鈣鎂水滑石施用方式對(duì)雙季稻鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

田琴琴 卓 樂 王 罕 呂 宙 鐘坤權(quán) 吳小京喻 鵬 易鎮(zhèn)邪，*

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2郴州市農(nóng)作物種子儲(chǔ)備和技術(shù)推廣站，湖南 郴州 423000；3湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，土壤重金屬污染程度逐漸加劇，其中，全球每年有數(shù)萬(wàn)噸鎘（Cd）被釋放到環(huán)境中。Cd 具有高致癌性和高流動(dòng)性［1］，極易在農(nóng)作物中富集，給人體健康造成了極大風(fēng)險(xiǎn)。鎘并不是水稻（Oryza sativaL.）生長(zhǎng)所必需的元素，當(dāng)水稻體內(nèi)的鎘積累到一定量時(shí)會(huì)對(duì)其產(chǎn)生毒害作用［2］。當(dāng)前，我國(guó)耕地鎘污染問題較為嚴(yán)重，耕地Cd點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)7%，稻田土壤Cd含量在0.01～5.50 mg·kg-1之間［3］。

湖南省作為農(nóng)業(yè)大省，是重要的糧食產(chǎn)地，但其耕地平均鎘含量達(dá)到了0.73 mg·kg-1［4］，已成為作物生產(chǎn)尤其是糧食生產(chǎn)的重要限制因素。目前，我國(guó)已開展了大量鎘污染研究，并總結(jié)出了許多鎘污染治理方法與途徑［5-6］，如“品種+淹水灌溉+pH調(diào)理”（VIP）技術(shù)體系、田間撒石灰、噴施葉面阻控劑和施用土壤改良劑等。其中，土壤改良劑是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，土壤調(diào)理劑主要通過物理吸附、離子交換吸附、提高土壤中陽(yáng)離子交換量來固定土壤中的重金屬［7］。丁凌云等［8］發(fā)現(xiàn)，不同土壤調(diào)理劑處理對(duì)土壤有效鎘和水稻各器官鎘含量的降低效果表現(xiàn)為石灰+過磷酸鈣處理＞石灰+過磷酸鈣+有機(jī)質(zhì)＞單施石灰。曹勝等［9］研究發(fā)現(xiàn)，施用硅鈣鎂土壤調(diào)理劑2 250 kg·hm-2可使土壤有效Cd 和糙米Cd 含量分別降低40.43%、36.92%。為尋求有潛力的新型改良劑及合理施用方式，鈣鎂水滑石應(yīng)運(yùn)而生。鈣鎂水滑石是由氧化鈣、氧化鎂制成的高分子化合材料，其豐富的鈣、鎂等離子可增加土壤中交換態(tài)鈣、鎂含量，而Ca2+和Cd2+具有相似的化學(xué)性質(zhì)，離子半徑相差不大而產(chǎn)生離子拮抗，即Ca2+競(jìng)爭(zhēng)了Cd2+與根的結(jié)合位點(diǎn)［10］，從而降低了植物對(duì)鎘的吸收。為探究鈣鎂水滑石對(duì)水稻的降鎘效應(yīng)及其作用機(jī)制，同時(shí)明確其在重度鎘污染稻田的適宜施用方式，本研究設(shè)計(jì)了5種鈣鎂水滑石施用方式，在湖南郴州重度鎘污染稻田開展了為期2 年的雙季稻定位試驗(yàn)，以期為實(shí)現(xiàn)鎘污染稻田水稻安全生產(chǎn)提供理論與技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2021—2022 年在湖南省郴州市蘇仙區(qū)良田鎮(zhèn)進(jìn)行。試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)肥力如下：土壤pH 值為6.10，有 機(jī) 質(zhì)55.90 g·kg-1，全 氮1.95 g·kg-1，全 磷1.08 g·kg-1，全鉀13.40 g·kg-1，堿解氮189.00 mg·kg-1，速效磷56.50 mg·kg-1，速效鉀190.00 mg·kg-1，全鎘1.16 mg·kg-1，有效鎘0.35 mg·kg-1。

