“VIP+n”技術(shù)對稻田土壤和稻谷降鎘效果的影響

藍(lán)勁松，陳栩生

（湖南省新寧縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 新寧 422700）

鎘是一種很重要的金屬元素，它在煉金、塑料、電子、重工業(yè)中都扮演著舉足輕重的角色[1-3]。但土壤中過多的鎘元素會干擾植物的正常生長，特別是對糧食作物的影響將嚴(yán)重威脅人類健康[4-5]。現(xiàn)階段我國優(yōu)質(zhì)耕地逐年減少，土壤污染問題日益加劇，鎘污染狀況也日漸突出，據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國受鎘、鉛、砷等重金屬污染的土地面積已近2 000 萬hm2，約占耕地總面積的1/5。因此，農(nóng)田鎘污染的修復(fù)已迫在眉睫[6-9]。

目前，對于土壤重金屬污染的修復(fù)，主要措施包括施用生石灰、長期的淹水管理、施用有機(jī)肥、土壤調(diào)理劑、深耕整地以及種植綠肥紫云英等[10-12]。近年來，“VIP+n”技術(shù)（V 指選種低鎘吸附水稻品種、I既為淹水灌溉，P 為調(diào)節(jié)土壤酸堿度，n 為噴施葉面阻控劑或向土壤施加土壤調(diào)理劑）在湖南地區(qū)應(yīng)用廣泛，降鎘效果顯著，且成本較低，對環(huán)境不會產(chǎn)生二次污染[13-15]。筆者以水稻為供試作物，采用“VIP+n”修復(fù)技術(shù)在新寧縣進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)，旨在探明該技術(shù)在新寧縣區(qū)域環(huán)境下的作用效果，為當(dāng)?shù)剞r(nóng)作物的安全高效生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)地位于湖南省邵陽市新寧縣金石鎮(zhèn)永安村1組，東經(jīng)110°52′48″，北緯26°28′12″，海拔高度300.9 m；成土母質(zhì)為河流沖積物，屬潴育水稻土，試驗(yàn)田塊集中連片，且肥力水平、污染程度一致，距主要交通干道100 m 以上。供試土壤的理化性質(zhì)：土壤pH值5.2，有機(jī)質(zhì)43.44 g/kg，速效鉀125.18 mg/kg，堿解氮185.46 mg/kg，有效磷21.49 mg/kg，有效態(tài)鎘含量0.395 mg/kg。

供試水稻品種分早稻和晚稻，早稻為湘早秈32號和株兩優(yōu)819（均為低隔品種），晚稻為湘晚秈13號（低隔品種）和五豐優(yōu)596（當(dāng)?shù)仄贩N）。

供試土壤鈍化劑為“楚戈”土壤鈍化劑（CaO ≥8.0%，SiO2≥6.0%，有機(jī)質(zhì)≥8.0%，pH 值7.0～10，湖南環(huán)保橋生態(tài)環(huán)境工程股份有限公司），生石灰（CaO ＞70%，鎘3 ≤mg /kg，湖南恒旺碳酸鈣有限公司）；供試有機(jī)肥（N+P2O5+K2O ≥5%，有機(jī)質(zhì)≥45%，pH 值6.5～7，As ≤14 mg/kg，Hg ≤1.8 mg/kg，Pb ≤45 mg/kg，Cd ≤2.5 mg/kg，Cr ≤150 mg/kg，湖南潤華農(nóng)業(yè)環(huán)?？萍及l(fā)展有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在2021 年同塊田進(jìn)行早稻和晚稻試驗(yàn)。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)10 個處理（T1～T10，具體見表1），每個處理3 次重復(fù)，每個小區(qū)面積30 m2，早稻移栽密度為13.3 cm×16.7 cm，晚稻移栽密度為16.7 cm×20.0 cm，早晚兩季在同一試驗(yàn)田進(jìn)行，并保持小區(qū)排列不變，即早稻人工收獲后，在不破壞主區(qū)田埂的前提下，采用人工和小型機(jī)械整地。小區(qū)間留走道和灌排水溝，小區(qū)間作埂，并用農(nóng)膜覆蓋，分小區(qū)單排單灌。播種和移栽參考當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)事季節(jié)，整個小區(qū)內(nèi)采用人工除草，不使用化學(xué)除草劑；病蟲害按當(dāng)?shù)夭∠x情報(bào)進(jìn)行防治，用足水量，不打高濃度藥劑，不施用過磷酸鈣，施肥量及其他栽培管理技術(shù)措施參考當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)。

