強(qiáng)酸性輕度鎘污染稻田安全利用技術(shù)模式探究
——以浙江省永康市鎘污染試驗(yàn)區(qū)為例

陳思民，盧新哲，黃春雷，施加春*，徐建明

（1.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院土水資源與環(huán)境研究所，浙江 杭州 310058；2.浙江省地質(zhì)調(diào)查院，浙江 杭州 311203）

水稻是我國(guó)最主要的糧食作物之一，其總消費(fèi)量的80%以上為食用消費(fèi)[1]，因此，水稻籽粒的食用安全問題尤為重要。近些年，大米鎘（Cd）含量超標(biāo)事件屢見不鮮，給水稻的安全生產(chǎn)及消費(fèi)者的身體健康帶來較大威脅。我國(guó)南方一些污染地區(qū)的大米樣品含Cd量為0.33～0.69 mg/kg，56%～87%的調(diào)查樣品超過中國(guó)食品安全限值0.2 mg/kg（GB 2762—2022《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》）[2]。長(zhǎng)期接觸低劑量Cd 會(huì)導(dǎo)致人腎小管損傷、尿鈣流失、骨質(zhì)快速脫礦，甚至出現(xiàn)骨質(zhì)疏松癥等，且Cd能夠被有效地保留在人的腎臟中，生物半衰期為10～30 年，導(dǎo)致身體負(fù)荷隨著年齡的增長(zhǎng)而累積增加，因此，即使是低水平Cd的慢性暴露也可能帶來嚴(yán)重的健康威脅[3-4]。此外，有研究表明，Cd 對(duì)健康的不利影響與一般人群的Cd 暴露水平之間沒有安全邊際[5]，即目前一般人群的Cd 暴露水平已對(duì)健康有害，因此，盡可能減少大米中的Cd含量是降低人體健康風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。

我國(guó)土壤Cd 污染點(diǎn)位超標(biāo)率高達(dá)7.0%，主要以輕中度污染的安全利用類為主[6]。針對(duì)稻田輕中度污染特征及其需要滿足糧食生產(chǎn)的功能要求，“邊生產(chǎn)、邊治理、邊修復(fù)”的安全利用方式[7]更適合我國(guó)稻田污染治理的國(guó)情?，F(xiàn)有的安全利用措施主要包括種植Cd 低累積水稻品種、土壤Cd 的原位鈍化、田間水分管理、葉面阻控等。其中土壤Cd 的原位鈍化與Cd低累積水稻品種的種植因操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定高效而得到廣泛應(yīng)用。基于前人的報(bào)道，YU等[8]提出了污染安全品種的概念，為Cd低累積水稻品種篩選提供了理論支撐。KUNENE等[9]利用X射線吸收近邊結(jié)構(gòu)（X-ray absorption near edge structure,XANES）和擴(kuò)展X 射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)（extended Xray absorption fine structure, EXAFS）技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，在Cd 污染稻田土壤及水稻植株中，Cd 主要以Cd（Ⅱ）—O的形式存在，進(jìn)一步說明通過原位鈍化技術(shù)將Cd 轉(zhuǎn)化為生物可利用性低的形態(tài)是一種可行的方案。鈍化材料主要包括有機(jī)材料（生物質(zhì)炭、堆肥、農(nóng)作物秸稈和動(dòng)物糞便等）、無機(jī)材料（石灰、磷酸鹽、海泡石、坡縷石和膨潤(rùn)土等）及多種材料組合的復(fù)合材料[10-12]，其鈍化效果因不同的土壤類型、材料類型、施用量等而有所差異，因此，基于原位土壤的鈍化材料篩選工作很有必要。