2021年早稻品種為湘早秈45號(hào)、陸兩優(yōu)996，晚稻品種為玉針香、創(chuàng)兩優(yōu)669，2022 年早稻品種為湘早秈45號(hào)和株兩優(yōu)4026，晚稻品種與2021年一致。水稻種子從隆平種業(yè)直營(yíng)店購(gòu)置，其中，湘早秈45 號(hào)和玉針香為常規(guī)稻，陸兩優(yōu)996、株兩優(yōu)4026、創(chuàng)兩優(yōu)669為雜交稻。

供試土壤調(diào)理劑為江蘇隆昌化工公司研制生產(chǎn)的鈣鎂水滑石（白色粉末狀），其化學(xué)性質(zhì)為pH 值10.5～12.5、水分含量≤10.0%、CaO≥28.0%、Ca≥18.0%、Hg≤5 mg·kg-1、As≤10 mg·kg-1、Pb≤50 mg·kg-1、Cd≤10 mg·kg-1、Cr≤50 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

早稻于每年3月20日播種，4月27日移栽，晚稻于每年6 月24 日播種，7 月20 日移栽，插秧密度均為16.7 cm×20 cm。雜交稻每穴2根苗，常規(guī)稻每穴3根苗。鈣鎂水滑石于插秧前一周施入土壤并翻耕混勻?；适?fù)合肥（N、P2O5、K2O 比例為15-15-15）600 kg·hm-2，分蘗盛期追施尿素（含氮46.4%）150 kg·hm-2。所有小區(qū)水分管理一致，單灌單排。分蘗期保持淺水層，分蘗末期曬田，孕穗期以后保持3～5 cm 水層，收獲期10 d 左右斷水。早、晚稻均于抽穗期噴施15 000 mL 5%阿維菌素防治鉆心蟲，在分蘗期和孕穗期噴施450 kg·hm-250%吡蚜酮防治稻飛虱，噴施2 250 mL 18%殺蟲雙防治稻縱卷葉螟。其他管理措施與一般大田相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤基礎(chǔ)地力指標(biāo)：早稻耕地施肥前，按照5 點(diǎn)取樣法取土樣，將土壤自然風(fēng)干磨碎過10目篩，按照《土壤農(nóng)化分析》［11］的方法測(cè)定土壤pH 值與有機(jī)質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量。

土壤有效鎘含量：于水稻成熟期，每小區(qū)按5 點(diǎn)取樣法取0～20 cm 土層土壤，自然風(fēng)干磨碎過10 目篩后測(cè)定土壤有效鎘含量。具體方法：以二乙基三胺五乙酸（diethylenetriaminepentaacetic acid， DTPA）為提取劑，稱取5.00 g 風(fēng)干土樣，置于150 mL 三角瓶中，保鮮膜封口，準(zhǔn)確加入25 mL DTPA 提取劑，（25±2）℃振蕩2 h，干過濾，最初5～6 mL 濾液棄去，再濾下的濾液用PinAAcle 900T 原子吸收分光光度計(jì)（美國(guó)PE 公司）測(cè)定有效態(tài)鎘含量［12］。

水稻植株鎘含量：于早、晚稻成熟期在各小區(qū)取水稻植株5 穴，分成根、莖、葉、穗4 部分，105 ℃殺青30 min，然后在80 ℃下烘干至恒重，測(cè)定干物重后將植株樣品粉碎備用。同時(shí)在實(shí)際產(chǎn)量測(cè)定樣品中，各小區(qū)留1 kg 曬干稻谷樣品，之后碾米獲得糙米。采用微波消解-原子吸收分光光度法［12］測(cè)定根、莖、葉、穗、糙米Cd 含量，并按以下公式計(jì)算水稻成熟期鎘積累量、鎘富集系數(shù)與鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)：

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2010 和Origin 2021 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和圖表繪制，采用SPSS 22.0軟件進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 鈣鎂水滑石對(duì)土壤有效鎘含量的影響

