硅肥施用對重金屬污染土壤甘蔗鎘吸收的影響研究初探

鄭煜基，陳能場，張雪霞，張曉霞，冷小艷

硅肥施用對重金屬污染土壤甘蔗鎘吸收的影響研究初探

鄭煜基，陳能場，張雪霞，張曉霞，冷小艷

廣東省生態(tài)環(huán)境與土壤研究所，廣東 廣州 510650

長期采用受鐵礦尾礦水污染的河水進(jìn)行灌溉的農(nóng)田，其土壤存在一定重金屬鎘污染，且土壤酸化嚴(yán)重，有效硅活性低。甘蔗是需硅量較大的植物，因此在甘蔗種植過程中施用堿性硅肥既可補(bǔ)充硅營養(yǎng)又可通過硅肥控制鎘的吸收。本試驗(yàn)通過硅肥不同施用量及基肥、基肥+追肥的施用方式的比較，結(jié)果表明：在甘蔗種植中一次性施用硅肥1500 kg·hm-2，可以使土壤中活性較高的弱酸提取態(tài)鎘占鎘總量的比例從38.45%下降到32.51%，而甘蔗不能利用的殘?jiān)鼞B(tài)鎘的占比從11.19%提高到14.78%；硅肥分為基肥與追肥兩次施用的方式，其對土壤鎘的形態(tài)的影響也存在相似的規(guī)律，且變化趨勢更加顯著，弱酸提取態(tài)鎘占比從40.93%下降到35.47%，降幅更加顯著；同樣殘?jiān)鼞B(tài)鎘則隨著硅肥施用量的增加而增加，其占比從16.26%增加到22.66%；施用硅肥能有效降低甘蔗汁中鎘的含量，從一次性作為基肥施用的結(jié)果來看，每公頃施用375～1500 kg硅肥，其蔗汁中鎘含量隨施肥量增加而下降，從168.54 μg·L-1降至57.87 μg·L-1，降幅為28.26%～60.30%；蔗渣中鎘含量也有相似的變化趨勢，從468.36 μg·kg-1降至377.77 μg·kg-1，降幅為7.86%～19.34%；采用基肥+追肥施用硅肥，無論是蔗汁還是蔗渣，其鎘的含量同樣隨硅肥施用量的增加而下降，蔗汁鎘含量的降幅更大，最高可降81.18%，從而達(dá)到降低甘蔗汁及蔗渣中鎘含量水平的目的。

硅肥；甘蔗；鎘吸收

研究表明，硅肥使用在控制作物的重金屬鎘（Zhang等，2008；黃秋嬋等，2008；徐勝光等，2007）和砷（郭偉等，2006）的吸收方面具有重要作用。其作用機(jī)理主要在于硅肥中所含的硅酸根離子與Cd、Hg、Pb等重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成新的不易被植物吸收的硅酸化合物而沉淀下來；硅肥中的硅能提高土壤和植物根際pH，降低重金屬的活性，增加了植物根際氧化能力（蘇以榮，1993），從而改變土壤中重金屬的賦存形態(tài)，最終改變其在土壤中的生物有效性（楊超光等，2005）。

研究區(qū)位于翁源縣大寶山污灌區(qū)上壩村，近年來由于種植甘蔗經(jīng)濟(jì)效益較好，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶多數(shù)不種水稻而改種甘蔗，但是由于常年采用受大寶山鐵礦的尾礦水污染的橫石河水進(jìn)行灌溉，甘蔗的品質(zhì)安全亟待解決。根據(jù)最近的調(diào)查采樣分析，結(jié)果表明：種植甘蔗土壤及甘蔗的重金屬元素鐵、錳、鎘、砷含量均存在超標(biāo)現(xiàn)象。因此，對甘蔗的重金屬含量控制進(jìn)行研究已迫不及待。本項(xiàng)目以施用硅肥為切入點(diǎn)，研究硅肥對甘蔗吸收重金屬鎘的控制效果，以期為當(dāng)?shù)馗收岬陌踩N植提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1供試品種

供試甘蔗品種為廣西黑皮果蔗。

1.2供試肥料

供試硅肥為自產(chǎn)硅肥，以硅灰石粉為原料經(jīng)造粒而成，該肥料含有效硅SiO235%、CaO 15%，pH為9.7。

1.3試驗(yàn)方法

試驗(yàn)地設(shè)在廣東翁源縣新江鎮(zhèn)上壩村，該處長期使用受大寶山鐵礦尾礦水污染的橫石河水進(jìn)行農(nóng)田灌溉，pH較低，供試土壤的養(yǎng)分含量見表1。

