?不同土壤調理劑對水稻生長及鎘積累的影響?

摘 要：通過對田間分區(qū)試驗，研究了不同調理劑（A、B、C）對水稻生長特性、產量和吸收積累鎘的影響。結果表明：2個水稻品種在施用不同種類、不同添加量的土壤調理劑后，種間差異不顯著，分區(qū)間差異顯著。相比對照組，施加土壤調理劑A、B、C后，對2種水稻品種的相關特性和產量都有一定的提升作用，并且可以顯著提高水稻田土壤pH值和降低土壤中有效鎘的含量，水稻糙米、稻殼、莖葉和根系中的鎘含量有明顯降低，且均呈下降趨勢;根部向莖葉、莖葉向稻殼轉運系數和稻殼向糙米相比于對照，均呈現下降趨勢，且均達到了顯著性水平。綜上表明，采用450 kg/667m2的土壤調理劑A時，2個水稻品種相關整體指標最佳，有利于水稻增產和品質的提升，降低土壤鎘生物有效性，抑制鎘的遷移轉運，降低水稻植株中鎘含量和鎘積累量。

關鍵詞：土壤調理劑;水稻;生長特性;產量;吸收;鎘積累;株洲

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）12-0045-05

Effects of Different Soil Conditioners on Rice Growth and Cadmium Accumulation

ZHANG Jian-feng，LIAO Kai-qiang，ZENG Hong-yuan，WEI Yong-hong，JIANG Zhan-ru，HUANG Fang

（Hunan Jinlv Environmental Protection Co.， Ltd.， Changsha 410000， PRC）

Abstract： The effects of different conditioners （A， B， C） on the growth characteristics， yield and cadmium uptake and accumulation of rice were studied through field experiments. The results showed that there was no significant difference between the two rice varieties after applying different kinds of soil conditioners and different amounts of soil conditioners. Compared with the control group， the application of soil conditioners A， B and C could improve the relative characteristics and yield of the two rice varieties， and could significantly improve the soil pH value of the paddy field and reduce the content of available cadmium in the soil. The cadmium content in brown rice， rice husk， stem， leaf and root decreased significantly， and all showed a downward trend. Compared with the control， the translocation coefficient from root to stem and leaf， stem and leaf to rice husk and from rice husk to brown rice showed a downward trend and reached a significant level. In summary， when 6750 kg/hm2 soil conditioner A was used， the related overall indexes of the two rice varieties were the best， which was conducive to the improvement of rice yield and quality， the reduction of soil cadmium bioavailability， the inhibition of cadmium migration and transportation， and the reduction of cadmium content and cadmium accumulation in rice plants.

Key words： soil conditioner; rice; growth characteristics; yield; absorption; cadmium accumulation; Zhuzhou

湖南省是全國聞名的農業(yè)大省，但農田土壤污染情況不容樂觀，特別是在2013年的“鎘米”事件后，湖南省的重金屬鎘污染農田狀況及其防御措施再次成為關注焦點[1]。而水稻在我國的糧食結構中占有及其重要的地位，在提高水稻產量的同時，也需要確保水稻產量的品質，保證產品的安全性[2]。

目前，污染土壤修復技術方法多樣，但是普遍存在造價高、費時費工的缺點，同時對土壤相關理化性質存在一定的破壞作用。單一采用植物進行修復，面臨的最大問題是植物吸附后，高重金屬含量植物的后續(xù)處置困難，且修復效率較低，回收成本高，在生產實踐中都面臨不同程度的制約。需要施用土壤調理劑，如施加生石灰、白云石、活性炭、有機肥等改良劑輔助農作物減少重金屬吸收，從而改變土壤重金屬的生物活性，降低其生物有效性，減少重金屬從土壤向植物體內的轉移，實現降低重金屬環(huán)境危害。土壤調理劑作為農作物降鎘的重要措施，對鎘的生物有效性有顯著的影響。其主要通過以下形式對土壤重金屬的含量產生影響：添加土壤調理劑，影響土壤當中的pH值;施加土壤調理劑，與鎘進行反應，產生沉淀和螯合物;土壤調理劑帶入競爭離子，影響根系和地上部的代謝過程，或重金屬在體內的運轉而間接影響重金屬元素的吸收[3-8]。

