采用不銹鋼粉碎機粉碎，并過60目篩，準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品，加入消化罐中，并加入3 mL優(yōu)級純硝酸、5 mL去離子水和2滴優(yōu)級純雙氧水，采用CEM高通量密閉微波消解系統(tǒng)消化樣品，定容至50 mL，用石墨爐原子吸收法測定鎘含量[8]。

1.4 測定項目及方法

一般數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用Excel軟件，數(shù)據(jù)分析采用DPS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 降鎘劑和水分管理對早稻植株及稻米鎘含量的影響

株兩優(yōu)819莖葉及糙米鎘含量如表2所示。分析可知，不同處理下莖葉及糙米鎘含量存在顯著或極顯著差異，不同處理下糙米鎘含量變化范圍為0.04～0.37 mg/kg，莖葉鎘含量的變化范圍在0.11～1.84 mg/kg；除B0處理外，其他處理稻米鎘含量均低于國家標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg/kg），6個處理中以A2B2稻米平均鎘含量最低，為0.04 mg/kg，與A2B0處理（空白對照）相比，降低0.17 mg/kg，降幅達(dá)81.0%，達(dá)到顯著差異，以A1B0處理稻米平均鎘含量最高，為0.37 mg/kg，為A2B2處理稻米鎘含量的9.25倍，鎘含量超標(biāo)嚴(yán)重；不同處理下莖葉鎘含量表現(xiàn)同糙米鎘含量一致，以A2B2稻米平均鎘含量最低，以A1B0處理稻米平均鎘含量最高。

由表3可知，水分管理對糙米及莖葉鎘含量存在顯著影響，均表現(xiàn)為淹水灌溉小于常規(guī)灌溉，淹水灌溉下糙米及莖葉鎘含量較常規(guī)灌溉分別低52.5%和37.1%；調(diào)理劑種類對糙米及莖葉鎘含量存在極顯著影響，施用石灰和HR降鎘劑情況下，糙米和莖葉鎘含量降幅分別在48.5%～78.9%和70.7%～90.6%之間，總體上HR降鎘劑降鎘效果優(yōu)于石灰，HR降鎘劑較施用石灰處理，糙米及莖葉鎘含量分別低37.3%和66.3%；水分和調(diào)理劑互作對莖葉鎘含量也存在極顯著影響，通過合理搭配可顯著降低莖葉鎘積累量。

表2不同處理株兩優(yōu)819糙米及莖葉鎘含量

表3降鎘劑和水分管理對株兩優(yōu)819糙米及莖葉鎘含量影響的統(tǒng)計分析

2.2 降鎘劑和水分管理對早稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

不同處理株兩優(yōu)819產(chǎn)量及其構(gòu)成要素如表4所示。分析可知，水分管理和降鎘劑對早稻品種株兩優(yōu)819產(chǎn)量影響差異不顯著?？傮w上，常規(guī)水分管理下產(chǎn)量高于淹水管理，實際產(chǎn)量提高2.4%～7.4%，差異未達(dá)到顯著水平，不同處理中以A1B2產(chǎn)量最高，實際產(chǎn)量達(dá)406.8 kg/667m2，以A2B0處理產(chǎn)量最低，為347.6 kg/667m2，處理間差異不顯著；淹水處理較常規(guī)水分管理產(chǎn)量降低，主要是有效穗數(shù)降低，常規(guī)水分管理下，各處理平均有效穗達(dá)17.2萬/667m2，淹水管理下為16.4萬/667m2，較常規(guī)水分管理降低4.8%；HR降鎘劑和石灰具有促進(jìn)水稻增產(chǎn)的效果，施用HR降鎘劑和石灰分別較對照增產(chǎn)9.6%和4.3%，但差異不顯著；不同處理對產(chǎn)量構(gòu)成要素有一定影響，但均未達(dá)到顯著水平。