本團(tuán)隊(duì)在浙江省溫嶺市弱酸性輕中度Cd 污染土壤（pH值為5.57，總Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.69 mg/kg）上進(jìn)行了長(zhǎng)期Cd 低累積水稻品種篩選和土壤鈍化材料施用效果試驗(yàn)，結(jié)果表明，水稻品種‘秀水519’‘秀水121’‘嘉67’等的籽粒Cd含量低[13]（部分結(jié)果未發(fā)表），石灰、生物質(zhì)炭、土壤調(diào)理劑、有機(jī)肥等均具有良好的降Cd效果[14]。在本研究中，浙江省永康市低Cd累積水稻品種篩選試驗(yàn)是在沿用了自2016年起于浙江省溫嶺市田間試驗(yàn)區(qū)進(jìn)行的長(zhǎng)期品種篩選試驗(yàn)中篩選出的低Cd累積且穩(wěn)定的品種，并結(jié)合永康市當(dāng)?shù)刂魍魄以凇墩憬∞r(nóng)業(yè)農(nóng)村廳關(guān)于推介發(fā)布2020年農(nóng)業(yè)主導(dǎo)品種和主推技術(shù)的通知》清單內(nèi)品種的基礎(chǔ)上開展的，以篩選低Cd累積能力強(qiáng)且適合當(dāng)?shù)厣L(zhǎng)的品種。在溫嶺市長(zhǎng)期試驗(yàn)研究結(jié)果中降Cd效果較好且穩(wěn)定的鈍化劑也同樣被應(yīng)用于永康市鈍化材料篩選試驗(yàn)中，并結(jié)合已有研究中鈍化效果較好的鈍化材料，如鐵基生物質(zhì)炭[15]、海泡石[16]等。

根據(jù)永康市第1年低Cd累積水稻品種篩選試驗(yàn)結(jié)果，篩選出的部分優(yōu)良品種已實(shí)現(xiàn)在Cd污染稻田的安全利用，但強(qiáng)酸性土壤中Cd的生物可利用性高仍是一大隱患，且我國(guó)中亞熱帶稻田從1980 年到2014 年土壤pH 值以每年平均0.031 的速度加速酸化[17]，因此，對(duì)于永康市Cd污染情況較重的土壤，需要將鈍化材料與Cd低累積品種組合，在提高土壤pH值的同時(shí)，進(jìn)一步探索降Cd 效果更好的方案。然而，在原溫嶺市試驗(yàn)區(qū)篩選出的優(yōu)異品種和鈍化材料在永康市強(qiáng)酸性土壤中能否延續(xù)其優(yōu)良的降Cd性能，以及在永康市試驗(yàn)區(qū)第1年篩選出的優(yōu)異品種與鈍化材料的組合能否達(dá)到更好的降Cd效果，仍有待進(jìn)一步驗(yàn)證。但目前在田間進(jìn)行不同土壤類型、不同土壤酸度的低Cd 累積品種與鈍化材料的推廣驗(yàn)證性研究及其組合最優(yōu)化的研究較少。本研究擬通過2年的低Cd累積品種與鈍化材料的篩選及組合田間試驗(yàn)，探索適宜強(qiáng)酸性輕度Cd污染土壤的水稻籽粒降Cd方案，以期為類似重金屬污染稻田的安全利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

浙江省永康市芝英鎮(zhèn)郭山村Cd 污染試驗(yàn)示范區(qū)位于28.946° N，120.126° E，受永康市小五金制造等工業(yè)的影響，其稻田土壤呈現(xiàn)強(qiáng)酸性且受到輕度Cd 污染。試驗(yàn)區(qū)盡管地表水含Cd 量較低，平均僅為（0.38±0.54） μg/L，但附近河道底泥Cd 污染較為嚴(yán)重，平均含Cd量高達(dá)（6.62±11.69） mg/kg，說明歷史上長(zhǎng)期工業(yè)污染導(dǎo)致的底泥Cd 污染較為突出。同時(shí)，由于長(zhǎng)期農(nóng)業(yè)灌溉對(duì)底泥擾動(dòng)而將污染物帶入農(nóng)田，造成了農(nóng)田土壤重金屬污染。試驗(yàn)區(qū)土壤類型為培泥砂土，含有機(jī)質(zhì)（26.59±0.31） g/kg、總氮（1.51±0.25） g/kg、有效磷（5.39±0.30） mg/kg、速效鉀（140.88±17.52） mg/kg，pH 值為4.73±0.17，總Cd 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（0.32±0.05） mg/kg，有效態(tài)Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)為（0.19±0.04） mg/kg。

1.2 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2020年Cd低累積品種篩選試驗(yàn)：采用‘甬優(yōu)15’（YY15）、‘中嘉8 號(hào)’（ZJ8H）、‘秀水121’（XS121）、‘中浙優(yōu)1 號(hào)’（ZZY1H）、‘嘉67’（J67）、‘秀水519’（XS519）、‘秀水134’（XS134）、‘浙粳99’（ZJ99）、‘浙糯106’（ZN106）9個(gè)品種開展隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，每個(gè)品種設(shè)3個(gè)重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積20 m2。

