混栽水生植物對稻田土壤和稻米鎘含量的影響

劉唐興，徐一蘭，姚季倫

(湖南生物機電職業技術學院，湖南長沙 410127)

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混栽水生植物對稻田土壤和稻米鎘含量的影響

劉唐興，徐一蘭，姚季倫

(湖南生物機電職業技術學院，湖南長沙 410127)

[目的] 研究稻田混栽水生植物對土壤和糙米鎘含量的影響。[方法]以早稻和黑藻、水蔥、菖蒲等3種水生植物為試驗材料，研究了稻田混栽水生植物后對土壤和糙米鎘含量的影響。[結果]混栽3種水生植物后，其土壤的全鎘和有效鎘含量與對照比較，均沒有顯著差異，但稻田混栽黑藻的土壤全鎘含量顯著高于混栽水蔥和菖蒲；混栽黑藻和水蔥后，糙米鎘含量顯著高于對照，混栽菖蒲的糙米鎘含量與對照沒有顯著差異。[結論]該研究為探索稻田植物降鎘技術的有效途徑提供了參考。

鎘；糙米；混栽；水生植物

湘東地區部分礦區周圍稻田的鎘污染十分嚴重，嚴重影響了礦區稻米的安全品質。目前，對土壤鎘污染常用的修復方法有物理措施、化學措施和生態修復等。物理措施因耗費的人力、物力較大，現實生產中很難大范圍推廣；化學措施雖然具有簡單方便、費用較少、效果明顯等優點，但易導致土壤結構破壞和某些營養元素的散失；通過綠色植物來固定吸收、轉移、轉化降解污染物，使之變為對環境無害的物質或對污染物加以回收利用的植物修復技術以其有效、非破壞、經濟等優點在近年得到了重視和發展。目前國內對農田土壤重金屬治理的植物修復技術，多停留在實驗室或盆栽試驗階段[1]，而探索大田環境條件下栽植有關植物對降低稻米等農產品鎘含量的有效性，國內尚鮮見報道。

黃靈芝等[2]研究表明黑藻對鎘的吸附效果好，將其應用于廢水處理有實用價值；李碩等[3]研究認為水蔥可以耐受土壤中高濃度的重金屬污染，并對鎘有很強的生物富集性；曹優明等[4]認為用泥土+河沙基質構建的菖蒲人工濕地對鎘的去除率最高可達100%，最低為86.23%。可見，黑藻、水蔥、菖蒲對鎘具有強吸附性。因此開展稻田混栽水生植物對稻田土壤和稻米鎘含量影響的試驗，可為探索稻田植物降鎘技術的有效途徑提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試早稻品種為陸兩優996，由醴陵市均楚區農業技術推廣站提供；水生植物為黑藻、水蔥、菖蒲，由瀏陽市綠盈花木合作社提供。

1.2 試驗設計

試驗于2014年3～7月在醴陵市均楚鎮長嶺坳村唐武生責任田進行。按單因素隨機區組設計，設黑藻(處理①，輪葉黑藻)、對照(處理②，按常規方法栽植水稻，不混栽其他任何水生植物)、水蔥(處理③)、水菖蒲(處理④)4個處理，4次重復，小區面積為13.34 m2，包括保護區面積，試驗地250 m2左右。將整個試驗的田間土堤進行加固加高，防止試驗植物漫出試驗區，小區之間用泥巴堤加網狀塑料進行隔離。

水稻于2014年3月23日播種，濕潤育秧。4月20日移栽，株行距為20 cm×30 cm，每蔸插2粒谷苗。7月15日收割。大田施40%紅四方復混肥(N∶P2O5∶K2O=20∶8∶12)375.0 kg/hm2作基肥。插后5 d施尿素150.0 kg/hm2、氯化鉀112.5 kg/hm2促蘗。水分管理按照“前中期淺水覆蓋，抽穗后15 d排干積水保持濕潤”進行。

黑藻、水蔥、菖蒲按相同重量的鮮活生物量，每小區4 kg，于水稻移栽后7 d均植于水稻各行之間。

1.3 調查項目與方法

1.3.1 試驗前土壤基礎養分。栽植水生植物前，按5點法取樣進行土壤質地調查，土壤pH 5.2，全氮3.470 g/kg，全磷0.800 g/kg，有機質58.600 g/kg，堿解氮476.000 mg/kg，有效磷46.800 mg/kg，速效鉀214.000 mg/kg，全鎘1.838 mg/kg，有效鎘0.983 mg/kg。

