牡蠣殼調理劑對稻田土壤環(huán)境及水稻生長的影響

吳一群，鄭祥洲，王永明，陳緒龍，余勁聰，文 笑，張玉樹

(1.福建省農業(yè)科學院土壤肥料研究所/福建省植物營養(yǎng)與肥料重點實驗室， 福建福州 350013； 2.福建瑪塔生態(tài)科技有限公司， 福建 漳州 363502)

化學肥料的大量施用，特別是氮肥的大量施用是導致土壤酸化的主要因素[1-2]。土壤酸化是耕地質量退化的一個重要方面[3]。土壤酸化既影響植物的正常生長發(fā)育，又影響土壤微生物區(qū)系和活性、礦質養(yǎng)分有效性和土壤保肥供肥性等土壤物理化學性質和生物學特性等，而且還會提高土壤中重金屬的活性，引起環(huán)境和農產(chǎn)品安全問題[4-5]。因此解決土壤酸化問題，對于農田耕地質量的提升具有重要意義。土壤調理劑的施用是改良土壤酸化的一大途徑[6]，目前土壤調理劑品種繁多，不同調理劑的性質與組成、作用機理以及在土壤重金屬治理中的效果差異也較大[7-8]。福建省瑪塔生態(tài)科技有限公司通過溫度控制和粒徑分選技術生產(chǎn)的牡蠣殼土壤調理劑，具有較好的調酸效果和吸附能力，在酸化比較嚴重的旱地土壤上有著顯著的效果，能夠明顯提高土壤pH值、降低重金屬的有效性及增加作物的產(chǎn)量[9-11]。然而，這些研究主要集中于旱地土壤，對水田土壤改良效果研究較少。因此，本研究選擇在輕度酸化土壤且重金屬有效含量超標的稻田開展大田試驗，研究牡蠣殼土壤調理劑對水稻土酸化改良及作物生長的影響，為牡蠣殼土壤調理劑在水稻上的推廣應用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試作物為水稻品種野香優(yōu)6831。調理劑為福建瑪塔生態(tài)科技有限公司生產(chǎn)提供的特貝鈣產(chǎn)品，主要原料為牡蠣殼(CaO≥45%，pH：8.5～10.5)。

1.2 試驗地概況

試驗選擇在土壤輕度酸化且有重金屬有效含量超標的土壤上進行試驗，土壤pH 5.28、潛性酸2.08 cmol·kg-1、有機質39.30 g·kg-1、堿解氮119.61 mg·kg-1、有效磷41.56 mg·kg-1、速效鉀78.08 mg·kg-1、交換性鈣306.67 mg·kg-1、交換性鎂16.52 mg·kg-1、有效鉻0.23 mg·kg-1、有效鎘0.33 mg·kg-1、有效鉛22.6 mg·kg-1、有效汞0.011 mg·kg-1、有效砷0.26 mg·kg-1。

1.3 試驗設計

試驗設置4個處理，調理劑用量分別為0、1 500、3 000、4 500 kg·hm-2，編號分別為CK、T1、T2、T3。每個處理3次重復，小區(qū)面積為20 m2，隨機排列。在水稻插秧前一次性施入；肥料使用水稻配方肥，配方肥氮、磷、鉀總含量52%，比例為24∶10∶18，施用量為600 kg·hm-2，基肥∶分蘗肥∶穗肥=5∶3∶2；各試驗處理除了調理劑用量不同外，其他肥料及農事措施均相同。

1.4 樣品的采集

1.4.1水稻 每小區(qū)于成熟期采集5穴谷穗樣品用于考種，進行水稻產(chǎn)量構成因子評價；各小區(qū)單打單曬，分別測產(chǎn)，計算經(jīng)濟效益。

1.4.2土樣的采集 試驗前采集基礎土壤，試驗結束后采集各小區(qū)耕層土樣，用于pH、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、交換性鈣鎂以及土壤重金屬(汞、砷、鉛、鎘、鉻)有效含量測定。

1.5 土壤樣品檢測

土壤pH值采用酸度計測量(水土比2.5∶1)，有機質含量采用重鉻酸鉀容量法，堿解氮采用堿解擴散法測定，有效磷含量的測定采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀的測定采用1 mol·L-1NH4OAc-火焰光度法。土壤有效態(tài)汞、砷測定采用磷酸二氫鈉浸提原子熒光方法測定；有效鉛、鎘測定采用DTPA浸提原子吸收方法；有效態(tài)鉻測定采用鹽酸浸提原子吸收方法。

2 結果與分析

2.1 牡蠣殼調理劑對水稻農藝性狀的影響

由表1可知，不同處理之間水稻各農藝狀差異不大，株高、穗粒數(shù)、穗實粒數(shù)、結實率、千粒重、有效穗、曬干率處理之間差異均未達到顯著水平；與CK相比，T1、T2、T3處理水稻理論產(chǎn)量分別提高了3.04%、5.44%和5.00%，但不同處理之間差異均未達到顯著水平。

表1 牡蠣殼調理劑對水稻農藝性狀的影響Table 1 Effects of the oyster shell conditioner on the agronomic traits of rice

2.2 牡蠣殼調理劑對水稻產(chǎn)量的影響

由表2可知，各處理水稻產(chǎn)量高低順序為T2>T3>T1>CK，不同用量調理劑的施用均在一定程度上提高了水稻產(chǎn)量。與CK相比，T1、T2、T3處理水稻產(chǎn)量分別提高了3.98%、6.54%和6.19%，其中3 000 kg·hm-2調理劑用量效果最好，大量施用調理劑并不會持續(xù)增加水稻的產(chǎn)量。