2020年原位鈍化材料篩選試驗(yàn)：設(shè)置對(duì)照（CK，不施鈍化材料）、石灰（L，1 800 kg/hm2）、海泡石（Sep，1 000 kg/hm2）、鈣鎂磷肥（CaMgP，1 200 kg/hm2）、鐵基生物質(zhì)炭（FeC，1 800 kg/hm2）、土壤調(diào)理劑（SC，2 400 kg/hm2）、有機(jī)肥（OF，3 600 kg/hm2）、豬糞生物質(zhì)炭（PBC，2 000 kg/hm2）共8 個(gè)處理的隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)。其中鈍化材料施用量的設(shè)置參考產(chǎn)品推薦用量和前期研究結(jié)果。每個(gè)處理設(shè)置4 個(gè)重復(fù)，共計(jì)32 個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積25 m2。種植的水稻品種為中熟單季常規(guī)粳稻‘中嘉8號(hào)’（ZJ8H）。

2021 年鈍化材料與Cd 低累積品種組合試驗(yàn)：田間小區(qū)試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列設(shè)計(jì)，小區(qū)設(shè)置為4 m×5 m（寬×長(zhǎng)），每種鈍化材料設(shè)置3個(gè)用量，分別為750、1 500、2 250 kg/hm2。試驗(yàn)共計(jì)7 種處理，分別為對(duì)照（CK，不施鈍化材料）、鐵基生物質(zhì)炭（FeC1，F(xiàn)eC2，F(xiàn)eC3）、土壤調(diào)理劑（SC1，SC2，SC3），每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)。同時(shí)，對(duì)每個(gè)鈍化材料篩選試驗(yàn)小區(qū)進(jìn)行裂區(qū)處理，分別種植水稻品種‘浙糯106’（ZN106）與‘秀水519’（XS519）。

所有試驗(yàn)小區(qū)間均用田埂分隔，保證相對(duì)獨(dú)立。鈍化材料均在水稻種植前以人工方式一次性均勻撒入田間小區(qū)表層土壤，隨后對(duì)0～15 cm土層進(jìn)行翻耕，以保證鈍化材料與土壤混合均勻，在水稻生長(zhǎng)周期內(nèi)不再額外追施。水分管理均采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)灌溉方式。試驗(yàn)所用鈍化材料的pH值和Cd含量如表1所示。

表1 鈍化材料的pH值和Cd含量Table 1 pH values and Cd contents of passivators

1.3 樣品采集與分析

土壤樣品采用五點(diǎn)混合采樣法，分別于試驗(yàn)前及水稻分蘗期、灌漿期、成熟期采集各小區(qū)0～15 cm表層土壤，轉(zhuǎn)移至實(shí)驗(yàn)室后，待土壤樣品自然風(fēng)干，剔除其中的石塊與植物根系后進(jìn)行研磨，將通過10 目與100 目尼龍篩的土壤分別進(jìn)行保存，備用。

水稻籽粒樣品同樣采用五點(diǎn)混合采樣法，于水稻成熟期采集各試驗(yàn)小區(qū)稻谷，脫去谷殼后研磨并保存，備用。

土壤pH值參照HJ 962—2018《土壤pH值的測(cè)定 電位法》，使用FiveEasy Plus FE28 pH 計(jì)（美國(guó)Mettler-Toledo 公司）測(cè)定；土壤有機(jī)質(zhì)和有效磷含量均使用EPOCH2酶標(biāo)儀（美國(guó)BioTek公司）測(cè)定，前者采用低溫外熱重鉻酸鉀氧化-比色法，后者采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗分光光度法；土壤全氮含量使用Vario EL Cube 元素分析儀（德國(guó)Elementar公司）測(cè)定；土壤速效鉀含量采用乙酸銨浸提-火焰光度法，使用novAA300火焰原子吸收光譜儀（德國(guó)Analytik Jena公司）測(cè)定。