筆者于2017年在湖南省株洲縣進行不同土壤調理劑試驗，研究在鎘污染稻田土壤中鎘的遷移變化規(guī)律以及水稻鎘吸收特征，旨在篩選合適的土壤調理劑，為治理土壤重金屬污染提供重要的科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與材料

試驗地點位于湖南省株洲縣，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，四季分明，雨量充沛、光熱充足，較適合農作物生長。農田土壤基本理化性質為：pH值5.3，Cd含量1.58 mg/kg，Cr含量17.43 mg/kg，Pb含量51.63 mg/kg，Zn含量111.77 mg/kg。

試驗選取3種土壤調理劑：土壤調理劑A、土壤調理劑B和土壤調理劑C，水稻品種品種為低鎘品種a（C兩優(yōu)266）、常規(guī)品種b（天優(yōu)998）。3種土壤調理劑的具體成分如表1所示。

1.2 試驗方法

試驗選在2017年南方地區(qū)晚稻季進行，每個品種的水稻分別設置4個處理：添加土壤調理劑A、土壤調理劑B、土壤調理劑C和未添加土壤調理劑 （CK）;其中，添加土壤調理劑的處理設2個不同添加量（分別用低添加量Ⅰ和高添加量Ⅱ表示），土壤調理劑A的用量為225和450 kg/667m2;土壤調理劑B的用量為200和400 kg/667m2;土壤調理劑C的用量為100和200 kg/667m2）。每個試驗處理重復3次。小區(qū)間用覆薄膜的田埂隔開，小區(qū)間單排單灌。

試驗處理設置見表2。田間管理按照當地常規(guī)方式進行，處理的小區(qū)按要求分別加入土壤調理劑，翻耕充分混合均勻，平衡3～5 d后進行水稻移栽，在水稻移栽前一天施用基肥復合肥，充分混合均勻。每個小區(qū)移栽水稻株數相同，分別為23×28=644株。施肥按當地常規(guī)方式及用量，每個小區(qū)施肥情況：基肥復合肥1.5 kg，追肥尿素和鉀肥共1.5 kg。水稻移栽10 d后追施肥料。小區(qū)水分管理保持長期淹水

1.3 樣品采集

在樣品采集時，對每個小區(qū)單打、單收。根據試驗要求，樣品的采集時間選擇水稻的分蘗期和水稻的成熟期進行，根據五點采樣法進行取樣，其中水稻每個小區(qū)隨機選取5株水稻，從基部割斷;土壤每個小區(qū)隨機采取5個點，用取土器進行取樣，取樣深度為0～20 cm，采集土樣后，將土樣進行混合，每個小區(qū)取1 kg進行備用。樣品采集完以后，水稻樣品和土壤樣品在實驗室內需要及時攤開，并放置在通風處自然風干，風干后根據實驗要求進行前期處理，并裝入樣品袋備用。

1.4 數據測定

1.4.1 前期處理 在對樣品采集后，對不同樣品進行前期處理。對于水稻植株樣品，先對其進行清洗處理，對根部、莖稈、葉片和稻谷進行分段處理，在烘箱105℃中殺青2 h后，調整至80℃直至烘干為止，烘干后對其進行粉碎處理，留存?zhèn)溆?對于土壤樣品，將其放置在陰涼通風處直至干燥，之后對土壤樣品進行重新粉碎，分別過20目和100目篩，留存?zhèn)溆谩?/p>

1.4.2 后期測定 需要檢測的指標主要包括株高、穗長、成穗率、每穗粒數、結實率、千粒重、產量、pH值測定、有效態(tài)鎘含量和總鎘。每個小區(qū)選擇3株水稻，測每株水稻株高、穗數和分蘗數，取平均值;每株測定2穗穗長、穗粒數和實粒數，取平均值。隨機數出3個一千粒種子，分別稱重，求其平均值計千粒重。pH值采用梅特勒FE20K臺式pH計進行測定，有效態(tài)鎘含量采用火焰原子吸收分光光度法，總鎘石墨爐原子吸收光譜法。使用公式（1）計算實測產量。