由圖1 可知，與CK 相比，2021 年早稻成熟期各鈣鎂水滑石處理土壤有效鎘含量下降2.50%～30.00%，降幅表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞T4＞T5，其中T1 降幅大于其他處理，T2 與T3 處理降幅差異不大但明顯大于T4 和T5處理，而T4 與T5 處理降幅相當(dāng)；晚稻成熟期土壤有效鎘含量在早稻的基礎(chǔ)上繼續(xù)下降，各鈣鎂水滑石處理較CK 下降7.69%～26.92%，處理間變化規(guī)律與早稻基本一致。2022年早稻成熟期土壤有效鎘含量整體較上一年有所下降，各鈣鎂水滑石處理較CK下降13.33%～63.33%，降幅表現(xiàn)為T3＞T1＞T2＞T4＞T5；晚稻成熟期有效鎘含量低于早稻季，各鈣鎂水滑石處理較CK 下降16.67%～66.67%，處理間變化規(guī)律與早稻基本一致。

圖1 各處理土壤有效鎘含量Fig.1 Available cadmium content in soil of each treatment

綜上所述，施用鈣鎂水滑石能有效降低土壤有效鎘含量，且隨施入時(shí)間的延長(zhǎng)，其作用效果越明顯；各鈣鎂水滑石施用方式處理較CK 的降幅差異明顯，2021與2022年分別以T1和T3處理降幅最大。

如圖7-圖9所示的是渦旋壓縮機(jī)3個(gè)小曲拐在主軸旋轉(zhuǎn)一周的工作狀況下，10個(gè)最大節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力值。由圖中看出，最大的應(yīng)力前7個(gè)節(jié)點(diǎn)是相同的，由此可知，渦旋壓縮機(jī)3個(gè)小曲拐的受力情況、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)基本相同，符合小曲拐平面四桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

2.2 鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻鎘吸收的影響

2.2.1 鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻成熟期各器官鎘含量的影響 由圖2 可知，2021 年早稻品種湘早秈45 號(hào)各鈣鎂水滑石處理根、莖、葉、穗鎘含量分別較CK 降低2.50%～18.21%、3.03%～31.82%、5.56%～27.78% 和8.33%～33.33%，各器官均以T1 處理降幅最大，T2、T3、T4 處理次之，T5 處理降幅最?。魂憙蓛?yōu)996 各鈣鎂水滑石處理根、莖、葉和穗鎘含量分別較CK 降低3.64%～20.45%、6.00%～30.00%、1.75%～36.84% 和14.29%～42.86%，均以T1處理降幅最大。晚稻品種玉針香各鈣鎂水滑石處理根、莖、葉、穗鎘含量分別較CK降低1.91%～13.74%、7.08%～40.09%、11.70%～47.87%和7.69%～38.46%，以T1 處理降幅最大，T2、T3、T4 處理次之，T5 處理略低于CK；創(chuàng)兩優(yōu)669 各鈣鎂水滑石處理根、莖、葉、穗鎘含量分別較CK 降低6.25%～25.33%、10.06%～36.87%、10.11%～49.44%和20.00%～53.33%，均以T1、T2處理降幅較大。

圖2 2021年各處理水稻成熟期各器官鎘含量Fig.2 Cadmium content in organs of riceat maturity in different treatments in 2021

由圖3 可知，2022 年早稻品種株兩優(yōu)4026 各鈣鎂水滑石處理根、莖、葉、穗鎘含量分別較CK降低10.60%～18.91%、26.02%～48.47%、13.10%～60.00%和9.68%～40.32%，以T3 處理降幅最大，其他依次為T1、T4、T2、T5 處理；湘早秈45 號(hào)各鈣鎂水滑石處理根、莖、葉、穗鎘含量分別較CK降低1.17%～31.47%、12.69%～45.52%、30.54%～65.52%和16.79%～51.91%，以T3 處理降鎘效果最顯著。晚稻品種玉針香各鈣鎂水滑石處理根、莖、葉、穗鎘含量分別較CK 降低4.38%～20.31%、5.59%～34.64%、8.86%～42.41%和9.33%～33.33%，其中T3、T4 處理降鎘效果最明顯（P＜0.05），T1、T2 處理次之，T5 處理效果最差；創(chuàng)兩優(yōu)669 各鈣鎂水滑石處理根、莖、葉、穗鎘含量分別較CK 降低10.78%～28.82%、12.54%～34.25%、13.38%～51.59%和12.82%～45.30%，以T3處理降鎘效果最好（P＜0.05）。

