不同農(nóng)藝措施對(duì)稻谷鎘含量的影響

張春燕，胡海榮，楊 青，田曉莉，劉 云，周 鑫，唐永嘉

（1.宜昌市耕地質(zhì)量和肥料管理站，湖北宜昌 443000；2.宜昌市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全監(jiān)督檢測(cè)站，湖北宜昌 443000；3.五峰縣農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)站，湖北五峰 443400）

耕地土壤是不可再生的自然資源，是糧食生產(chǎn)的根基。過(guò)去幾十年，中國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展主要以農(nóng)業(yè)增產(chǎn)、高產(chǎn)為主要目標(biāo)，農(nóng)藥、化肥過(guò)量使用［1］，改變了耕地土壤生態(tài)環(huán)境，造成有害物質(zhì)在農(nóng)作物中積累，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體后危害人體健康［2］。污染耕地治理與修復(fù)已經(jīng)成為綠色發(fā)展的迫切需要［3］。

研發(fā)的鎘鈍化功能材料主要為腐殖質(zhì)、生物炭等有機(jī)材料、微生物菌劑，以及將無(wú)機(jī)材料、有機(jī)材料、微生物菌劑組合成的復(fù)合材料［4］，成本高，不易推廣。為研究農(nóng)民可接受、政府可承受、產(chǎn)業(yè)可發(fā)展、易于大面積推廣的技術(shù)［4］，該研究借鑒國(guó)內(nèi)外鎘污染治理技術(shù)［5-10］，選用草木灰、微生物菌劑、土壤調(diào)理劑、熟石灰、葉面硅鈦肥、有機(jī)肥、配方肥和40%含氯復(fù)合肥等材料，根據(jù)土壤環(huán)境狀況和水稻生長(zhǎng)習(xí)性，應(yīng)用測(cè)土配方和酸化治理技術(shù)，優(yōu)化有機(jī)肥、化肥的種類與施用量，組合成不同農(nóng)藝措施，設(shè)置田間小區(qū)試驗(yàn)，研究9 種不同農(nóng)藝措施對(duì)水稻產(chǎn)量、土壤pH、有機(jī)質(zhì)、全鎘、有效態(tài)鎘、稻谷鎘含量的影響，篩選能夠有效降低農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量的技術(shù)組合，旨在為耕地土壤污染防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)場(chǎng)地與供試材料

試驗(yàn)場(chǎng)地位于五峰縣漁洋關(guān)鎮(zhèn)沙埫村水稻試驗(yàn)田，供試土壤為碳酸鹽巖母質(zhì)發(fā)育的潛育型水稻土，又稱爛泥田，總面積433.55 m2。試驗(yàn)水稻品種為天優(yōu)華占，試驗(yàn)面積160.08 m2。上茬為空閑田，灌溉水為山泉水。試驗(yàn)前取耕作層土壤和稻谷進(jìn)行檢測(cè)，土壤、稻谷理化性質(zhì)檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 土壤理化性質(zhì)和稻米檢測(cè)結(jié)果

供試材料為宜施壯40%（22-6-12）含氯復(fù)合肥、內(nèi)蒙古金沃緣肥業(yè)有限公司生產(chǎn)的硅鈦肥、富之源土壤調(diào)理劑（湖北富之源生物科技有限公司）、中向生物微生物菌劑（湖北中向生物工程有限公司）、富冠農(nóng)用熟石灰（宜昌富冠農(nóng)業(yè)科技有限公司）、俏牛兒有機(jī)肥（湖北俏牛兒肥業(yè)有限公司）、配方肥（尿素12 kg+磷酸二銨8 kg+硫酸鉀5 kg）等，草木灰由當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，試驗(yàn)共設(shè)9 個(gè)處理，3 次重復(fù)。每小區(qū)長(zhǎng)2.44 m，寬2.44 m，小區(qū)面積5.953 6 m2，四周用木芯板隔離保護(hù)，保證各小區(qū)單排單灌，避免各小區(qū)間串水串肥。試驗(yàn)小區(qū)外圍設(shè)空白區(qū)，為不施肥處理。9 個(gè)處理的具體農(nóng)藝措施見(jiàn)表2。

