鎘污染稻田土壤調(diào)理劑效果研究

張?zhí)m 黑兒平 武娟 陳柏樺

摘 要：為了驗(yàn)證土壤調(diào)理劑對(duì)降低稻米鎘含量和提高水稻產(chǎn)量的作用，于2018年7月-11月進(jìn)行了該產(chǎn)品在水稻上的田間試驗(yàn)。結(jié)果表明：與不施土壤調(diào)理劑的對(duì)照相比，施用土壤調(diào)理劑能改善水稻多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀，水稻株高、有效穗、穗長(zhǎng)、穗總粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均有所增加。根據(jù)水稻產(chǎn)量構(gòu)成性狀計(jì)算的理論產(chǎn)量看，稻谷增產(chǎn)率在11.1%-15.4%，增產(chǎn)效果顯著，對(duì)降低土壤有效鎘有一定的效果;同時(shí)還能有效降低稻谷中鎘含量，土壤調(diào)理劑施用量為50 kg/667 m2，降幅為42.4%，土壤調(diào)理劑施用量為100 kg/667 m2時(shí)，降幅為56.8%，降幅效果十分明顯，稻谷中有效鎘含量隨施用量增加而顯著下降。這說明土壤調(diào)理劑可有效改善水稻經(jīng)濟(jì)性狀，提高稻谷產(chǎn)量，降低土壤鎘含量和可移動(dòng)性以及稻谷中鎘含量，進(jìn)而提高經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：土壤調(diào)理劑 鎘 土壤 水稻 修復(fù)效果

中圖分類號(hào)：S511 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

Remediation Effect of Soil Conditioner on Cadmium-contaminated Paddy Soil

ZHANG Lan1， HEI Erping2， WU Juan1， CHEN Baihua1

（1 Cultivated Land Quality and Fertilizer Workstation of Sichuan Province， Chengdu， Sichuan 610041， China; 2 Institute of? Soil and Fertilizer， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Chengdu， Sichuan 610066， China ）

Abstract：To verify the effect of soil conditioner on reducing cadmium in rice and increasing rice yield， field experiments were carried out from July to November 2018. The results showed that application of soil conditioner could improve many economic traits， and increase the plant height， effective ear， ear length， total grain number， grain number， seed setting rate and 1000-grain weight of rice. According to the theoretical yield calculated by rice yield component traits， the yield increasing rate was 11.1% ～15.4%， and the yielding effect was remarkable. The soil conditioner could decrease the cadmium in soil in a certain degree. The cadmium in rice decreased 42.4% and 56.8% when the application rate of soil conditioner was 50 kg/667 m2 and 100 kg/667 m2， respectively. The decline was apparent， and the available cadmium content in rice decreased significantly with the increase of soil conditioner. The soil conditioner can effectively improve rice economic properties， increase rice yield， reduce cadmium content in soil and its mobility， and increase economic benefits.

Key words：Soil conditioner; cadmium; soil; rice; remediation effect

鎘是在自然界中存在的5大重金屬元素之一，其在環(huán)境中具有非常強(qiáng)的遷移性和危害性，存在嚴(yán)重的安全隱患[1]。目前，稻田鎘污染已經(jīng)成為嚴(yán)重影響糧食安全生產(chǎn)的問題。稻田中重金屬鎘元素又很容易被水稻吸收累積，而且還可以沿著食物鏈進(jìn)行傳遞以及通過生物體內(nèi)富集作用，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全和品質(zhì)，對(duì)人體健康造成嚴(yán)重威脅[2]，因而稻米鎘給人類社會(huì)造成的健康風(fēng)險(xiǎn)，已引起了廣大的社會(huì)響應(yīng)和高度的關(guān)注[3]。