使用PT-60 石墨消解儀（北京普立泰科儀器有限公司）對(duì)土壤和水稻籽粒進(jìn)行消解，然后使用NexIon300X液相-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國(guó)PerkinElmer 公司）對(duì)土壤和籽粒總Cd 含量進(jìn)行測(cè)定，其中，土壤總Cd 含量使用標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW07430（GSS-16）進(jìn)行質(zhì)量控制，水稻籽?？侰d 含量使用標(biāo)準(zhǔn)樣品GBW10010（GSB-1）進(jìn)行質(zhì)量控制。土壤有效態(tài)Cd 含量采用0.1 mol/L 氯化鈣浸提-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定。

籽粒Cd 富集系數(shù)（bioconcentration factors,BCFs）=籽粒Cd含量/試驗(yàn)前土壤總Cd含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2016 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，采用R 4.1.2軟件作圖，并使用SPSS 20.0軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行皮爾遜相關(guān)性分析和基于鄧肯法的差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 Cd 低累積品種篩選試驗(yàn)結(jié)果與分析

如圖1所示：在本試驗(yàn)中，共有4個(gè)水稻品種的所有籽粒含Cd 量均未超過0.2 mg/kg 的限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2022），其含量從低到高分別為ZN106、ZZY1H、XS519、ZJ8H，其中ZN106、ZZY1H、XS519、ZJ8H 與Cd 含量最高的ZJ99 間均存在顯著差異（P＜0.05）。此外，ZN106、XS519、ZZY1H 的Cd 富集系數(shù)（BCFs）較低，分別為0.035、0.090、0.135，均達(dá)到LI等[18]提出的超低累積水稻品種標(biāo)準(zhǔn)（BCFs≤0.14），XS134、ZJ8H、J67的BCFs分別為0.153、0.156、0.161，達(dá)到低累積水稻品種標(biāo)準(zhǔn)（0.14＜BCFs≤0.22）。綜上所述，ZN106、XS519、ZZY1H、ZJ8H 具備低Cd累積能力，可以作為低Cd累積品種使用。

圖1 不同品種水稻籽粒中Cd含量與富集系數(shù)Fig.1 Cd contents and its bioconcentration factors (BCFs) in grains of different rice cultivars

2.2 原位鈍化材料篩選試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 鈍化材料對(duì)土壤pH 值和有效態(tài)Cd 含量的影響

如圖2所示：不同處理間試驗(yàn)前的pH值、有效態(tài)Cd含量無顯著差異。然而，在水稻成熟期，CK處理的土壤pH值與試驗(yàn)前相比下降了0.19，L處理使土壤pH值上升了0.09，與CK存在顯著差異（P＜0.05），其余處理與CK相比均對(duì)pH值的下降有不同程度的緩解作用（除了OF處理）。不同處理間的有效態(tài)Cd含量雖與同時(shí)期CK相比無顯著差異，但L處理的有效態(tài)Cd含量相較于試驗(yàn)前降低了0.05 mg/kg，鈍化率為14.8%；FeC、CaMgP 處理的有效態(tài)Cd 含量與試驗(yàn)前相比均降低了0.02 mg/kg，鈍化率分別為7.1%和6.9%；SC處理的有效態(tài)Cd含量在試驗(yàn)前后變化不大。綜上所述，L處理在提高土壤pH值方面效果顯著，且L、FeC 和CaMgP 處理對(duì)土壤有效態(tài)Cd的鈍化率較高。該結(jié)果基本符合前人的研究，即不同鈍化材料在Cd 污染農(nóng)田土壤的鈍化效果表現(xiàn)為石灰類＞含磷材料＞生物質(zhì)炭≈金屬氧化物＞黏土礦物＞其他有機(jī)物[11]。

圖2 不同處理下試驗(yàn)前與水稻成熟期土壤pH值和有效態(tài)Cd含量Fig.2 Soil pH values and available Cd contents before the test and at the mature stage of rice under different treatments