表2 組合的不同農(nóng)藝措施

各處理按肥料數(shù)量品種一次性施底肥，不追肥。移栽前3 d，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)，將不同配方的肥料施入小區(qū)中，人工用耙齒均勻混入泥中。該試驗(yàn)用稻谷于2021 年4 月16 日播種，5 月23 日整田，5 月24 日施基肥，5 月25 日施肥后再次耙田，5 月27 日插秧，7 月14 日、7 月21 日、7 月29 日分別在處理②噴施濃度200 倍的葉面硅鈦肥3 次。田間栽培、病蟲(chóng)害防治、管理由農(nóng)戶按常規(guī)技術(shù)統(tǒng)一管理。

1.3 樣品采集與檢測(cè)

土壤樣品：水稻收獲后采集土壤樣品，按梅花5點(diǎn)取樣法采集0~20 cm 土層樣品，并混合，采集量約1 kg；取樣土壤在室內(nèi)自然風(fēng)干，除去土壤中雜質(zhì)，研磨過(guò)篩，測(cè)定指標(biāo)為pH、有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀、鎘、砷、全鎘、有效態(tài)鎘。

稻谷樣品：每個(gè)處理小區(qū)采集稻谷樣1.5 kg，在室外自然風(fēng)干，測(cè)定指標(biāo)為稻谷主要重金屬含量。

樣品檢測(cè)：將風(fēng)干的土壤和稻谷樣品寄送至黑龍江省華測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻分蘗的影響

在水稻分蘗末期，7 月19 日對(duì)9 個(gè)處理隨機(jī)選擇16 株水稻進(jìn)行分蘗計(jì)數(shù)調(diào)查。結(jié)果表明，與處理①農(nóng)民習(xí)慣施肥水稻分蘗數(shù)相比，處理⑦、⑧、⑨、⑥、⑤、④、③水稻分蘗數(shù)分別增加48.1%、38.1%、30%、18.1%、17.5%、16.9%、15.6%，處理②比處理①分蘗數(shù)減少1.9%（表3）。

表3 不同處理小區(qū)水稻分蘗情況

2.2 不同處理對(duì)稻谷產(chǎn)量的影響

在水稻收獲期，于9 月28-30 日，對(duì)各個(gè)小區(qū)產(chǎn)量分別進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)產(chǎn)驗(yàn)收。從測(cè)產(chǎn)結(jié)果看，與處理①農(nóng)民習(xí)慣施肥小區(qū)稻谷產(chǎn)量相比，處理⑥、⑦、③、⑨、⑤、⑧、④、②小區(qū)稻谷產(chǎn)量分別增加26.8%、20.97%、17.4%、16.1%、14.7%、14.2%、12.2%、9.2%（表4）。

表4 不同施肥處理小區(qū)稻谷產(chǎn)量

2.2.1 不同處理稻谷產(chǎn)量方差分析 對(duì)各處理小區(qū)稻谷產(chǎn)量進(jìn)行F測(cè)驗(yàn)，根據(jù)表5 中的F值分析，處理間的差異達(dá)極顯著水平，重復(fù)間的差異不顯著，說(shuō)明水稻施用添加草木灰、土壤調(diào)理劑、熟石灰、微生物菌劑、有機(jī)肥、配方肥、葉面硅鈦肥的處理產(chǎn)量增產(chǎn)均達(dá)極顯著水平。

表5 不同處理稻谷產(chǎn)量結(jié)果方差分析

2.2.2 不同處理稻谷產(chǎn)量多重比較分析 進(jìn)一步對(duì)產(chǎn)量結(jié)果進(jìn)行多重比較分析發(fā)現(xiàn)，處理⑥、⑦、③、⑨相對(duì)處理①、②差異極顯著，處理④相對(duì)處理②達(dá)到顯著水平，處理③相對(duì)處理⑨之間差異不顯著，處理⑨相對(duì)處理⑤、⑧、④之間差異不顯著（表6）。