對(duì)污染的耕地土壤進(jìn)行治理修復(fù)[4]，是解決安全高效的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)問題的一個(gè)緊急措施。采取傳統(tǒng)的物理機(jī)械或化學(xué)藥劑治理方法，成本高、見效不明顯、對(duì)環(huán)境不友好，且容易造成環(huán)境污染。施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的增產(chǎn)措施之一，對(duì)土壤中各種重金屬的生物有效性有明顯的影響。有關(guān)試驗(yàn)已表明，在農(nóng)田中鎘元素含量濃度高時(shí)，影響植物正常生長(zhǎng)發(fā)育，并且還會(huì)通過植物其他礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素影響進(jìn)而抑制植物對(duì)水分的吸收和運(yùn)輸、氣孔開放、蒸騰作用、光合作用、呼吸作用及其他生理功能等，從而導(dǎo)致減產(chǎn);而在低濃度下，有利于作物的生長(zhǎng)和發(fā)育[5]。

土壤調(diào)理劑作為一種經(jīng)濟(jì)、高效、安全、操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)施的治理土壤重金屬污染的方法之一，能改善土壤理化性質(zhì)，提高微生物活性和土壤酶活性，對(duì)農(nóng)田土壤重金屬的污染及污染源有較好的改良、消除或預(yù)防的作用，改善作物生長(zhǎng)發(fā)育的環(huán)境條件，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)，提高作物產(chǎn)量、提升農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量等方面有一定的顯著效果，提高經(jīng)濟(jì)效益[6]。為了驗(yàn)證土壤調(diào)理劑對(duì)降低稻米鎘含量和提高水稻產(chǎn)量的作用，開展田間試驗(yàn)研究土壤調(diào)理劑產(chǎn)品各組分對(duì)重金屬污染土壤和水稻的作用，為安全生產(chǎn)、提升重金屬污染耕地修復(fù)效果提供科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的紅黃泥。試驗(yàn)前取試驗(yàn)地耕層混合樣測(cè)定，土壤肥力呈中等水平，其中土壤堿解氮為149 mg/kg、有效磷為7.3 mg/kg、速效鉀86 mg/kg、有機(jī)質(zhì)34.3 g/kg，pH值5.1，土壤全鎘含量為0.84 mg/kg。

土壤調(diào)理劑，含K2O≥6.0%，SiO2≥20.0%，CaO≥20.0%，MgO≥5%。主要原料為鉀長(zhǎng)石、白云石。

1.2 供試作物及品種

供試作物為水稻，供試品種為川優(yōu)6203，從四川科瑞種業(yè)有限公司購(gòu)置。

1.3 試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，3次重復(fù)，共9個(gè)小區(qū)，隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)面積30 m2。小區(qū)間做土埂包地膜隔離，四周設(shè)置1.5 m寬保護(hù)行。

CK：對(duì)照（CK），常規(guī)施肥（40%復(fù)合肥30 kg/667 m2）;

T50：每 667 m2施供試土壤調(diào)理劑50 kg+常規(guī)施肥;

T100：每667 m2施供試土壤調(diào)理劑100 kg+常規(guī)施肥。

1.4 試驗(yàn)田間管理

田間管理遵循“最適”和“一致”的原則，各處理之間除施肥措施以外，其他各項(xiàng)管理措施均保持一致，且符合生產(chǎn)要求，由專人在同一天內(nèi)完成。試驗(yàn)田水稻2018年6月18日播種，7月19日整地，7月20日-21日作埂覆膜，7月22日分處理按方案施基肥。各處理其他各項(xiàng)管理措施保持一致，10月24日采集試驗(yàn)田各小區(qū)耕作層土壤樣、稻谷樣，10月29日試驗(yàn)田收割，分別對(duì)各小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收，考察各處理多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀和測(cè)定實(shí)際產(chǎn)量。

1.5 土壤樣品測(cè)定方法

土壤樣品彩集后帶回實(shí)驗(yàn)室，檢出肉眼可見的植物殘?bào)w、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。