試驗(yàn)分兩部分進(jìn)行：

1）、不同硅肥施用量對土壤重金屬影響研究

試驗(yàn)設(shè)硅肥施用量分別為0（CK）、375（處理1）、750（處理2）、1125（處理3）、1500 kg·hm-2（處理4）共5個處理，每處理3個重復(fù)，每一小區(qū)66.7

m2。硅肥的施用隨基肥一次性施用。

表1 供試土壤的養(yǎng)分含量狀況Table 1 Nutrient characteristics of tested soils

2）、不同硅肥施用方式對重金屬影響研究

試驗(yàn)設(shè)置“基肥+追肥”施用處理，有（0+0）（CK）、（375+375）（處理一）、（750+375）（處理二）、（1125+375）kg·hm-2（處理三）共4個處理，追肥時(shí)間為大培土期，每處理3個重復(fù)，每小區(qū)66.7 m2。

試驗(yàn)于2011年甘蔗種植季節(jié)進(jìn)行。

1.4監(jiān)測項(xiàng)目及方法

監(jiān)測與分析項(xiàng)目：

試驗(yàn)前采集試驗(yàn)地土壤耕層混合樣一個，測定土壤基本性狀，收獲期每個試驗(yàn)小區(qū)分別采集耕層土壤混合樣及甘蔗樣各一個，并分別進(jìn)行土壤重金屬鎘的形態(tài)分析和甘蔗汁、蔗渣的鎘含量測定。

供試土壤有效硅測定，用20 g·L-1檸檬酸浸提，浸提液用ICP-AES測定Si的含量；pH用電位法測定；土壤總鎘含量測定，土樣經(jīng)消解后用石墨爐原子吸收分光光度法測定；不同形態(tài)重金屬鎘（弱酸提取態(tài)、可還原態(tài)、可氧化態(tài)、殘?jiān)鼞B(tài)）含量用連續(xù)提取法進(jìn)行測定（BCR法）；蔗汁、蔗渣等的重金屬鎘含量測定，樣本經(jīng)酸消解后，鎘含量仍采用石墨爐原子吸收法測定。

2 結(jié)果與分析

2.1硅肥對土壤鎘形態(tài)的影響

從表2可看出，硅肥作為基肥一次性施用，對土壤的重金屬鎘的形態(tài)產(chǎn)生了一定的影響，從收獲期耕層土壤的分析可看出，弱酸提取態(tài)鎘的含量占土壤總鎘含量的比例隨著施肥量的增加呈下降的態(tài)勢，從對照的38.45%下降到32.51%，而殘?jiān)鼞B(tài)則呈相反的態(tài)勢，隨著施硅肥量的增加，殘?jiān)鼞B(tài)鎘也相應(yīng)有所增加，從11.19%提高到14.78%，這可能就是重金屬鎘與部分硅酸鹽結(jié)合形成了硅酸鹽化合物沉淀物所導(dǎo)致；另外可還原態(tài)及可氧化態(tài)鎘則變化不大，可還原態(tài)總體占比在36.13%～37.52%之間，可氧化態(tài)在13.60%～15.17%之間。

從表3可以看出，硅肥分為基肥與追肥兩次施用對土壤鎘的形態(tài)的影響也存在與上述相似的規(guī)律，且變化趨勢更加明顯。弱酸提取態(tài)鎘占比從40.93%下降到35.47%，降幅達(dá)5.46%；相同地，殘?jiān)鼞B(tài)鎘則隨著硅肥施用量的增加而增加，其占比從16.26%增加到22.66%，這表明以追肥形式分次施用硅肥更有利于控制土壤鎘的有效性。

2.2硅肥對甘蔗鎘吸收的影響

從表4的結(jié)果可看出，施用硅肥能有效降低甘蔗汁中鎘的含量，從一次性施用硅肥的試驗(yàn)結(jié)果來看，每公頃施用375～1500 kg硅肥，其蔗汁中鎘含量隨施肥量增加而下降，從168.54 μg·L-1降至57.87 μg·L-1，降幅為28.26%～60.30%；蔗渣中鎘含量隨施肥量的增加也存在相似的變化趨勢，從468.36 μg·kg-1降至377.77 μg·kg-1，降幅為7.86%～19.34%；從蔗汁和蔗渣的鎘含量還可看出，蔗汁中鎘含量總體沒有超標(biāo)，對照處理的蔗汁接近臨界值（200 μg·L-1），但是蔗渣的鎘含量則依然超出食品安全標(biāo)準(zhǔn)限值（0.2 mg·kg-1）。

表2 不同硅肥施用量對土壤鎘形態(tài)的影響Table 2 Cadmium forms under application of silicate fertilizer in different amounts

表3 (基肥+追肥)施用對土壤鎘形態(tài)的影響Table 3 Cadmium forms under basal and dressing application of silicate fertilizer

從表4還可看出，采用“基肥+追肥”方式施用硅肥，無論是蔗汁還是蔗渣，其鎘的含量均隨硅肥施用量的增加而下降，由于試驗(yàn)2所在地塊土壤

的鎘含量相對較低，所以蔗汁鎘含量的降幅顯得更大，最高可降81.18%，蔗渣鎘含量則依然超標(biāo)。

表4 不同施肥形式對甘蔗鎘含量的影響Table 4 Effect of fertilization on cadmiums in sugarcanes

3 小結(jié)