表2 牡蠣殼調理劑對水稻產(chǎn)量的影響Table 2 Effects of the oyster shell conditioner on the rice yield

2.3 牡蠣殼調理劑對水稻效益的影響

由表3可知，與CK相比，T1、T2、T3處理水稻產(chǎn)量分別增加了289、475和450 kg·hm-2。按照當時市場價格水稻3元·kg-1計算，產(chǎn)值分別增加了868、1 426和1 349元·hm-2；然而，隨著土壤調理劑用量的增加，水稻經(jīng)濟效益有著下降的趨勢，與CK相比，T1、T2、T3處理收益分別減少了632、1 574和3 151元·hm-2。

表3 牡蠣殼調理劑對水稻經(jīng)濟效益的影響Table 3 Effects of the oyster shell conditioner on the economic benefit of rice

2.4 牡蠣殼調理劑對土壤理化性狀的影響

由表4可知，不同處理之間土壤有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀及交換性鎂含量都沒有顯著差異；土壤交換性鈣含量隨著牡蠣殼調理劑施用量的增加而提高，與CK相比，T1、T2、T3處理分別提高了7.95%、28.75%和45.87%；土壤pH也隨著調理劑施用量的增加而提高，與CK相比，T1、T2、T3處理分別上升了3.04%、3.61%和7.02%，T2、T3處理與CK之間差異達到了顯著水平；不同處理之間潛性酸的變化規(guī)律與pH一致，隨著調理劑用量的增加不斷減少，與CK相比，T1、T2、T3處理分別下降了4.19%、12.56%和 20.93%。

表4 牡蠣殼調理劑對土壤理化性狀的影響Table 4 Effects of the oyster shell conditioner on the physicochemical properties of soil

2.5 牡蠣殼調理劑對土壤重金屬有效性的影響

由表5可知，不同處理土壤有效鉻、有效汞、有效砷含量分別為0.21～0.25、0.004～0.007和0.243～0.273 mg·kg-1，均在農產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染分級DB35/T 859-2016《農產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染程度的分級》的安全級以內，且處理之間都未達到顯著水平；有效鎘含量為0.27～0.32 mg·kg-1，有效鉛含量為19.0～22.1 mg·kg-1，高于安全值，但是兩者都隨著調理劑施用量的增加呈不斷下降的趨勢，與CK相比，有效鎘含量降幅為15.63%～31.25%，有效鉛含量降幅為9.05%～14.03%，且T3處理與CK之間差異達到了顯著水平。

表5 牡蠣殼調理劑對土壤重金屬有效性的影響Table 5 Effects of the oyster shell conditioner on the bioavailability of heavy metals in soil

3 結論與討論

大量研究表明土壤調理劑能夠調節(jié)土壤酸堿度[12-14]。本研究中，隨著調理劑施用量的增加，土壤pH值呈上升趨勢，潛性酸含量呈下降趨勢，且調理劑最大施用量與對照之間差異達到了顯著水平，說明通過施用特貝鈣土壤調理劑能夠提高起到緩解土壤酸化的作用。根據(jù)福建省耕地土壤養(yǎng)分分級標準，本試驗土壤交換性鈣含量(306.67 mg·kg-1)屬于中等水平，通過調理劑的施用T2、T3處理交換性鈣含量分別達到了421、477 mg·kg-1，為豐富水平，說明調理劑施用改善了土壤中鈣素營養(yǎng)供給狀況，這是因為特貝鈣土壤調理劑含CaO≥45%，其原料為牡蠣殼。

一般認為，通過調節(jié)土壤pH值是調理劑降低土壤重金屬有效性含量的主要原因[15-16]。根據(jù)福建省地方標準DB35/T 859-2016《農產(chǎn)品產(chǎn)地土壤重金屬污染程度的分級》，本試驗土壤有效鎘含量為0.33 mg·kg-1，超出了限制值(0.30 mg·kg-1)；有效鉛含量為22.6 mg·kg-1，超過了安全值(15 mg·kg-1)，但是在限制值(35 mg·kg-1)以內。牡蠣殼調理劑施用處理土壤有效鉻、有效鉛含量分別降低15.63%～31.25%、9.05%～14.03%，且隨著調理劑用量的增加，降幅不斷加大。雖然本研究中各處理均未能使有效鎘和有效鉛含量達到安全水平，但是T3處理與CK之間差異達到了顯著水平，說明通過特貝鈣土壤調理劑的施用能夠降低土壤重金屬安全風險，而且施用量越大效果越好。本研究僅是一次施用的結果，在實際操作中可以通過連續(xù)多年施用，并進行觀察，使土壤中重金屬達到安全水平。

特貝鈣土壤調理劑施用能夠在不同程度提高水稻產(chǎn)量，但是處理之間差異都未達到顯著水平。然而，隨著調理劑用量增加，單季水稻經(jīng)濟效益呈下降趨勢，這主要是調理劑成本增加水稻種植投入造成的。因此，調理劑推廣應用過程中需要給農戶適當?shù)难a貼，才能提高農民施用調理劑的積極性，發(fā)揮土壤調理對土壤調節(jié)的長期作用，充分體現(xiàn)其在保障農業(yè)可持續(xù)發(fā)展中的作用。