表6 不同處理平均產(chǎn)量新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)

2.3 不同處理對(duì)土壤pH 的影響

根據(jù)表7 土壤理化性狀檢測(cè)結(jié)果可知，與試驗(yàn)前土壤pH 相比，僅處理④pH 提升0.3，其他處理pH均不同程度下降；與空白區(qū)pH 相比，所有處理土壤pH 均不同程度下降。與處理①相比，處理④、⑧、⑦的pH 分別提升1.2、0.2、0.1，處理③pH 無(wú)變化，處理②、⑨、⑤、⑥的pH 分別下降0.3、0.3、0.4、0.4。

2.4 不同處理對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的影響

根據(jù)表7 土壤理化性狀檢測(cè)結(jié)果可知，與試驗(yàn)前土壤有機(jī)質(zhì)相比，處理⑥、⑧、①土壤有機(jī)質(zhì)分別增加0.9、0.5、0.4 g/kg；其他處理的土壤有機(jī)質(zhì)均不同程度下降；與空白區(qū)相比，處理⑥、⑧、①、④土壤有機(jī)質(zhì)分別增加3.6、3.2、3.1、2.2 g/kg，其他處理的土壤有機(jī)質(zhì)均不同程度下降；與處理①相比，處理⑥、⑧土壤有機(jī)質(zhì)分別增加0.5、0.1 g/kg，其他處理的土壤有機(jī)質(zhì)均不同程度下降。

2.5 不同處理對(duì)土壤全鎘和有效態(tài)鎘的影響

根據(jù)表7 土壤理化性狀檢測(cè)結(jié)果可知，所有處理土壤鎘含量都超過(guò)風(fēng)險(xiǎn)管控值。與試驗(yàn)前相比，處理①、⑥、⑤、⑨、⑦、④、③土壤中全鎘含量分別下降0.16、0.12、0.08、0.08、0.06、0.03、0.01 mg/kg，處理②土壤全鎘含量增加0.03 mg/kg，處理⑧無(wú)變化；與空白區(qū)相比，處理⑦土壤有效鎘下降0.247 mg/kg，⑨、②、①、⑤、⑥、⑧、③、④土壤有效鎘分別增加0.359、0.357、0.324、0.317、0.284、0.260、0.250、0.191 mg/kg；與處理①相比，處理②、⑧、③、④、⑦、⑤、⑨、⑥土壤中全鎘含量分別增加0.19、0.16、0.15、0.13、0.10、0.08、0.08、0.04 mg/kg，處理⑦、④、③、⑧、⑥有效態(tài)鎘 分別下降0.551、0.113、0.054、0.044、0.020 mg/kg，其他處理的土壤有效態(tài)鎘均不同程度增加。

表7 收獲后重復(fù)2 不同處理小區(qū)土壤理化性狀

2.6 不同處理對(duì)稻谷鎘含量的影響

在每個(gè)處理小區(qū)收獲稻谷中取稻谷樣品1 kg 用于檢測(cè)稻谷重金屬含量，共取稻谷樣品28 個(gè)，送黑龍江省華測(cè)檢測(cè)技術(shù)有限公司檢測(cè)。由表8 及表9可知，所有處理的稻谷鎘含量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。與空白區(qū)（不施肥處理）相比，所有農(nóng)藝措施對(duì)稻谷鎘含量都有影響，鎘含量明顯降低；與處理①平均值相比，處理⑧、③、⑥、④稻谷中鎘含量平均值分別降低54.7%、49.9%、24.9%、9.7%，處理⑦、⑨、②、⑤稻谷中鎘含量平均值增加52.0%、45.6%、41.3%、26.8%。以處理⑧、處理③降鎘效果明顯，處理⑧比空白區(qū)（不施肥處理）降低0.153 mg/kg，降幅90.1%，比處理①（農(nóng)民習(xí)慣施肥）降低0.02 mg/kg，降幅54.7%，變異系數(shù)為64.7%；處理③比空白區(qū)（不施肥處理）降低0.151 3 mg/kg，降幅89.0%，比處理①（農(nóng)民習(xí)慣施肥）降低0.018 6 mg/kg，降幅49.9%，變異系數(shù)為43.5%。