表1 不同試驗(yàn)處理

早稻于3 月29 日播種，4 月15 日采取水育秧，4 月18—22 日試驗(yàn)小區(qū)翻田、作田埂，4 月22 日插秧，5 月1 日進(jìn)行人工除草，7 月18 日取樣收割；晚稻于6 月13 日播種，7 月20 日插秧，10 月18—20 日收割，收割完成后取樣。

有機(jī)肥整地時(shí)施入，施用量4 500 kg/hm2；移栽前5 d 施生石灰粉900 kg/hm2，均勻撒施后再耕耙均勻分散在田土中；移栽前3 d 一次性撒施3 000 kg/hm2鈍化劑；淹水灌溉為全程保護(hù)水層灌溉（期間按照《稻田鎘污染修復(fù)治理水稻田間水分管理技術(shù)規(guī)程》統(tǒng)一實(shí)施）[16-17]。

1.3 樣品采集及檢測

土壤樣品采用5 點(diǎn)法取樣，取0～20 cm 耕作層混合樣，自然風(fēng)干備用；稻谷樣品也采用5 點(diǎn)法與土樣“一對一”進(jìn)行采集，稻谷樣品采獲后，帶回實(shí)驗(yàn)室于105℃下殺青30 min，后用烘箱在70℃下烘干，研磨過40 目篩備用。土壤檢測指標(biāo)為土壤有效態(tài)鎘（按照GB/T 5009—2003 標(biāo)準(zhǔn)，用石墨爐原子吸收分光光度法檢測）、pH 值（便攜式pH 檢測儀JC-TY01 檢測）及有機(jī)質(zhì)含量（重鉻酸鉀滴定法測定），稻谷檢測指標(biāo)為全鎘含量（按照GB5009.15—2014 標(biāo)準(zhǔn)，用電感耦合等離子體質(zhì)法檢測）及產(chǎn)量（人工稱重法測定）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對早稻和晚稻土壤有效態(tài)鎘含量的影響

由表2 可知，早稻土壤有效態(tài)鎘含量方面，T3最高，為0.412 mg/kg，T6 最低，為0.388 mg/kg，各處理間無顯著性差異，表明各處理對降低早稻土壤有效態(tài)鎘含量效果不顯著。晚稻土壤有效態(tài)鎘含量方面，T2 最高，為0.381 mg/kg，T10 最低，為0.328 mg/kg；T6、T7、T8 和T10 處理的晚稻土壤有效態(tài)鎘含量顯著低于CK，表明淹水灌溉+生石灰+土壤鈍化劑處理對于降低晚稻土壤有效態(tài)鎘含量有一定的效果。

2.2 不同處理對早稻和晚稻谷總鎘含量的影響

由表2 可知，早稻稻谷總鎘含量方面，T3 最高，達(dá)0.365 mg/kg，T8 最 低，為0.182 mg/kg，T1、T2、T3 的稻谷總鎘含量顯著高于其他處理；晚稻稻谷總鎘含量方面，CK 最高，為0.279 mg/kg，T5 最低，為0.155 mg/kg，降幅達(dá)80.00%,顯著高于其余處理，與早稻的差異相似，T1、T2、T3 的稻谷總鎘含量顯著高于其他處理。這表明該研究采取的大部分措施均能在一定程度上降低稻谷的鎘含量。

2.3 不同處理對稻谷降鎘率的影響

由表2 可知，早稻稻谷降鎘率方面，T8 最高，為99.45%， 其 次 是T10， 為98.36%，T8 和T9 顯著高于其余處理；晚稻稻谷降鎘率中T5 最高，為80.00%，顯著高于其余處理，其次是T9，為74.38%，顯著高于T5、T7、T8 和T10 以外的所有處理。T3 處理的早晚谷降鎘率為負(fù)，表明單純的淹水灌溉對于降低稻谷鎘含量的效果不大，反而有可能增加早稻谷鎘含量。

