?土壤調理劑對早稻生理特性及重金屬吸收的影響?

譚美 易百科 劉文 江濤 戴美玲 陽美雪

摘要：為研究“眾望”土壤調理劑在湘中地區(qū)早稻上的施用效果，在湘潭和株洲分別開展田間小區(qū)試驗。試驗設常規(guī)施肥（T1）、常規(guī)施肥+生石灰（T2）、常規(guī)施肥+“眾望”土壤調理劑（T3）3個處理，研究土壤調理劑對湘中地區(qū)早稻生長和重金屬吸收的影響。結果表明：“眾望”土壤調理劑可有效促進湘中地區(qū)早稻生長，提高產量的效果不明顯，但能顯著提高土壤pH值，緩解土壤酸化，顯著降低土壤和稻米的重金屬鎘含量，與常規(guī)施肥相比，施用生石灰降低土壤總鎘15.74%～20.64%，施用“眾望”土壤調理劑降低土壤總鎘18.45%～23.25%。

關鍵詞：土壤調理劑；生石灰；土壤理化性狀；重金屬

中圖分類號：X53文獻標識碼：A文章編號：1006-060X（2024）03-0015-04

Effects of Soil Conditioner on the Physiological Characteristics and Heavy

Metal Uptake of Early Rice

TAN Mei1，2，YI Bai-ke1，2，LIU Wen1，2，JIANG Tao1，2，DAI Mei-ling1，2，YANG Mei-xue1，2

（1. Hunan Jinye Zhongwang Technology Co.， Ltd.， Linxiang 414300， PRC; 2. Hunan Engineering Research Center of Organic， Inorganic， and Compound Fertilizers， Linxiang 414300， PRC）

Abstract： Field plot experiments were carried out in Xiangtan and Zhuzhou to study the effect of applying "Zhongwang" soil conditioner on early rice in central Hunan. Three treatments were designed， including conventional fertilization， conventional fertilization + quicklime， and conventional fertilization + "Zhongwang" soil conditioner， to study the effects of soil conditioner on the growth and heavy metal uptake of early rice in central Hunan. The results showed that the soil conditioner promoted the growth of early rice in central Hunan， with insignificant yield-increasing effect. However， it significantly increased soil pH， alleviated soil acidification， and reduced the cadmium content in soil and rice grain. Compared with conventional fertilization， the additional application of quicklime and "Zhongwang" soil conditioner reduced the total cadmium in soil by 15.74%–20.64% and 18.45%–23.25%， respectively.

Key words：soil conditioner; quicklime; soil physical and chemical properties; heavy metal

土壤是作物吸收重金屬的最主要來源，重金屬難降解、易積累、毒性大，不利于作物的生長發(fā)育，對其產量和品質均有較大影響，還存在被作物吸收，進入食物鏈危害人體健康的潛在威脅[1]。我國農田土壤污染的情況嚴重，大宗谷類作物中，水稻吸附重金屬的能力最強，某些地區(qū)所種植水稻大米中重金屬鎘的質量比超過了食品安全標準（≤0.2 μg/g）[2]。全國農田土壤平均鎘質量比為0.23 μg/g，而湖南地區(qū)土壤中的鎘含量達到0.73 μg/g[3]。湖南省作為傳統(tǒng)的農業(yè)省份，水稻是主流糧食作物，在農業(yè)生產中占主導地位，其重金屬鎘污染農田狀況及其防控措施是社會的關注焦點[4]。

針對農田土壤受到日益嚴重的重金屬污染而引發(fā)的各類安全問題，國內外的學者針對不同的修復技術做了大量的研究[5-11]，同時，對于土壤調理劑對降低土壤重金屬及稻谷重金屬含量也展開了相關研究[12-13]，但針對土壤調理劑在湘中地區(qū)水稻田應用效果鮮見報道。筆者利用“眾望”土壤調理劑在湘潭和株洲分別開展田間小區(qū)試驗，以探明“眾望”土壤調理劑的應用效果，旨在為治理湘中地區(qū)土壤重金屬污染和推廣“眾望”土壤調理劑提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況與材料

試驗于2023年在湖南省湘潭市湘潭縣梅林橋鎮(zhèn)白云村（試驗地A）和湖南省株洲市攸縣大同橋鎮(zhèn)大同村（試驗地B）展開。試驗地屬于亞熱帶季風性濕潤氣候，四季分明，雨量充沛，光照充足，較適合農作物生長。試驗地A土壤為板頁巖發(fā)育的黃泥田，試驗地B土壤為第四紀紅色粘土發(fā)育的紅黃泥田。試驗前農田0～20 cm土壤基本理化性質及土壤重金屬含量見表1。