2.2.2 鈍化材料對(duì)籽粒Cd含量與富集系數(shù)的影響

在考慮鈍化材料對(duì)土壤影響的同時(shí)，其最終能否達(dá)到降低水稻籽粒Cd 含量的作用亦不容忽視。有研究表明，種植環(huán)境變化對(duì)水稻籽粒Cd含量的變異貢獻(xiàn)率為58.67%，占主導(dǎo)地位[19]。而不同的田間小區(qū)土壤間存在一定的空間異質(zhì)性，如土壤pH值、總Cd 含量、有效態(tài)Cd 含量等。因此，在關(guān)注籽粒Cd 含量以保證食品安全的同時(shí)，籽粒Cd 富集系數(shù)也被用于比較鈍化材料對(duì)水稻籽粒降Cd 效果的指標(biāo)。由于供試品種ZJ8H 的籽粒Cd 累積能力較弱，因此，在圖3所示的結(jié)果中，所有處理的籽粒含Cd量均未超過0.2 mg/kg 的限量標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2022），且施用不同鈍化材料的籽粒Cd 含量無顯著差異。從不同鈍化材料處理的籽粒Cd 含量和富集系數(shù)的下降幅度來看，除PBC 處理外，其余施用鈍化材料處理的籽粒Cd 含量相較于CK 處理均有不同程度下降，其中FeC 和SC 處理下降幅度較大，分別降低了32.2%和29.0%。此外，F(xiàn)eC、SC、CaMgP 和L 處理的籽粒Cd富集系數(shù)相較于CK處理均有所降低，降幅分別為33.9%、18.5%、18.1%和17.6%。HE等[20]和ZHANG 等[21]的研究表明，鐵改性生物質(zhì)炭具有更大的比表面積、更多的官能團(tuán)和更強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，且鐵（Fe）元素的添加能有效提高水稻根表鐵膜的含量，抑制Cd 從土壤向水稻地上部的轉(zhuǎn)移。SC處理在通過氧化鈣提高土壤pH 值的同時(shí)，又為水稻的生長(zhǎng)提供硅（Si）元素，以半纖維素形式結(jié)合的Si 能夠在細(xì)胞壁中與Cd 絡(luò)合、共沉淀，從而抑制水稻細(xì)胞對(duì)Cd 的吸收[22-23]。CaMgP 處理通過增加土壤中的鈣（Ca）、鎂（Mg）、磷（P）含量改變了土壤理化特征和微生物群落結(jié)構(gòu)，促進(jìn)了硝酸鹽還原成銨以及Fe 氧化成Fe（Ⅲ），而硝態(tài)氮向銨態(tài)氮的轉(zhuǎn)變能減少水稻對(duì)Cd 的吸收，F(xiàn)e（Ⅲ）的礦化可以吸附和共沉淀Cd，從而降低土壤Cd 的生物有效性[24-25]。綜合籽粒Cd含量與富集系數(shù)來看，F(xiàn)eC處理對(duì)水稻籽粒的降Cd效果較好，其次為SC和CaMgP處理。

圖3 不同處理下ZJ8H水稻籽粒中Cd含量與富集系數(shù)Fig.3 Cd contents and its BCFs in ZJ8H rice grains under different treatments

2.2.3 鈍化材料經(jīng)濟(jì)性分析

本研究所用鈍化材料的單價(jià)與施用成本如表2所示。結(jié)合鈍化材料篩選結(jié)果，L 鈍化材料對(duì)提高土壤pH值、降低土壤有效態(tài)Cd含量和水稻籽粒Cd富集系數(shù)的效果較好，但施用成本最高。對(duì)籽粒降Cd 效果較好的FeC、SC、CaMgP 在對(duì)應(yīng)施用量下的施用成本適中，可推薦作為永康市強(qiáng)酸性Cd污染稻田土壤的鈍化材料。

表2 鈍化材料的單價(jià)與施用成本Table 2 Unit price and application cost of passivators

2.3 鈍化材料與Cd 低累積品種組合試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.3.1 不同鈍化材料與Cd 低累積品種組合對(duì)土壤pH 值和有效態(tài)Cd 含量的影響

如表3 所示：CK 處理的pH 值在不同時(shí)期呈現(xiàn)先下降后升高的趨勢(shì)，其中從水稻分蘗期到灌漿期變化較小，到成熟期則大幅升高，相較于試驗(yàn)前上升了0.27。由于FeC 和SC 這2 種鈍化材料的堿性較強(qiáng)，因此在施用后使土壤pH值在短期內(nèi)大幅上升，總體呈現(xiàn)先升高后下降再升高的趨勢(shì)。在水稻分蘗期和灌漿期，最高劑量的FeC3和SC3處理使土壤pH值明顯上升，其中，SC3和FeC3處理使灌漿期的土壤pH 值相較于試驗(yàn)前分別上升了0.36 和0.26。在成熟期，僅有SC3處理的pH 值和CK 相比存在顯著差異（P＜0.05）。此外，施用低劑量和中劑量的鈍化材料對(duì)土壤pH值的影響無明顯差異，這可能是因?yàn)檩^低的施用劑量更容易受到大田復(fù)雜環(huán)境的影響，使得鈍化效果被其他影響因素所掩蓋。在本試驗(yàn)中，SC處理對(duì)酸性土壤的改良效果明顯優(yōu)于FeC。