圖3 2022年各處理水稻成熟期各器官鎘含量Fig.3 Cadmium content in organs of rice at maturity in different treatments in 2022

綜合兩年結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用鈣鎂水滑石可降低水稻各器官鎘含量，各施用方式處理間差異明顯，2021 年水稻各器官鎘含量隨鈣鎂水滑石施用量的增加而下降，但T1和T2基本無(wú)顯著差異（玉針香除外），而2022年各處理鎘含量較CK的降幅表現(xiàn)為T3＞T4＞T1＞T2＞T5。

2.2.2 鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻糙米鎘含量的影響 由圖4 可知，與CK 相比，施用鈣鎂水滑石整體顯著降低了雙季稻糙米鎘含量，2021 年早稻品種陸兩優(yōu)996 糙米鎘含量降幅為20.00%～60.00%，其中T1 處理降幅最大，T2、T3 處理次之，T4、T5 處理降幅較??；湘早秈45 號(hào)糙米鎘含量降幅為11.11%～44.44%，其中T1、T2、T3 處理較CK 顯著降低（P＜0.05），但這3 個(gè)處理間無(wú)顯著差異，T4、T5 略低于CK。晚稻品種，創(chuàng)兩優(yōu)669糙米鎘含量降幅為13.33%～60.00%，其中T1、T2、T3處理較CK顯著降低（P＜0.05），但3個(gè)處理間無(wú)顯著差異。晚稻品種玉針香糙米鎘含量降幅為27.78%～50.00%，其中T1、T2、T3 處理降低顯著，T4、T5 糙米鎘含量略低于CK。2022 年，整體上看，4 個(gè)品種的糙米鎘含量高于2021 年，部分處理糙米鎘含量超過了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg·kg-1）。與CK相比，早稻品種湘早秈45號(hào)糙米鎘含量降幅為21.95%～65.85%，株兩優(yōu)4026 糙米鎘含量降幅為3.85%～53.85%，兩個(gè)品種均以T3 處理降幅最大，其次為T1、T4、T2、T5處理；晚稻品種玉針香糙米鎘含量降幅為39.40%～66.67%，創(chuàng)兩優(yōu)669 糙米鎘含量降幅為35.71%～57.14%，兩者均以T3 處理降幅最大，其次為T4、T1、T2、T5處理。

圖4 各處理糙米鎘含量Fig.4 Cadmium content of brown rice in different treatments

可見，施用鈣鎂水滑石能使雙季稻糙米鎘含量整體顯著降低，2021 與2022 年分別以T1 和T3 處理降幅最大，同時(shí)2022年T3顯著低于T1處理（P＜0.05），綜合兩年結(jié)果來看，以T3 處理（每年早稻基施鈣鎂水滑石1 500 kg·hm-2）最為適宜。

2.2.3 鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻成熟期鎘積累量的影響 由圖5 可知，2021 年各品種鈣鎂水滑石處理各器官鎘積累量均低于CK，湘早秈45 號(hào)根、莖、葉、穗鎘積累量分別較CK下降7.03%～18.97%、1.28%～20.18%、0.27%～22.26%和0.35%～20.34%，以T1 處理降幅最大，T2、T3、T4 處理次之，T5 降幅最??；陸兩優(yōu)996 根、莖、葉、穗鎘積累量分別較CK 下降16.08%～27.38%、3.79%～25.16%、0.35%～16.48% 和0.65%～19.78%，整體以T1 處理降幅最大，T2、T3、T4 處理次之，T5 降幅最?。挥襻樝愀?、莖、葉、穗鎘積累量分別較CK 下降7.49%～16.27%、14.23%～31.27%、11.97%～41.70%和3.39%～25.39%；與CK 相比，鈣鎂水滑石處理創(chuàng)兩優(yōu)669 根、莖、葉、穗鎘積累量降幅分別為3.80%～45.13%、10.32%～17.04%、3.62%～32.34%和0.38%～35.39%。