實測產量（kg/667m2）=鮮稻谷重×（1-雜質率）×

（1-空癟率）×（1-含水率）/（1-14.5%）" " " " " " " "（1）

1.5 數據分析

試驗結果用Excel 2016進行處理，利用SPSS 17.0對每個測定項目統(tǒng)計結果進行顯著性方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤調理劑對水稻土壤pH值及有效態(tài)鎘含量的影響

2個水稻品種在施用不同土壤調理劑后對土壤pH值及有效態(tài)鎘含量的影響如表3所示。施加土壤調理劑后，土壤pH值變化在2個水稻品種間差異不顯著，但不同分區(qū)間差異顯著。施用土壤調理劑A的土壤pH值整體要高于其余2種土壤調理劑（B和C）的分區(qū)和對照，處理3和處理10的pH值在分蘗期和成熟期分別為6.72和6.73，顯著高于其余處理組。有大量試驗研究表明，土壤pH值與土壤重金屬活性密切相關，pH值升高，重金屬活性顯著降低，作物吸收重金屬的量也顯著降低[9-10]。

土壤中有效態(tài)鎘含量在2個水稻品種種間差異不顯著，但不同分區(qū)間差異顯著。相比與對照組，在施用3種土壤調理劑后，土壤中有效態(tài)鎘含量整體呈下降趨勢，其中施用土壤調理劑A效果最為明顯，C兩優(yōu)266的有效態(tài)鎘含量下降了61.97%和63.93%，天優(yōu)998的有效態(tài)鎘含量下降了60.79%和62.96%。

2.2 不同土壤調理劑對水稻生長及產量的影響

2個水稻品種在施用不同土壤調理劑后對生長及產量的影響如表4所示。

關于相關檢測指標，2個水稻品種間差異不顯著，但不同分區(qū)間差異顯著。在施用不同土壤調理劑后，2個水稻品種在株高、穗長、成穗率、每穗粒數、結實率、千粒重和產量表現的規(guī)律為A>C>B>CK;特別是在產量方面，處理3和處理10的產量為492.1和500.3 kg/667m2，相比于對照，產量有顯著的提高。整體來看，施用土壤調理劑A的效果要優(yōu)于其他土壤調理劑和對照組，并且可以明顯提高水稻的生長量和水稻產量，對增產起到一定的推動作用。

2.3 不同土壤調理劑對水稻植株鎘含量和鎘累積量的影響

水稻植株在成熟期進行取樣，分別測定水稻植株根系、莖葉、稻殼和糙米中鎘含量。由圖1可知，添加土壤調理劑降低了水稻植株中的鎘含量，品種間差異不顯著。與對照相比，2種水稻糙米中的鎘含量下降幅度明顯。在施用土壤調理劑A后，2種水稻糙米中的鎘含量下降幅度最為明顯，其中處理3和處理10的糙米含量分別為0.181和0.191 mg/kg。與對照組相比，存在顯著性差異（P<0.05），且達到了合格標準;水稻谷殼、莖葉中的鎘含量也均呈下降趨勢，與對照組差異顯著。

由圖2可知，與對照組相比，水稻植株的的總累積量呈下降趨勢，且根系和莖葉中鎘積累量在水稻植株總累積量的比重較高。與對照組相比，當選擇加施土壤調理劑A時，糙米中累積量最多下降幅度82.68%;稻殼、莖葉和根系整體也呈下降趨勢，施加土壤調理劑A時幅度最大，與對照組差異顯著，且整體含量呈下降趨勢，但品種間差異不顯著。

2.4 不同土壤調理劑對水稻植株體內鎘轉運系數的影響

從表5中可以看出，與對照相比，施用土壤調理劑后，顯著降低了水稻鎘由根部向莖葉中的轉運系數，降低幅度為22.6%～60.4%和25.86%～65.52%。水稻植株莖葉向稻殼轉運系數降低，與對照組相比，系數下降幅度較大的為土壤調理劑A，其次分別土壤調理劑C和B，且均達到了顯著性水平。同時，添加土壤調理劑后，對從稻殼到糙米中的轉運系數起到了降低的作用，同時也發(fā)現，轉運系數相比前階段有加大趨勢，表明土壤調理劑對水稻體內的隔斷作用有一定程度的降低，并對稻米鎘的積累有一定的提升，但上升幅度不大，且影響程度對整個植株對鎘的吸收效果小。綜上表明，土壤調理劑對水稻植株體內鎘轉運系數有一定的抑制作用，但品種間差異不顯著。

