改良措施對稻田土壤和水稻鎘累積的相關(guān)影響探析

閆全輝

摘要：為研究稻草移除、還田、截斷大氣沉降、清潔水灌溉以及石灰調(diào)控等路徑對土壤和水稻鎘積累的影響，近些年在各地選擇典型鎘污染稻田實施田間小區(qū)綜合實驗。從結(jié)論上看，各種處理對土壤中鎘總含量沒有顯著影響。石灰調(diào)控下土壤pH平均提升了0.87個百分點，土壤中有效態(tài)鎘含量均降低了33.7%，水稻根、莖葉和糙米鎘累計量分別降低了47.9%、46.7%以及54.8%，水稻根、莖葉和糙米鎘富集系數(shù)均明顯低于對比，清潔水灌溉和截斷大氣沉降對土壤pH的影響整個呈現(xiàn)出上升勢頭，分別上升了0.44和0.49個百分點，土壤有效鎘含量分別降低了18.2%以及14.5%，水稻根、莖葉以及糙米鎘累積量比對照分別降低了32.6%、24.2%、18.0%和17.6%、11.3%、25.4%。不過，稻草還田對晚稻土壤pH影響情況不顯著，但是土壤中有效態(tài)鎘含量上升6.1%，水稻植株鎘累積量同樣整體有顯著上升趨勢。

關(guān)鍵詞：稻田土壤；水稻鎘累積；田間試驗

農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)是一種人工干預(yù)下的半自然陸地生態(tài)系統(tǒng)，伴隨著城市化與工業(yè)化過程迅速發(fā)展，重金屬污染物可以經(jīng)過各種途徑不斷輸入農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，嚴重威脅農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題，農(nóng)田土壤重金屬污染已經(jīng)成為所關(guān)注的首要問題之一。據(jù)了解，我國大概約2.0×107 hm2 耕地遭受了重金屬污染，其中受鎘污染的農(nóng)田面積達2. 8×105 hm2，每年產(chǎn)鎘含量超標農(nóng)產(chǎn)品達14. 6×105 t，農(nóng)田土壤重金屬污染形勢嚴峻，我國南方區(qū)域更加受長年礦冶以及其他相關(guān)工業(yè)活動影響的地區(qū)，稻田土壤鎘污染問題尤為嚴重。根據(jù)前期掌握的農(nóng)田系統(tǒng)鎘污染特點和可能污染路徑等狀況，選擇湖南地區(qū)典型農(nóng)田，在處于設(shè)計不同污染控制和改良措施條件下進行長期田間試驗，以期為稻田土壤鎘污染控制以及治理水稻中鎘污染治理與監(jiān)管提供科學合理依據(jù)。

1.材料與方法

1.1區(qū)域概況

長株潭地區(qū)是湖南省經(jīng)濟發(fā)展和城市化的中心區(qū)域，經(jīng)濟總量占全省33.75%，屬于中亞熱帶東部濕潤季風氣候區(qū)，四季分明，熱量充沛，每年平均氣溫16°至18°，每年平均降水量達到1200mm至1450mm。地域主要地勢屬湘江下游河谷和丘陵帶，成土母質(zhì)主要為第四紀紅土，稻田土壤基本呈酸性，土壤肥沃適合耕種。該地區(qū)水稻耕作規(guī)律分為兩季，早稻周期一般為4月中旬至7月中旬，晚稻周期基本處在7月下旬至10月中旬。

1.2試驗設(shè)計

近期分別在湘潭地區(qū)、株洲地區(qū)、醴陵地區(qū)選擇典型稻田展開田間研究試驗，分別每個試點放置5個處理分別為稻草去除、清潔水灌溉、截斷大氣沉降和石灰調(diào)控，每個處理階段都需要重復(fù)3次，總共15次處理。大約每個小區(qū)面積為5mx6m=30m2聚乙烯加厚塑料膜讓小區(qū)田埂保護來消除各區(qū)之間干擾，稻草去除以及稻草還田就是在水稻成熟收獲時期讓該微區(qū)收獲水稻秸稈全都去除和還田，稻草還田需要在早稻收獲后期間進行，灌溉使用當?shù)厮醋鳛榍鍧嵥糜诠喔?，然后在與自然灌溉水形成對比。而截斷大氣沉降則是在小區(qū)采用透明膠板作頂以及細紗網(wǎng)作圍墻建成簡易棚，高為3.5m，隔離成為無大氣沉降區(qū)，石灰投加量約0.15kg·m-2，每個小區(qū)大概4.5kg，小區(qū)翻耕后再施放在田中，注意要一周后再插秧。田間試驗過程中，復(fù)合肥按照0.11kg·m-2比例施加，3個基地早稻種植品種都是來自淦鑫203，湘潭、醴陵以及株洲晚稻種植品種分別是H優(yōu)159、金優(yōu)498以及天優(yōu)華占。于4月至10月進行田間試驗，湘潭試驗點耕層土壤鎘平均含量為1.01mg·kg-1，平均土壤PH值維持在5.13，醴陵試驗點耕層土壤鎘平均含量為1.48mg·kg-1，平均土壤PH值為5.12，株洲耕層土壤鎘平均含量為4.23mg·kg-1平均土壤PH值維持在6.21。