試驗地A和試驗地B的供試早稻品種分別為株兩優(yōu)819和陵兩優(yōu)268。供試土壤調理劑分別為生石灰、湖南金葉眾望科技股份有限公司生產的“眾望”牌土壤調理劑（pH值 9.76，K2O 4.95%，CaO 25.7%，SiO2 21.6%）。

1.2 試驗設計與方法

每個試驗地設計3個處理，T1：常規(guī)施肥（25%復合肥750 kg/hm2+尿素225 kg/hm2）；T2：常規(guī)施肥+生石灰（1 500 kg/hm2）；T3：常規(guī)施肥+“眾望”土壤調理劑（1 500 kg/hm2）。每個試驗處理重復3次，共18個小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2，小區(qū)間用覆薄膜的田埂隔開，小區(qū)間單排單灌。試驗小區(qū)均采用移栽，移栽密度為15 cm×30 cm。

土壤調理劑施用方法為試驗田先翻耕、耙碎、整平后，把試驗小區(qū)的田埂做好，蓋好塑料薄膜，然后按照處理把土壤調理劑均勻撒施在對應小區(qū)內，隨機耙勻。隔1～2 d后再施肥料，再移栽水稻。

1.3 指標測定與方法

1.3.1 生物學性狀及產量 記錄水稻的生育期，在水稻成熟后，各小區(qū)單采單收，曬干后稱取稻谷重量；每個小區(qū)選擇10株水稻作為測量株，測量株高、有效穗，取平均值；每株隨機選取3穗測量穗長、穗粒數和實粒數，取平均值；隨機選取3份種子，每份1000粒，分別稱重求平均值。

1.3.2 土壤理化性質及重金屬 水稻收完后，立即采集各小區(qū)耕層（0～20 cm）土壤，每個小區(qū)采集5個點，按“S”形法取土樣。土樣放置于實驗室陰涼處，風干后磨碎、過篩。土壤pH測定采用酸度計法（土∶水=2.5∶1）；土壤有機質測定采用濃硫酸-重鉻酸鉀消煮-硫酸亞鐵滴定法；土壤全氮測定采用半微量凱式定氮法；土壤堿解氮測定采用堿解擴散-稀硫酸滴定法；土壤有效磷測定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測定采用乙酸銨-原子吸收火焰光度法；土壤硅鋁率采用試劑盒法；土壤陽離子交換量采用三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法；土壤和植物中重金屬采用原子吸收光譜法。

1.4 數據統(tǒng)計與分析

試驗結果用Excel 2019軟件進行處理，利用SPSS 26.0對每個測定項目統(tǒng)計結果進行顯著性方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤調理劑對早稻生物學性狀的影響

由表2可知，早稻生育期主要由早稻品種和種植地域氣候影響，不同土壤調理劑對湘中地區(qū)早稻生育期影響不大。

由表3可知，不同試驗地內T2處理在株高、穗長、有效穗、結實率和產量上均較T1和T3低，說明生石灰作為土壤調理劑對湘中地區(qū)早稻生長和產量產生不良影響；不同試驗地內T3處理在株高、穗長、結實率上均最高，其他指標與T1差異不大，說明“眾望”土壤調理劑能有效促進湘中地區(qū)早稻生長，但對產量影響不大。

2.2 不同土壤調理劑對土壤pH值及理化性狀的影響

有大量試驗研究表明，土壤 pH 值與土壤重金屬活性密切相關，pH值升高，重金屬活性顯著降低，作物吸收重金屬的量也顯著降低[14-15]。由表4可知，施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調理劑（T3）均能有效提高土壤pH值，在2處試驗地中均與種植前土壤pH值呈顯著差異，且施用“眾望”土壤調理劑的土壤pH值整體要高于其他處理。

由表4可知，在常規(guī)施肥的基礎上，施用生石灰或“眾望”土壤調理劑能提高土壤有機質含量，但差異不顯著（P＞0.05），對其他土壤理化性狀的影響不明顯。

2.3 不同土壤調理劑對土壤重金屬含量的影響

由表5可知，不同試驗地中T2和T3與種植前土壤總鎘均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05），且不同試驗地中T2和T3總鎘、總鉛和總鉻較種植前均有所降低，而T1較種植前各重金屬含量均有所增高。與對照（T1）相比，試驗地A中T2和T3分別降低15.74%和18.45%、2.71%和3.15%、1.07%和1.36%；試驗地B中T2和T3分別降低20.64%和23.25%、1.87%和3.28%、2.26%和4.54%，說明施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調理劑（T3）均能有效降低水稻田土壤重金屬含量，且“眾望”土壤調理劑對湘中水稻田土壤重金屬降解效果最佳。