土壤全鎘和全鉛采用王水-高氯酸消煮-原子吸收光譜法;土壤全汞采用硫酸-五氧化二釩-冷原子吸收光譜法;土壤全砷采用氫化物發(fā)生原子吸收光譜法;土壤全鉻采用氫氟酸-高氯酸-硝酸消煮-原子吸收光譜法;有效態(tài)鎘的測(cè)定采用原子吸收法（GB/T23739-2009）。土壤pH采用水提玻璃的電極法測(cè)定;土壤理化性狀的測(cè)定采用常規(guī)分析方法進(jìn)行[7-8]。

1.6 植株樣品的測(cè)定方法

水稻植株樣品采集后，帶回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)拷種，分為莖葉和稻谷兩部分，在80 ℃殺青30 min，然后在65 ℃烘干，用不銹鋼粉碎機(jī)磨碎，過40目篩，裝入塑料瓶中備用。植株樣品經(jīng)風(fēng)干、研磨后，采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定其籽粒和秸稈中的全鎘。樣品經(jīng)磨碎過40目尼龍篩，然后分析鎘含量。分析方法采用HNO3-HClO4濕法消煮，消煮樣品時(shí)，同時(shí)消煮空白和標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW10010）進(jìn)行質(zhì)量控制和結(jié)果校正[10]。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表1中分析可知，水稻施用供試土壤調(diào)理劑的處理與對(duì)照區(qū)相比較，株高增加5.6～7.5 cm，有效穗增加0.3～0.4萬/667 m2，穗長(zhǎng)平均增加0.7～0.8 cm，穗平均總粒數(shù)增加7.0～8.4粒，穗平均實(shí)粒數(shù)增加9.8～13.4粒，結(jié)實(shí)率提高2.8%～4.4%，千粒重增加0.2～0.3 g。根據(jù)水稻產(chǎn)量構(gòu)成性狀計(jì)算的理論產(chǎn)量看，稻谷增產(chǎn)率在11.1%～15.4%。

2.2 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

從表2中可以看出，施用供試土壤調(diào)理劑的處理水稻平均產(chǎn)量在550.6～569.2 kg/667 m2之間，比對(duì)照增產(chǎn)42.2～60.8 kg/667 m2，增產(chǎn)率為8.3%～12.0%。

從表3中可以看出，經(jīng)方差分析與多重比較表明，處理T50和T100之間的水稻產(chǎn)量沒有顯著差異，處理CK與處理T50之間達(dá)顯著差異，處理CK與處理T100之間達(dá)極顯著差異。

2.3 不同處理對(duì)土壤鎘含量的影響

從表4中可以看出，試驗(yàn)前后土壤樣品檢測(cè)結(jié)果表明：施用土壤調(diào)理劑后對(duì)降低土壤有效鎘有一定效果，處理T50和處理T100與試驗(yàn)前相比分別降低了0.2～0.3 mg/kg，對(duì)于土壤中全量重金屬含量沒有明顯的影響。pH值有一定程度的提高，最高提高了0.3個(gè)值。

2.4 不同處理對(duì)稻谷鎘含量的影響

從表5中可以看出，據(jù)采集稻谷樣品檢測(cè)，結(jié)果表明，處理T50和處理T100稻谷鎘含量平均值分別為0.453 mg/kg和0.34 mg/kg，較處理CK對(duì)照區(qū)稻谷含量0.787 mg/kg分別下降0.334 mg/kg、0.447 mg/kg，降幅分別為42.4%、56.8%，降鎘效果十分明顯。

2.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

從表6中可以看出，水稻施用土壤調(diào)理劑的處理與常規(guī)對(duì)照比較，稻谷產(chǎn)量增加42.2～60.8 kg/667 m2，有一定經(jīng)濟(jì)效益。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