從以上的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，對于受鐵礦尾礦水污染的農(nóng)田，在甘蔗種植中施用硅肥，可以有效降低土壤中活性較高的弱酸提取態(tài)鎘的含量水平，提高甘蔗不能利用的殘?jiān)鼞B(tài)鎘的含量水平，從而達(dá)到降低甘蔗汁及蔗渣中鎘含量水平的目的。當(dāng)然由于蔗渣中鎘含量依然超標(biāo)，黑皮果蔗一般作為鮮食，食用過程必須注意安全。能否通過加大硅肥施用量或多次施用達(dá)到控制蔗渣鎘含量于安全標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)則有待進(jìn)一步的試驗(yàn)。

ZHANG C C, WANG L J, NIE Q, et al. 2008. Long-term effects of exogenous silicon on cadmium translocation and toxicity in rice (Oryza sativa L.)[J]. Environmental and Experimental Botany, 62: 300-307.

黃秋嬋, 韋友歡, 農(nóng)克良, 等. 2008. 硅對鎘脅迫下水稻幼苗營養(yǎng)器官外部形態(tài)與鎘累積量的影響[J]. 江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué), (5): 20-23.

徐勝光, 周建民, 劉艷麗, 等. 2007. 硅鈣調(diào)控對酸礦水污染農(nóng)田水稻鎘含量的作用機(jī)制[J]. 農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 26: 1854-1859.

郭偉, 朱永官, 梁永超, 等. 2006. 土壤施硅對水稻吸收砷的影響[J]. 環(huán)境科學(xué), 27(7): 1393-1397.

蘇以榮. 1993. 硅緩解亞鐵對水稻根系毒害的研究[J]. 熱帶亞熱帶土壤科學(xué), 2(3): 171-l74.

楊超光, 豆虎, 梁永超, 等. 2005. 硅對土壤外源鎘活性和玉米吸收鎘的影響[J]. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 8(1): 116-121.

Preliminary Study on the Effect of Silicate Fertilizers on Cadmium Absorption by Sugarcane in Heavy Metal Polluted Farmland

ZHENG Yuji，CHEN Nengchang, ZHANG Xuexia, ZHANG Xiaoxia, LENG Xiaoyan
Guangdong Institute of Ecology, Environmental and Soil Sciences, Guangzhou 510650, China

Farmland irrigated with river water polluted by acid mine drainage from iron ores will become very acidic, toxic with heavy metals like cadmiums and low availability of silicon for plant growth. Sugarcane plants needs a lot of silicon for better growth, thus application of silicate fertilizers not only adjust the low pH, but also supply sugarcane for with silicon for better growth and suppress its uptake of cadmium. Experiments were carried with different application rates, application methods (basal, basal + dressing) of silicate fertilizers with an aim to evaluating its effects and optimum dose and time of application. Results showed that with the application of 1500 kg·hm-2silicate fertilizer as basal, Cd availability of weak acidic extractable form decreased from 38.45% to 32.51%, and the residue form increased from 11.19% to 14.78%. Concomitantly, cadmium content in sugarcane juice decreased from 168.54 μg·L-1to 57.87 μg·L-1with a decreasing percentage of 7.86%～19.34% in the case of silicate application of 375～1500 kg·hm-2. Forms changes became more significant in the case of separate application of silicon fertilizer as basal and dressing with Cd availability of weak acidic extractable form decreased from 40.93% to 35.47% and residue form increased from 16.26% to 22.66%. The maximum decrease percentage of Cd content in sugarcane juice was 81.18%. It was concluded that the application of silicate fertilizer would be an effective method to reduce cadmium content in sugar cane plant grown in heavy metal polluted farmland.

silicate fertilizer; sugarcane; cadmium uptake

X53

A

1674-5906（2014）12-2010-03

廣東省科技廳國際合作項(xiàng)目：（2010B050300016）；廣東省科學(xué)院科學(xué)實(shí)驗(yàn)臺站基金項(xiàng)目（SYTZ2010 10）

鄭煜基（1963年生），男，高級工程師，主要研究方向?yàn)橥寥阑瘜W(xué)。E-mail：yjzheng@soil.gd.cn

2014-10-22

鄭煜基，陳能場，張雪霞，張曉霞，冷小艷. 硅肥施用對重金屬污染土壤甘蔗鎘吸收的影響研究初探[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 2014, 23(12): 2010-2012.

ZHENG Yuji，CHEN Nengchang, ZHANG Xuexia, ZHANG Xiaoxia, LENG Xiaoyan. Preliminary Study on the Effect of Silicate Fertilizers on Cadmium Absorption by Sugarcane in Heavy Metal Polluted Farmland [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(12): 2010-2012.