綜合早、晚稻來看，施用鈣鎂水滑石能降低各器官鎘積累量，且降幅隨施用量增加而下降，以T1 處理降低鎘積累量的效果最好（P＜0.05）；4 個(gè)品種的鎘積累量存在差異，表現(xiàn)為早稻低于晚稻，湘早秈45 號(hào)低于陸兩優(yōu)996，創(chuàng)兩優(yōu)669 低于玉針香，且差異主要來自莖鎘積累量。

由圖6 可知，2022 年各品種鈣鎂水滑石處理鎘積累量均低于CK，株兩優(yōu)4026 根、莖、葉、穗鎘積累量分別較CK 下降7.02%～6.50%、24.93%～44.71%、9.83%～51.08%和2.59%～32.25%，以T3 處理降幅最大，其次為T1、T2、T4、T5 處理；湘早秈45 號(hào)根、莖、葉、穗鎘積累量分別較CK 下降0.20%～27.16%、9.81%～40.08%、24.20%～53.67%和14.32%～50.87%，以T3、T4 處理降幅較大且兩處理間差異不顯著，T1、T2、T5 處理次之；晚稻品種鎘積累量明顯高于早稻，玉針香根、莖、葉、穗鎘積累量分別較CK 下降2.45%～5.36%、6.85%～32.28%、7.91%～37.02% 和6.85%～26.83%；創(chuàng)兩優(yōu)669 根、莖、葉、穗鎘積累量分別較CK 下降2.85%～14.29%、 5.01%～24.32%、 13.38%～35.07% 和12.38%～36.99%，以T3、T4 處理降幅較大且兩個(gè)處理間差異不顯著（P＞0.05），T1、T2、T5 處理次之?？梢?，鈣鎂水滑石能夠降低水稻各器官鎘積累量，2022 年以T3處理降低鎘積累量的效果最好（P＜0.05）。

圖6 2022年各處理水稻各器官鎘積累量Fig.6 Cadmium accumulation in rice organs under different treatments in 2022

2.2.4 鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻成熟期鎘富集系數(shù)的影響 由表1 可知，2021 年4 個(gè)品種鈣鎂水滑石處理各器官鎘富集系數(shù)均低于CK，但降幅存在部位和品種間差異。湘早秈45 號(hào)根、莖、葉、穗、糙米鎘富集系數(shù)降幅分別為2.42%～14.92%、1.72%～29.31%、6.25%～25.00%、9.09%～36.36%和0.00%～58.33%，陸兩優(yōu)996分 別 為3.59%～17.44%、5.68%～26.14%、12.00%～52.00%、15.38%～46.15%和10.00%～60.00%，玉針香分 別 為2.04%～10.61%、4.19%～36.13%、7.14%～44.08%、0.00%～33.33%和18.75%～50.00%，創(chuàng)兩優(yōu)669 分別為2.56%～19.78%、6.83%～31.68%、7.50%～46.25、7.69%～53.85%和7.69%～61.54%。綜上，湘早秈45號(hào)和創(chuàng)兩優(yōu)669鎘富集系數(shù)降幅規(guī)律均為穗＞葉＞莖＞根，陸兩優(yōu)996和玉針香則表現(xiàn)為葉＞穗＞莖＞根，且早、晚稻均以T1 處理降幅最大，T2、T3、T4 處理次之，T5處理降幅最小。

由表2 可知，2022 年4 個(gè)品種鈣鎂水滑石處理各器官鎘富集系數(shù)均低于CK，株兩優(yōu)4026 根、莖、葉、穗、糙米鎘富集系數(shù)降幅分別為10.06%～24.14%、25.51%～51.53%、13.10%～62.76%、11.29%～44.35%和3.85%～57.69%，陸兩優(yōu)996 分別為0.70%～35.90%、11.94%～49.25%、30.05%～67.98%、16.03%～55.73%和21.95%～68.29%，玉針香分別為6.36%～20.52%、7.73%～35.05%、10.53%～42.69%、12.35%～33.33% 和16.00%～32.00%，創(chuàng)兩優(yōu)669分別為12.96%～29.17%、14.16%～34.56%、15.38%～51.48%、14.96%～45.67%和9.09%～40.91%?？梢?，2022 年鈣鎂水滑石處理仍能不同程度降低雙季稻鎘富集系數(shù)，且早、晚稻均以T3 處理降幅最大，T1、T2、T3 處理次之，T5 處理降幅最小。