2.4 不同處理對土壤pH 值和有機(jī)質(zhì)含量的影響

由表2 可知，土壤pH 值方面，不采用土壤降鎘控制技術(shù)的土壤pH 值為5.24，而采取了降鎘技術(shù)的處理中，以T2 的 pH 值最低，為4.94，T10 的最高，為6.27，且T4～T10 的土壤pH 值顯著高于T1、T2 和T3。而從土壤有機(jī)質(zhì)來看，各處理的初始土壤有機(jī)質(zhì)含量變幅不大，在38.24～51.34 g/kg 范圍內(nèi)；而采用降鎘控制技術(shù)后，早稻土壤有機(jī)質(zhì)含量呈增加趨勢，其中T9 提高幅度最大，為60.85%，T2 增加效果最低為7.39%；各處理晚稻成熟期土壤有機(jī)質(zhì)含量較早稻成熟期有所降低，但與初始值相比，T5、T7、T8、T9、T10 的晚稻成熟期土壤有機(jī)質(zhì)含量分別提高了11.58%、15.97%、16.00%、41.56%、11.72%。

表2 不同處理對早晚稻土壤及稻谷的影響

2.5 對照與VIP 處理產(chǎn)量及增產(chǎn)率的比較

由表3 可知，CK 早晚稻產(chǎn)量均低于T7、T8、T9 和T10 處理，其中早晚稻增產(chǎn)率最高的均為T10（VIP+A+B），增產(chǎn)率分別為7.92%和8.74%，其原因可能是有機(jī)肥的施用增加了土壤養(yǎng)分，改善了土壤環(huán)境，從而促進(jìn)了產(chǎn)量的提升，但相對成本也更高。

表3 不同處理產(chǎn)量及增產(chǎn)率的比較

3 結(jié)論與討論

土壤重金屬鎘污染導(dǎo)致土壤質(zhì)量及稻米品質(zhì)下降，影響了農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全及經(jīng)濟(jì)效益[18]。早稻施用生石灰可極顯著降低稻谷總鎘含量，晚稻生產(chǎn)中優(yōu)化水分管理，并施用土壤調(diào)理劑可極顯著降低稻谷總鎘含量[19]；“VIP+n”技術(shù)操作簡單、成本相對較低，降鎘效果明顯，具有較強(qiáng)的可復(fù)制性，可在鎘污染耕地推廣應(yīng)用[20]；而施用生石灰和土壤調(diào)理劑并不能顯著降低土壤中的鎘含量，但可有效降低稻米鎘含量[21]。

試驗(yàn)結(jié)果表明，各處理對早稻土壤有效態(tài)鎘含量影響較小，且對土壤鎘含量的降低作用不顯著，但采取淹水灌溉+生石灰+土壤鈍化劑的處理，對晚稻土壤有效態(tài)鎘含量的降低有著顯著的效果，若在此基礎(chǔ)上配施有機(jī)肥效果最佳。究其原因可能是因?yàn)樯姨岣吡送寥纏H 值，改善了土壤內(nèi)部環(huán)境；外源有機(jī)肥投入改善了土壤微生態(tài)，從而促進(jìn)有機(jī)質(zhì)與鎘絡(luò)合反應(yīng)，降低了土壤有效鎘含量；使用生石灰和土壤鈍化劑同樣因?yàn)榻档土送寥烙行B(tài)鎘，從而可有效降低早稻谷總鎘含量；淹水灌溉或施加有機(jī)肥對降低早稻谷鎘含量效果較佳；種植低鎘吸附水稻品種，采取淹水灌溉，2 項(xiàng)措施對晚稻稻谷總鎘含量降低基本無影響，施用生石灰則可有效降低晚稻稻谷總鎘含量。綜合來看，施用生石灰以及土壤鈍化劑可顯著降低晚稻土壤有效態(tài)鎘含量以及早晚稻稻谷總鎘含量，同時(shí)配施有機(jī)肥效果更佳。但不同污染程度土壤及不同成土母質(zhì)條件下，稻米對鎘的吸收也存在差異。因此，不同污染程度和成土母質(zhì)條件如何影響“VIP+n”模式的效果有待進(jìn)一步深入探討。

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用生石灰以及土壤鈍化劑可顯著降低晚稻土壤有效態(tài)鎘含量以及早晚稻稻谷總鎘含量，早稻稻谷降鎘效率最高可達(dá)98.36%，晚稻稻谷降鎘效率最高可達(dá)73.29%；同時(shí)，“VIP+n”技術(shù)有助于提高土壤pH 值，增加土壤中有機(jī)質(zhì)的含量，還能在一定程度的增加早晚稻產(chǎn)量，其中早稻的增產(chǎn)率最高可達(dá)7.92%，晚稻的增產(chǎn)率最高可達(dá)8.74%。