3 小結(jié)與討論

在中度污染水稻田采用熟石灰、土壤調(diào)理劑、微生物菌劑、配方施肥、有機(jī)肥、草木灰等材料組合成的農(nóng)藝措施均能促進(jìn)水稻分蘗。效果從高到低依次為習(xí)慣施肥+微生物菌劑+有機(jī)肥>草木灰+有機(jī)肥+配方肥>習(xí)慣施肥+有機(jī)肥>熟石灰+有機(jī)肥+配方肥>配方施肥>習(xí)慣施肥+土壤調(diào)理劑>習(xí)慣施肥+熟石灰。

在中度污染水稻田采用葉面硅鈦肥、熟石灰、土壤調(diào)理劑、微生物菌劑、配方施肥、有機(jī)肥、草木灰等材料組合成的農(nóng)藝措施均能促進(jìn)水稻增產(chǎn)。增產(chǎn)效果從高到低依次為熟石灰+有機(jī)肥+配方肥>習(xí)慣施肥+微生物菌劑+有機(jī)肥>習(xí)慣施肥+熟石灰>習(xí)慣施肥+有機(jī)肥>配方施肥>草木灰+有機(jī)肥+配方肥>習(xí)慣施肥+土壤調(diào)理劑>習(xí)慣施肥+葉面硅鈦肥。

在中度污染水稻田采用土壤調(diào)理劑、草木灰、微生物菌劑等材料組合成的農(nóng)藝措施能提升土壤pH。提升效果從高到低依次為習(xí)慣施肥+土壤調(diào)理劑>草木灰+有機(jī)肥+配方肥>習(xí)慣施肥+微生物菌劑+有機(jī)肥。

在中度污染水稻田采用熟石灰、草木灰等農(nóng)藝措施能增加土壤有機(jī)質(zhì)。效果從高到低依次為熟石灰+有機(jī)肥+配方肥>草木灰+有機(jī)肥+配方肥。

在中度污染水稻田采用不同農(nóng)藝措施均能不同程度地鈍化土壤中重金屬鎘的活性，阻止根際活性鎘向稻谷的傳輸，降低稻谷中鎘的含量。降低土壤有效態(tài)鎘效果以添加微生物菌劑組合成的農(nóng)藝措施效果最好，即習(xí)慣施肥+微生物菌劑+有機(jī)肥。降低稻谷鎘含量效果以添加熟石灰、土壤調(diào)理劑、草木灰等材料組合成的農(nóng)藝措施效果最好，從高到低依次為草木灰+有機(jī)肥+配方肥>習(xí)慣施肥+熟石灰>熟石灰+有機(jī)肥+配方肥>習(xí)慣施肥+土壤調(diào)理劑。

綜上所述，采用以上不同農(nóng)藝措施，均能增加水稻產(chǎn)量，鈍化土壤中重金屬鎘的活性，阻止根際活性鎘向稻谷的傳輸，降低稻谷中鎘的含量。降低稻谷鎘含量效果以添加熟石灰、土壤調(diào)理劑、草木灰等材料組合成的農(nóng)藝措施效果最好，其中草木灰+有機(jī)肥+配方肥的農(nóng)藝措施既能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，增加水稻產(chǎn)量，又能改善耕地質(zhì)量，效果明顯。以上結(jié)果僅為1 年的田間試驗(yàn)效果，還有待于進(jìn)一步驗(yàn)證。