表2 2022年各處理水稻各器官鎘富集系數(shù)Table 2 Cd enrichment coefficient of rice organs under different treatments in 2022

2.3 鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻鎘轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

2.3.1 鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻鎘分配系數(shù)的影響 由圖7 可知，2021 年各品種鎘分配系數(shù)以莖最大，根次之，葉和穗的鎘分配系數(shù)相對(duì)較小。其中，湘早秈45號(hào)根鎘分配系數(shù)以T1 處理最高，莖以CK 和T5 處理較高，穗以CK 最高，T1 處理最低；陸兩優(yōu)996 根以T1 處理最大，CK 最小，莖、葉以CK 最高，T1 處理最低，穗以T1、T2 處理較低；晚稻品種玉針香根以CK 最低，T1 處理最高，莖和葉以CK 和T5處理較高，穗各處理間無(wú)明顯差異；創(chuàng)兩優(yōu)669 根以CK 和T5 處理較高，T1 處理最低，莖、葉變化規(guī)律與根相反，穗各處理間無(wú)明顯差異。

圖7 鈣鎂水滑石對(duì)2021年雙季稻鎘分配系數(shù)的影響Fig.7 Effect of calcium magnesium hydrotalcite on cadmium allocation coefficient of double cropping rice in 2022

由圖8 可知，2022 年湘早秈45 號(hào)根鎘分配系數(shù)以CK 最低，T3 最高，莖、葉以CK 最高；株兩優(yōu)4026 根以CK 最低，T3 最高，葉和穗鎘分配系數(shù)變化規(guī)律與根和莖相反，以CK 最高，T3 最低；玉針香根鎘分配系數(shù)以CK 最低，T3 最高，莖和葉以CK 最高，穗各處理間無(wú)明顯差異；創(chuàng)兩優(yōu)669根和莖以CK 最低，葉和穗以CK 最高，T3、T4處理較低。

圖8 鈣鎂水滑石對(duì)2022年雙季稻鎘分配系數(shù)的影響Fig.8 Effect of calcium magnesium hydrotalcite on cadmium allocation coefficient of double cropping rice in 2022

綜上所述，施用鈣鎂水滑石可使根鎘分配系數(shù)增大，而地上部鎘分配系數(shù)減小，即阻礙了鎘向地上部的分配，2021 和2022 年各處理間分別以T1 和T3 處理效果較明顯。T1 與T3 處理鈣鎂水滑石施用量相同（3 000 kg·hm-2），但施用方式不同，T1 為第1 年早稻基施，T3 為每年早稻基施1 500 kg·hm-2，可見，鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻鎘分配系數(shù)的影響因施用方式而異，且鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻鎘分配的影響存在時(shí)效性。

2.3.2 鈣鎂水滑石對(duì)雙季稻鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響 由表3 可知，2021 年，與CK 相比，兩個(gè)早稻品種根-莖、根-葉、根-穗鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)均因施用鈣鎂水滑石而降低，且一般均以T1 處理降幅最大，T2 處理次之，T1 與T2較CK整體顯著下降（P＜0.05），而T3、T4和T5較CK基本無(wú)顯著差異（P＞0.05）。兩個(gè)晚稻品種根-莖、根-葉、根-穗鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)也因施用鈣鎂水滑石而降低，降幅表現(xiàn)為T1＞T2＞T3＞T4＞T5，其中，玉針香5 個(gè)鈣鎂水滑石處理的根-莖、根-葉鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)均較CK 顯著下降，但根-穗鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)僅T1 較CK 顯著下降（P＜0.05），創(chuàng)兩優(yōu)669 除T5 的根-莖鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)外，其余均較CK 顯著下降（P＜0.05）。2022 年，與CK 相比，早稻兩個(gè)品種根-莖、根-葉、根-穗鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)一般因施用鈣鎂水滑石而顯著降低（株兩優(yōu)4026 T2和T5根-穗鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)除外），且均以T3處理降幅最大，T1處理次之，T4、T2 和T5 處理降幅較小。晚稻兩個(gè)品種表現(xiàn)基本一致，但T5 處理的鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)均較CK 無(wú)顯著差異（P＜0.05）。綜上，雙季稻鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)因施用鈣鎂水滑石而降低，且施用量越大降低效果越好，2021 和2022年分別以T1、T3處理降幅最大。