表4不同處理株兩優(yōu)819產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成

3 討 論

石灰及其他土壤調(diào)理劑的施用對土壤理化性質(zhì)產(chǎn)生顯著影響，主要是通過改變pH值來影響土壤重金屬的生物有效性。大量研究表明，土壤pH值的變化能顯著影響土壤中重金屬交換態(tài)含量，隨著土壤pH值升高，Cd、Pb和Zn等重金屬交換態(tài)含量逐漸降低，且存在顯著的負(fù)線性相關(guān)關(guān)系，因此提高土壤pH值可以降低植物鎘積累量[9-10]。研究中通過施用石灰和HR降鎘劑，調(diào)節(jié)土壤pH值，對糙米鎘含量及植株鎘含量具有顯著或極顯著的抑制作用，HR降鎘劑對降低糙米及植株鎘含量的效果優(yōu)于石灰，HR降鎘劑較施用石灰處理，糙米及莖葉鎘含量分別低37.3%和66.3%，其主要原因在于HR降鎘劑中含有硅、鋅等元素，對鎘的吸收具有抑制作用。

全生育期淹水灌溉能降低污染土壤中鎘的活性，從而控制其在土壤—植物系統(tǒng)中的遷移[7]。研究表明，淹水灌溉下糙米及水稻莖葉鎘含量均小于常規(guī)灌溉，淹水灌溉下糙米及莖葉鎘含量比常規(guī)灌溉分別低53.4%和37.1%。施用土壤調(diào)理劑控制土壤pH值及控制水分管理等農(nóng)藝措施均能降低土壤有效態(tài)鎘含量，這可能由于土壤pH值控制土壤—溶液系統(tǒng)中重金屬的溶解及不同形態(tài)之間的溶解平衡及轉(zhuǎn)換，影響其生物有效性[11-12]。

張青等[13]研究發(fā)現(xiàn)施用石灰可以顯著降低小油菜對鎘的吸收積累，而且對小油菜的生長具有一定的改善作用；Li等[14]研究表明施用石灰使水稻籽粒增產(chǎn)12.5～16.5 kg。但張麗娜等[15]研究表明淹水灌溉較常規(guī)水分管理產(chǎn)量降低。根據(jù)研究表明，常規(guī)水分管理下產(chǎn)量高于淹水管理，實際產(chǎn)量提高2.4%～7.4%，但差異未達(dá)到顯著水平。這可能與不同水稻品種有關(guān)。

4 結(jié) 論

通過大田試驗，確定了石灰和HR降鎘劑及淹水灌溉在大田實際應(yīng)用中具有降低稻米及莖葉鎘含量的作用，淹水灌溉下糙米及莖葉鎘含量較常規(guī)灌溉分別低52.5%和37.1%；調(diào)理劑種類對糙米及莖葉鎘含量存在極顯著影響，均表現(xiàn)為HR降鎘劑降鎘效果優(yōu)于石灰和空白對照，HR降鎘劑較施用石灰處理，糙米及莖葉鎘含量分別低37.3%和66.3%；水分和調(diào)理劑互作對莖葉鎘含量也存在極顯著影響，通過合理搭配可顯著降低莖葉鎘積累量。不同處理還能提高水稻產(chǎn)量，增產(chǎn)幅度在2.5%～10.2%；綜合考慮稻米鎘含量及產(chǎn)量情況，認(rèn)為A1B2和A2B2處理稻米鎘含量低且產(chǎn)量水平較高。

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（責(zé)任編輯：肖彥資）

Effects of Cadmium-Reducing Agent and Water Management on Early Rice Yield and Mitigation of Cadmium in Rice

GONG Hao-ru
（Hunan Rice Research Institute, Changsha 410125, PRC）

In order to determine the control effects of cadmium-reducing agent HR and water management on cadmium pollution in brown rice, this study was conducted to investigate the effects on the early rice yield and its constituent elements and on reducing cadmium content in rice plants and rice grains by field experiment with the HR and lime. The results showed that the contents of cadmium in brown rice and in stem and leaf under submerged irrigation were 52.5% and 37.1% lower than under normal irrigation respectively; the two kinds of soil amendment could highly significantly reduce cadmium content in brown rice and stem and leaf, and the cadmium-reducing effect of the HR is better than that of lime and the CK; and different treatments could promote the increase of rice yield by 2.5% to 10.2%. Considering the cadmium content and yield of rice, the treatments A1B2and A2B2were known to be low in the content of cadmium and high in the yield level.

rice; cadmium pollution; cadmium-reducing agent; yield

S511

：A

：1006-060X（2017）08-0024-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.007

2017-06-29

國家農(nóng)業(yè)部、財政部專項（2014）

龔浩如（1962-），男，湖南沅江市人，高級實驗師，主要從事農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究。