2.5 土壤與水稻植株不同部位各變量之間的相互關系

由表6可知，土壤有效鎘與土壤pH值呈極顯著性負相關，相關系數為-0.995，但與根系、莖葉、稻殼和糙米中鎘含量呈正相關，說明土壤中的鎘的生物性決定水稻植株對鎘的吸收和積累，其生物有效性與土壤pH值存在相關關系。根系鎘含量與莖葉、稻殼和稻米中的含量則呈顯著性相關，相關系數分別為0.623、0.786和0.943，這說明了鎘會在水稻體內進行遷移轉運，運輸至水稻不同部位。糙米中的鎘含量與根系、莖葉和稻殼呈極顯著性相關，說明糙米中的鎘含量受限制于土壤、莖葉和稻殼中鎘的含量，表明通過施用土壤調理劑，控制上述3個部位是控制水稻稻米中鎘含量的關鍵性因素。

3 討 論

通過土壤調理劑試驗結果表明，施用土壤調理劑對2種水稻品種的相關特性和產量都有一定的提升作用，特別是采用450 kg/667m2的土壤調理劑A時，2個水稻品種相關整體指標最佳，有利于水稻增產和品質的提升。這是因為施用土壤調理劑可以有效調節(jié)土壤理化性狀，有利于水稻分蘗和光合作用物質積累，最終通過提高水稻產量主要構成因子成穗數、結實率和千粒重等多方面的因素，使得水稻產量明顯提升[11]。

土壤調理劑屬于堿性物質，施用土壤調理劑可以明顯提高水稻田土壤pH值，而土壤pH值是影響土壤重金屬生物有效性和水稻植株轉運的最主要因素之一[12]，通過提高土壤pH值的手段，可以提高土壤當中相關羥基態(tài)陽離子的親和力，更加有利于重金屬形成相關碳酸鹽[13-14]、硅酸鹽[15]等沉淀物，進而降低土壤當中土壤金屬含量。試驗研究表明，添加土壤調理劑對水稻土壤pH值有明顯的提升作用，土壤中的有效態(tài)鎘含量明顯降低。

在試驗中，隨著土壤調理劑的添加，與對照組相比，水稻糙米、稻殼、莖葉和根系中的鎘含量有明顯降低，特別是采用450 kg/667m2的土壤調理劑A時，效果最為明顯。這是因為土壤有效態(tài)鎘的變化會影響到水稻植株中鎘的含量[16]，再加上土壤調理劑相關成分可以降低水稻各部位對鎘的積累，減少向水稻植株進行轉運運輸[17-19];相比于對照組，在施用土壤調理劑后，水稻植株整體累積量呈下降趨勢，糙米、稻殼、莖葉和根系中鎘積累量明顯降低，說明土壤調理劑可以降低土壤有效鎘活性，并且水稻植株主要通過根系運輸游離態(tài)和水溶態(tài)鎘離子，通過土壤調理劑的固化作用，可以減少水稻植株對鎘的吸收和轉運[20]，因此可以明顯降低水稻植株中鎘累積量。

與對照相比，施用土壤調理劑后，顯著降低了水稻鎘由根部向莖葉、莖葉向稻殼和稻殼向糙米的轉運系數，系數下降幅度較大的為土壤調理劑A，其次分別土壤調理劑C和B，且均達到了顯著性水平。綜上表明，土壤調理劑對水稻植株體內鎘轉運系數有一定的抑制作用。

4 結 論

施用土壤調理劑在一定程度上可以降低土壤中和水稻植株中鎘的含量。添加3種土壤調理劑后，對水稻品種相關生長特性和產量，起到了一定的促進作用，提高了土壤pH值，降低鎘生物有效性，進而降低土壤中有效態(tài)鎘的含量和水稻植株相關部位的鎘含量和整體鎘積累量，對水稻相互間的鎘轉運系數產生了一定的抑制作用，同時也表明土壤有效鎘與土壤pH值呈極顯著性負相關，與根系、莖葉、稻殼和糙米中鎘含量呈正相關。綜上所述，施用3種土壤調理劑水稻品種間差異不顯著，不同水稻分區(qū)間差異顯著，采用450 kg/667m2的土壤調理劑A時，整體效果最佳。

參考文獻：

[1] 文金花. 湖南省重金屬鎘污染農田狀況及其防治措[J]. 農業(yè)科技與信息，2016，13（20）：102.