2.4 不同土壤調理劑對早稻植株中重金屬含量的影響

由表6可知，施用不同類型土壤調理劑（T2和T3）對于降低稻米中重金屬鎘和鉛含量的效果明顯，與對照（T1）相比差異顯著。施用“眾望”土壤調理劑的（T3）對于降低稻米中的重金屬總鎘含量比生石灰（T2）的效果更顯著，其中“眾望”土壤調理劑的（T3）在試驗地A和試驗地B稻米中總鎘的含量分別比對照（T1）降低了0.143、0.117 mg/kg，降幅分別為45.69% 和35.78%；而施用生石灰（T2）在試驗地A和試驗地B稻米中總鎘的含量分別比對照（T1）降低了0.093、0.094 mg/kg，降幅分別為29.71% 和28.75%。不同試驗地稻草中總鎘含量則相同，施用“眾望”土壤調理劑的（T3）對于降低稻草中的重金屬總鎘含量比生石灰（T2）的效果更顯著。

施用“眾望”土壤調理劑的（T3）對于降低稻米和稻草中的重金屬總鉛含量的效果比生石灰（T2）效果較好，但差異不顯著（P＞0.05）。

3 小結與討論

試驗結果表明，施用“眾望”土壤調理劑可有效促進湘中地區(qū)早稻生長，提高產量的效果不明顯，但能有效調節(jié)土壤pH值，緩解土壤酸化，顯著降低土壤和稻米的重金屬鎘含量。與常規(guī)施肥相比，施用生石灰降低土壤總鎘15.74%～20.64%，施用“眾望”土壤調理劑降低土壤總鎘18.45%～23.25%。

有研究表明，施用土壤調理劑能一定程度降低土壤重金屬含量和稻米重金屬含量[16]，但對水稻產量增產效果并不顯著[17]，此研究中“眾望”土壤調理劑能有效促進湘中地區(qū)早稻生長，但對產量影響不大。

土壤pH值在作物根系對鎘的吸附以及鎘在土壤溶液中的形態(tài)、溶解度和遷移率方面起著最重要的作用[18]。隨著pH值變化鎘形態(tài)含量占比也在發(fā)生變化，導致其生物有效性、遷移性及毒性發(fā)生變化[19]。此研究中施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調理劑（T3）均能有效提高土壤pH值，在兩個試驗地中均與種植前土壤pH值呈顯著差異（P＜0.05），且施用“眾望”土壤調理劑的土壤pH值整體要高于其他處理。

有機質是影響鎘環(huán)境行為的關鍵土壤成分之一，土壤有機質中含有大量能夠與鎘發(fā)生絡合或螯合反應的官能團，如羧基、醌基、羰基、酚基等含氧官能團[20]，此研究在常規(guī)施肥的基礎上，施用生石灰或“眾望”土壤調理劑能提高土壤有機質含量，但差異不顯著（P＞0.05），這是由于生石灰和“眾望”土壤調理劑本身不含有機質，后期可在此基礎上對“眾望”土壤調理劑進行優(yōu)化和升級，提高其降低土壤重金屬的效果。

施用土壤調理劑可以改善土壤組分的物理性狀和化學性狀，進而降低重金屬在土壤環(huán)境中的生物有效性，適合于大面積農田污染的修復[21]。此研究結果顯示不同試驗地中施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調理劑（T3）與種植前土壤總鎘均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05），與對照（T1）相比，土壤總鎘分別降低15.74%～20.64%和18.45%～23.25%；施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調理劑（T3）均能降低土壤總鉛和總鉻含量，但效果不顯著（P＞0.05），說明施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調理劑（T3）均能有效降低水稻田土壤重金屬含量，且“眾望”土壤調理劑對湘中水稻田土壤重金屬降解效果最佳。

水稻稻米中Cd濃度與稻草中Cd積累量、Cd向地上部分的分配比以及從地上部分到籽粒Cd分配比呈正相關關系[22]。此研究結果顯示，施用“眾望”土壤調理劑的（T3）比對照（T1）稻米和稻草中總鎘含量顯著降低，而稻米中總鎘含量降低幅度更大，從地上部分到籽粒Cd分配呈現(xiàn)越往上越少的趨勢。

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（責任編輯：張煥裕）