表3 各處理水稻鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)Table 3 Cadmium transfer coefficient of rice under different treatments

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，水稻對(duì)鎘的吸收積累隨土壤有效鎘含量的增加而增加［13-14］，要實(shí)現(xiàn)水稻降鎘，必須將土壤鎘移除或降低土壤鎘有效性。土壤調(diào)理劑可降低鎘生物有效性及其轉(zhuǎn)運(yùn)能力，從而實(shí)現(xiàn)鎘污染土壤修復(fù)。目前關(guān)于含鈣、鎂、硅等成分的土壤調(diào)理劑（石灰、過磷酸鈣、硅鈣鎂）的研究較多［15-18］，研究者認(rèn)為其可降低土壤重金屬的溶解度和活性［19-22］，同時(shí)，也有學(xué)者研究了土壤調(diào)理劑的適宜施用量［23］。鈣鎂水滑石是一種新型土壤調(diào)理劑，但其在鎘污染稻田的適宜施用量與施用方式研究尚屬空白，為明確鈣鎂水滑石的最佳施用方式，本試驗(yàn)研究了其施用方式對(duì)水稻鎘含量的影響，發(fā)現(xiàn)其對(duì)重度鎘污染稻田的水稻具有良好的降鎘效應(yīng)，其降鎘機(jī)制主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先，鈣鎂水滑石降低了土壤鎘有效性，且用量越大降幅越大。究其原因，應(yīng)是鈣鎂水滑石的Ca2+、Mg2+與OH+結(jié)合形成氫氧化物，增強(qiáng)了土壤對(duì)重金屬離子的“固定”作用［24］；有研究發(fā)現(xiàn)，CaO、MgO 能促使土壤中的Cd2+形成親和力明顯高于Cd2+的Cd（OH）+，使土壤Cd 吸附能力增強(qiáng)［25］。本試驗(yàn)中，鈣鎂水滑石可明顯降低土壤有效鎘含量，兩年分別降低7.69%～26.92% 和12.50%～50.00%，且其用量與土壤有效鎘含量呈正相關(guān)。第二，鈣鎂水滑石抑制鎘從根部向地上部的運(yùn)輸，減少了稻米鎘積累。前人研究認(rèn)為，新型交聯(lián)改性甲殼素可抑制鎘向水稻地上部的遷移［26］，土壤調(diào)理劑能使鎘更多地富集在水稻的不可食部位［27］，從而顯著降低了糙米鎘含量。鈣鎂水滑石施入土壤后，土壤Ca2+、Mg2+含量增加，競(jìng)爭(zhēng)了Cd2+與根的結(jié)合位點(diǎn)，導(dǎo)致鎘活性和遷移性降低［28-30］。任科羽等［31］發(fā)現(xiàn)，土壤調(diào)理劑可降低鎘向籽粒的遷移和富集。本研究中，施用鈣鎂水滑石后，雙季稻各器官鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)較CK 整體顯著下降，根和莖鎘分配系數(shù)增加，而穗鎘分配系數(shù)明顯下降，證明鈣鎂水滑石的確可降低土壤鎘活性和遷移性。可見，鈣鎂水滑石的降鎘機(jī)制主要表現(xiàn)為降低土壤鎘有效性，減少水稻對(duì)鎘的富集，同時(shí)阻礙鎘從根向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)。