試驗(yàn)結(jié)果表明，土壤調(diào)理劑在我地水稻上施用后，能明顯改善水稻多項(xiàng)經(jīng)濟(jì)性狀，水稻株高、有效穗、穗長(zhǎng)、穗總粒數(shù)、穗實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和千粒重均有所增加。施用供試土壤調(diào)理劑的處理水稻平均產(chǎn)量在550.6～569.2 kg/667 m2之間，比對(duì)照增產(chǎn)42.2～60.8 kg/667 m2，增產(chǎn)率為8.3%～12.0%，增產(chǎn)效果顯著，有一定經(jīng)濟(jì)效益。并且土壤pH值有一定程度的提高，最高提高了0.3個(gè)值，對(duì)降低土壤有效鎘有一定效果，處理試驗(yàn)前相比分別降低了0.2～0.3 mg/kg。此外，還能有效降低稻谷中鎘含量，土壤調(diào)理劑施用量為50 kg/667 m2時(shí)，降幅為42.4%，土壤調(diào)理劑施用量為100 kg/667 m2時(shí)，降幅為56.8%，降幅效果十分明顯，稻谷中有效鎘含量隨施用量增加而顯著下降。

3.2 討論

3.2.1 施用土壤調(diào)理劑能明顯改善水稻經(jīng)濟(jì)性狀，增產(chǎn)效果顯著

試驗(yàn)結(jié)果表明，水稻施用土壤調(diào)理劑處理與對(duì)照區(qū)相比較，根據(jù)水稻產(chǎn)量構(gòu)成性狀計(jì)算的理論看，稻谷增產(chǎn)率在11.1%～15.4%。這可能與土壤調(diào)理劑的主要成分有關(guān)。本試驗(yàn)施用的土壤調(diào)理劑以鉀長(zhǎng)石、白云石為主要原料生產(chǎn)制備，富含鉀、鈣、鎂、硅等營(yíng)養(yǎng)元素，主要通過提高土壤pH值、改良土壤酸性等特性，改善水稻生長(zhǎng)環(huán)境條件，能夠同時(shí)更好的滿足和協(xié)調(diào)水稻生長(zhǎng)所必需的各種元素，從而改善水稻經(jīng)濟(jì)性狀，提高產(chǎn)量。

3.2.2 施用土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有一定的降鎘效果，能明顯降低稻谷中鎘含量

土壤調(diào)理劑施用后能提高土壤pH值，Cd2+在土壤中遷動(dòng)轉(zhuǎn)移受土壤pH值的影響[10]。通常土壤pH值與Cd的關(guān)系呈負(fù)相關(guān)，主要原因是pH值升高可促進(jìn)Cd由有效態(tài)向絡(luò)合態(tài)與殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化，降低了Cd的有效態(tài)含量[11-15]。同時(shí)，提高土壤pH值，可以提高土壤當(dāng)中相關(guān)羥基態(tài)陽(yáng)離子的親和力，對(duì)重金屬形成相關(guān)碳酸鹽、硅酸鹽等沉淀物有良好的推動(dòng)作用，從而進(jìn)一步降低土壤當(dāng)中土壤重金屬含量[16-20]。同時(shí)試驗(yàn)材料本身鈣、鎂、鈉和鉀等離子，能與土壤溶液和礦物顆粒中相關(guān)離子進(jìn)行離子交換作用，進(jìn)而與提高土壤中的Cd發(fā)生離子交換作用，不僅降低了土壤中Cd濃度，而且增加了土壤中的陽(yáng)離子交換量[21-27]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用土壤調(diào)理劑后對(duì)降低土壤有效鎘有一定效果，處理試驗(yàn)前相比分別降低了0.2～0.3 mg/kg，對(duì)于土壤中全量重金屬含量沒有明顯的影響。pH值有一定程度的提高，最高提高了0.3個(gè)值。此外，施用土壤調(diào)理劑后，與對(duì)照區(qū)相比較，稻谷中Cd含量降幅分別為42.4%、56.8%，降鎘效果十分明顯。這說明施用土壤調(diào)理劑能提高土壤pH值，降低土壤中和稻谷中Cd含量。增加施用量，土壤中有效Cd含量下降越明顯。

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