表3 不同處理下不同時(shí)期土壤pH值Table 3 Soil pH values in diverse stages under different treatments

不同時(shí)期土壤有效態(tài)Cd 含量的變化如表4 所示。由于分蘗期田間水層自然落干，使得土壤環(huán)境中的氧化還原電位（Eh）升高，pH 值降低，溶解的Cd 含量增加[26]，再加上此時(shí)期水稻根系會(huì)分泌大量有機(jī)酸[27]，進(jìn)一步降低了土壤pH 值，導(dǎo)致CK 處理的土壤有效態(tài)Cd 含量呈現(xiàn)先大幅上升后下降的趨勢(shì)，于水稻分蘗期上升了48.8%，而在成熟期相較于試驗(yàn)前降低了6.8%。施用鈍化材料后，分蘗期的土壤有效態(tài)Cd 含量與CK 相比均存在顯著差異（P＜0.05）。本研究結(jié)果表明，施用FeC 和SC 這2 種鈍化材料均顯著抑制了分蘗期土壤有效態(tài)Cd含量的升高幅度，且總體上劑量越高作用越明顯，與LU 等[28]研究發(fā)現(xiàn)土壤pH 值和有效態(tài)Cd 含量呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)的結(jié)果并不一致，這可能和不同土壤的質(zhì)地、有機(jī)質(zhì)含量差異以及受到大田復(fù)雜的土壤環(huán)境變化等因素有關(guān)。然而，在分蘗期的差異于灌漿期被抵消，且在成熟期，僅有FeC3處理的有效態(tài)Cd 含量與CK 存在顯著差異（P＜0.05），其鈍化率為21.5%，而灌漿期和成熟期是影響土壤-水稻系統(tǒng)中Cd 富集轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵時(shí)期[29]，這可能是施用鈍化材料后大部分處理組合未起到降低水稻籽粒Cd含量的原因之一。

表4 不同處理下不同時(shí)期土壤有效態(tài)Cd含量Table 4 Soil available Cd contents in diverse stages under different treatments mg/kg

2.3.2 不同鈍化材料與Cd 低累積品種組合對(duì)籽粒Cd 含量與富集系數(shù)的影響

如圖4所示：XS519和FeC2、FeC3、SC3組合的籽粒Cd 含量和富集系數(shù)相較于CK 均有顯著升高（P＜0.05），其中籽粒Cd 含量分別提升了109.13%、119.48%和206.13%。ZN106 和SC3組合的籽粒Cd含量與CK存在顯著差異（P＜0.05），提升了64.59%。ZN106 和SC1組合的籽粒Cd 含量與富集系數(shù)相較于CK 分別降低了8.95%和29.00%，ZN106 和FeC1的組合效果與CK 基本持平。ZN106 的Cd 累積能力明顯高于XS519，各處理的籽粒Cd平均富集系數(shù)是XS519 的1.66倍。此外，所有處理的XS519 籽粒Cd含量均未超標(biāo)，而ZN106與較高劑量鈍化材料的組合存在超標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)，且不施鈍化材料的XS519籽粒Cd富集系數(shù)為0.159，對(duì)Cd的低累積能力要遠(yuǎn)優(yōu)于ZN106與SC1組合。綜上所述，鈍化材料與XS519的組合不但沒有起到進(jìn)一步降低水稻Cd累積的效果，反而促進(jìn)了該品種籽粒對(duì)Cd 的富集，而SC1與ZN106的組合起到了一定的降Cd效果。

圖4 不同處理下水稻籽粒中Cd含量與富集系數(shù)Fig.4 Cd contents and its BCFs in rice grains under different treatments