2.結(jié)果和結(jié)論

控源和改良措施對土壤PH和土壤鎘含量的影響，分別針對3個試驗點水稻成熟期對土壤樣品進行分析，得出結(jié)論顯示，石灰調(diào)控措施對稻田土壤PH和有效態(tài)鎘均有明顯影響、石灰調(diào)控后2個稻季土壤PH平均提高16%，即0.87個單位，土壤里鎘含量有效態(tài)降低了33.7%。相關(guān)研究數(shù)據(jù)顯示，石灰處理的弱酸性稻田土壤從播種前再到灌漿期PH提升了約15%，土壤有效鎘明顯降低，石灰處理后土壤鎘的形態(tài)分析證明土壤中的弱酸可提取態(tài)和可以還原生態(tài)比例降低，殘渣態(tài)比例增加，變化幅度大概在 20% 左右[19，24]. 其原因：石灰施用增強土壤膠體表面負電荷，對重金屬離子的附著能力增強；另一方面土壤 pH 提高使 鐵、錳離子形成的羥基化合物為重金屬提供更多的附著力，從而導(dǎo)致土壤中鎘活性降低。清潔水灌溉和截斷大氣沉降對土壤pH的影響整體呈現(xiàn)上升勢頭，分別上升了0. 44 和0. 49 個百分點，但土壤有效鎘均降低18. 2% 和 14. 5%、田間試驗清潔水是使用的當?shù)赜盟?，水pH為6. 65至7. 34 高于當?shù)赝寥纏H為4. 91至 5. 75和雨水pH 4. 04至6. 84，鎘質(zhì)量濃度為0. 015至0. 027μg·L - 1，低于當?shù)毓喔人?Cd 質(zhì)量濃度0. 28 至1. 98μg·L- 1和雨水 Cd 質(zhì)量濃度0. 14至7. 67 μg·L- 1，低于農(nóng)田灌溉水水質(zhì)標準值 10 μg·L- 1，有助于降低灌溉水對土壤鎘輸入；截斷大氣沉降區(qū)水稻生物量與對照區(qū)沒有顯著區(qū)別，顯示該處理條件下水稻生長沒有受到明顯影響。稻草還田對早稻、晚稻土壤 pH 影響不明顯，但土壤中有效態(tài)鎘含量上漲6. 1%，相反而言稻草移除有利于土壤有效態(tài)鎘含量的降低。研究顯示鎘污染稻草可以提高土壤溶解性有機碳的含量，促進了土壤鎘 的有效性。所有稻草還田促進土壤中有效態(tài)鎘含量略微上升可能是因為稻草還田促進了土壤鎘的溶出。

3.結(jié)束語

（1）石灰調(diào)控措施對提升稻田土壤pH和降低土壤中有效態(tài)鎘含量均有明顯效果，水稻各部分鎘含量及富集系數(shù)也均有明顯下降趨勢。

（2）清潔水灌溉和截斷大氣沉降對土壤 pH 的影響整體呈上升趨勢，而土壤中有效鎘含量均呈降低趨勢，水稻各部分鎘積累量和富集系數(shù)均比對照降低，即兩種處理均能降低鎘從土壤到水稻的遷移性。

參考文獻

[1]封文利，郭朝暉，史磊，等.控源及改良措施對稻田土壤和水稻鎘累積的影響[J].環(huán)境科學，2018，39（1）：399-405.

[2]陳喆，鐵柏清，劉孝利，等.改良-農(nóng)藝綜合措施對水稻吸收積累鎘的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2013，32（7）：1302-1308.

（作者單位：廣西桂林全州縣龍水鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站）