前人研究認(rèn)為，土壤調(diào)理劑施用量越多，降鎘效果越好［32］。本研究發(fā)現(xiàn)不同處理的降鎘效應(yīng)具有明顯差異，土壤有效鎘含量?jī)赡攴謩e降低7.69%～26.92%和12.50%～50.00%，兩年分別以T1和T3降幅最大；水稻糙米鎘含量、鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)、富集系數(shù)和鎘積累量2021 和2022 年分別以T1 和T3 降幅最大；鈣鎂水滑石可增大根鎘分配系數(shù)，降低地上部鎘分配系數(shù)，兩年分別以T1 和T3 效果最好。證實(shí)鈣鎂水滑石的降鎘效果受到施用量與施用方式的影響。

本研究中，T1與T3處理的鈣鎂水滑石施用總量一致，但T1 為2021 年早稻季基施3 000 kg·hm-2，而T3 為每年早稻各基施1 500 kg·hm-2。比較2 個(gè)處理對(duì)水稻鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)影響的差異發(fā)現(xiàn)，2021 年陸兩優(yōu)996 和玉針香糙米鎘含量降低效果表現(xiàn)為T1處理好于T3處理，而其他兩個(gè)品種兩個(gè)處理間無(wú)顯著差異（P＞0.05），2022 年4 個(gè)品種的糙米鎘含量均表現(xiàn)為T3 顯著低于T1 處理。可見，一次性施用鈣鎂水滑石降鎘效果略低于每年早稻基施，但一次性施用投資較大，因此，綜合考慮成本和降鎘效果，本研究認(rèn)為每年早稻基施鈣鎂水滑石1 500 kg·hm-2為最佳處理。

前人研究表明，水稻對(duì)鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)存在品種間差異［14，33-35］。本研究也有相同發(fā)現(xiàn)，主要表現(xiàn)在各器官鎘積累量、糙米鎘含量等方面。2021 年，與CK 相比，T1處理糙米鎘含量降幅表現(xiàn)為陸兩優(yōu)996＞湘早秈45 號(hào)，創(chuàng)兩優(yōu)669＞玉針香；2022 年，T3 處理糙米鎘含量降幅表現(xiàn)為湘早秈45號(hào)＞株兩優(yōu)4026，玉針香＞創(chuàng)兩優(yōu)669。在鎘積累量上，相同用量的鈣鎂水滑石處理下，2021 年表現(xiàn)為陸兩優(yōu)996＞湘早秈45 號(hào)，創(chuàng)兩優(yōu)669＞玉針香，2022 年株兩優(yōu)4026 略高于湘早秈45 號(hào)，晚稻與2021年一致，可見，雜交稻（陸兩優(yōu)996、株兩優(yōu)4026 和創(chuàng)兩優(yōu)669）對(duì)鎘的吸收積累高于常規(guī)稻（湘早秈45 號(hào)和玉針香），可能與雜交稻的干物質(zhì)積累優(yōu)勢(shì)有關(guān)。

本研究施用的鈣鎂水滑石為高分子化合材料，CaO≥28.0%，Ca≥18.0%，有害金屬物質(zhì)含量均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但本研究?jī)H為2年定位試驗(yàn)，在長(zhǎng)期施用下是否有田間環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)及其持續(xù)效應(yīng)如何有待進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，還應(yīng)結(jié)合低鎘水稻品種、葉面阻控劑、灌溉模式以及土壤鎘含量等因素開展綜合研究，以期獲得更加綠色環(huán)保和經(jīng)濟(jì)高效的技術(shù)組合措施。

4 結(jié)論

在湖南省郴州市開展的兩年定位試驗(yàn)表明，鈣鎂水滑石可整體明顯降低試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)重度鎘污染稻田土壤有效鎘含量，能夠降低雙季稻糙米鎘含量和植株各器官鎘含量，降低鎘在植株體內(nèi)的富集和轉(zhuǎn)運(yùn)，且隨施用量增加效果越明顯。綜合考慮各處理的作用效果、處理間鎘含量差異顯著性及鈣鎂水滑石一次性投入成本，本試驗(yàn)條件下，湖南省郴州市重度鎘污染稻田以連續(xù)兩年每年早稻基施鈣鎂水滑石1 500 kg·hm-2較為適宜。