本研究將XS519和ZN106這2個(gè)水稻品種的籽粒Cd 含量分別與成熟期的土壤pH 值、土壤有效態(tài)Cd 含量進(jìn)行了皮爾遜相關(guān)性分析（表5）。結(jié)果表明，這2 個(gè)水稻品種籽粒Cd 含量與成熟期的土壤pH 值呈極顯著正相關(guān)。已有的水培試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)結(jié)果表明，隨著酸性培養(yǎng)環(huán)境中pH值的升高，水稻對(duì)Cd 的吸收呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，并在pH值為6.0及以上（偏中性）時(shí)達(dá)到最大值；此外，研究還表明，OsNRAMP1和OsHMA2基因在pH 值為6.0（接近中性）時(shí)強(qiáng)烈上調(diào)表達(dá)，且鋅（Zn）、Fe 轉(zhuǎn)運(yùn)體基因OsIRT1的轉(zhuǎn)錄量隨著pH 值的升高而增加，其在轉(zhuǎn)運(yùn)Zn、Fe 的同時(shí)，促進(jìn)了水稻對(duì)Cd 吸收[30-32]。YANG等[33]利用不同劑量的石灰石來提高酸性土壤的pH值，并通過小范圍田間試驗(yàn)、多地田間試驗(yàn)及田間土壤調(diào)查，從多角度驗(yàn)證了pH值在5.5～6.0時(shí)對(duì)水稻籽粒Cd累積的影響尤為明顯，并發(fā)現(xiàn)在施用低劑量（＜1 500 kg/hm2）石灰石時(shí)可小幅度提升土壤pH 值，卻促進(jìn)了水稻對(duì)Cd 的吸收。這可能是因?yàn)槭┯檬沂螅寥揽山粨Q陽(yáng)離子的位點(diǎn)更加飽和，使得外源添加的Ca2+和低陽(yáng)離子交換量（cation exchange capacity, CEC）的本土Cd2+競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，從而在不穩(wěn)定池中留下了更多的Cd 供水稻吸收。另外，該研究團(tuán)隊(duì)還通過吸附試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)研究了pH 值升高和無定形錳對(duì)水稻Cd 吸收的影響，提出了將南方酸性水稻土pH值提高到6.0以上（最佳pH值為6.5）的水稻籽粒降Cd建議[33-34]。然而，本研究所有處理的土壤pH值均未達(dá)到6.0，水稻籽粒Cd含量隨pH值的升高而增加。這從一方面印證了在南方酸性水稻土中，土壤pH 是影響水稻籽粒Cd 累積的最重要因素之一[35-36]；另一方面，也從側(cè)面為南方酸性水稻土的改良可能存在最適pH值范圍這一猜想提供了數(shù)據(jù)支撐。

表5 成熟期土壤理化指標(biāo)與水稻籽粒Cd含量的皮爾遜相關(guān)性分析Table 5 Pearson correlation analysis between soil physicochemical indexes at the mature stage of rice and grain-Cd contents

3 結(jié)論

‘秀水519’（XS519）、‘浙糯106’（ZN106）、‘中浙優(yōu)1 號(hào)’（ZZY1H）和‘中嘉8 號(hào)’（ZJ8H）可被推薦為浙江省永康市輕度Cd 污染耕地中適宜種植的低Cd水稻品種。施用石灰對(duì)強(qiáng)酸性稻田培泥砂土pH值提升效果顯著，可用于當(dāng)?shù)貜?qiáng)酸性土壤的酸堿度改良。1 800 kg/hm2鐵基生物質(zhì)炭和水稻品種‘中嘉8 號(hào)’組合能明顯降低水稻Cd 的累積?！闼?19’和‘浙糯106’的籽粒Cd 含量與成熟期土壤pH值（5.19～5.61）呈極顯著正相關(guān)，在試驗(yàn)所涉及的土壤pH 值范圍內(nèi)，除‘秀水519’與1 500 kg/hm2土壤調(diào)理劑組合外，籽粒Cd含量隨鈍化材料施用量的升高而增加。加大鈍化材料的施用量和調(diào)節(jié)土壤pH 值至6.0 以上能否實(shí)現(xiàn)Cd 低累積水稻品種與鈍化材料組合“1+1＞2”的效果，仍有待進(jìn)一步探究。從經(jīng)濟(jì)和輕簡(jiǎn)化角度考慮，種植‘秀水519’是目前該試驗(yàn)區(qū)Cd污染稻田安全利用的最佳選擇。