[2] 羅 瓊，王 昆，許靖波，等. 我國稻田鎘污染現狀·危害·來源及其生產措施[J]. 安徽農業(yè)科學，2014，42（30）：10540-10542.

[3] 田發(fā)祥，謝運河，紀雄輝. 土壤重金屬污染修復劑在鎘污染稻田中的應用效果[J]. 湖南農業(yè)科學，2015（2）：95-98.

[4] 王凱榮，張玉燭，胡榮桂. 不同土壤改良劑對降低重金屬污染土壤上水稻糙米鉛鎘含量的作用[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2007，26 （2）：476-481.

[5] 紀雄輝，梁永超，魯艷紅，等. 污染稻田水分管理對水稻吸收積累鎘的影響及其作用機理[J]. 生態(tài)學報，2007，27（9）：3930-3939.

[6] 谷 雨，蔣 平，李志明，等. 不同土壤調理劑對酸性土壤的改良效果[J]. 湖南農業(yè)科學，2015（3）：61-64.

[7] 陳裕興，張 青，王煌平，等. 土壤調理劑在水稻上的施用效果研究[J]. 福建農業(yè)科技，2013（11）：43-45.

[8] 郎家慶. 土壤調理劑在水稻土壤上的應用效果初報[J]. 農業(yè)科技與裝備，2016（11）：16-20.

[9] 陳 誠，鐵柏清. 土壤調理劑對不同成土母質Cd污染稻田的修復效果[J]. 湖南農業(yè)科學，2016（6）：26-29，35.

[10] 陳立偉，楊文弢，周 航，等. 土壤調理劑對土壤—水稻系統(tǒng)Cd、Zn遷移累積的影響及健康風險評價[J]. 環(huán)境科學學報，2018，38（4）：1635-1641.

[11] 黃楚瑜. 一種新型土壤調理劑對煙草和水稻降鎘效應研究[D]. 長沙：湖南農業(yè)大學，2016.

[12] Li B，Zhang H T，Ma Y B，et al. Influences of soil properties and leaching on nickel toxicity to barley root elongation[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2011，74（3）：459-466.

[13] 代允超，呂家瓏，曹瑩菲，等. 石灰和有機質對不同性質鎘污染土壤中鎘有效性的影響[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2014，33（3）：514-519.

[14] 殷 飛，王海娟，李燕燕，等. 不同鈍化劑對重金屬復合污染土壤的修復效應研究[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2015，34（3）：438-448.

[15] 宗良綱，張麗娜，孫靜克，等. 3種改良劑對不同土壤-水稻系統(tǒng)

中Cd行為的影響[J]. 農業(yè)環(huán)境科學學報，2006，25（4）：834-840.

[16] Wissuwa M，Ismail A M，Graham R D. Rice grain zinc concentrations as affected by genotype，native soil-zinc availability，and zinc fertilization [J]. Plant and Soil，2008，306（1/2）：37-48.

[17] Zhang Q，Liu J C，Lu H L，et al. Effect of silicon on growth，root anatomy，radial oxygen loss（ROL）and Fe/Mn plaque of Aegicerascorniculatum（L.）Blanco seedlings exposed to cadmium [J]. Environmental Nanotechnology，Monitoring and Management，2015，4：6-11.

[18] Shi X H，Zhang C C，Wang H，et al. Effect of Si on the distribution of Cd in rice seedlings[J]. Plant and Soil，2005，272（1/2）：53-60.

[19] Cunha K P V da， Nascimento C W A do. Silicon effects on metal tolerance and structural changes in maize（Zea mays L.）grown on a cadmium and zinc enriched soil[J]. Water，Air and Soil Pollution，2009，197（1/2/3/4）：323-330.

[20] 陳立偉，楊文弢，辜嬌峰，等. 復合改良劑對 Cd 污染稻田早晚稻產地修復效[J]. 環(huán)境科學，2017，38（6）：2546-2552.