1.3.2 鎘含量分析。抽穗后排干水前，取樣分析3種水生植物的鎘含量；抽穗后排干水后，取樣分析各小區土壤的鎘總量和有效鎘含量；收獲后分析糙米的鎘含量。土壤總鎘和有效鎘含量分析按GB/T17141-1997和GB/T23739-2009標準進行，在湖南農業科學院土壤肥料研究所完成。水生植物在清洗烘干后研磨為粉末，水生植物的干粉末和糙米鎘含量按照GB/T 5009.15-2003標準進行分析，在湖南省分析測試中心完成。試驗地先年早稻糙米鎘含量范圍為0.21～0.23 mg/kg，依品種不同而不同。利用DPSv6.55軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 各處理土壤鎘總量變化

不同處理間的全鎘含量變化見表1。混栽黑藻后，土壤的全鎘含量高于其他3個處理，且存在顯著差異；對照、菖蒲、水蔥3個處理的土壤全鎘含量沒有顯著差異。混栽黑藻的土壤全鎘含量較試驗前提高了0.202 mg/kg；混栽水蔥的全鎘含量較試驗前降低了0.214 mg/kg；對照和菖蒲處理的全鎘含量在試驗前后基本沒有變化，僅略低于1.838 mg/kg。

2.2 各處理土壤有效鎘含量

試驗后，各處理間的土壤有效鎘含量沒有顯著差異(表1)，含量范圍為1.123～1.236 mg/kg。對比試驗前的有效鎘含量(0.983 mg/kg)，各處理均提高0.140 mg/kg以上。

2.3 各處理糙米鎘含量

各處理糙米鎘含量分別是0.320 mg/kg(黑藻)、0.212 mg/kg(CK)、0.278 mg/kg(水蔥)、0.265 mg/kg(菖蒲)。對照的糙米鎘含量與先前比較，沒有明顯變化，比照稻米鎘含量標準(0.200 mg/kg)，略有超標。黑藻和水蔥處理的糙米鎘含量明顯高于對照，并存在顯著差異；菖蒲處理的糙米鎘含量高于對照，但兩者之間無顯著差異。

2.4 水生植物吸鎘量比較

黑藻的吸鎘量達2.920 mg/kg，顯著高于水蔥(0.405 mg/kg)和菖蒲(0.353 mg/kg)的吸鎘量(表1)，說明黑藻具有極強的鎘吸附能力。

3 結論與討論

3.1 土壤與水生植物鎘含量

從土壤的全鎘和有效鎘含量看，對照的土壤全鎘比試驗前降低了0.077 mg/kg，對照的土壤有效鎘比試驗前增加了0.140 mg/kg，可能由于植物的吸附作用，致使土壤全鎘含量呈下降現象，由于溫度和植物根系酸性分泌物的增加，致使對照土壤有效鎘呈增加趨勢。4個處理中，黑藻處理土壤全鎘含量與對照及另2個處理存在顯著差異，其他3個處理無顯著差異。黑藻的吸鎘量顯著高于水蔥、菖蒲處理。

表1 土壤和糙米鎘含量比較 mg/kg

注：同列數據后小寫字母不同表示0.05水平差異顯著，大寫字母不同表示0.01水平差異極顯著。

3.2 糙米鎘含量

栽植3種水生植物后，黑藻和水蔥處理的糙米鎘含量顯著高于對照，菖蒲處理的糙米鎘含量與對照無顯著差異。這可能由于稻田混栽水生植物后，與對照比較，形成了“水稻-水生植物-土壤” 復雜的共生系統，由于增栽水生植物后，根系的酸性分泌物增加，土壤中活躍的含鎘絡離子增加，使水稻根系增加了吸收鎘的可能性，導致黑藻和水蔥處理的糙米鎘含量增加。此種分析還需進一步試驗論證。

[1] 陳家武，鄧沛怡，程明玲.藻類吸附緩解稻田重金屬污染的研究[J].湖南農業科學，2014(12)：52-55.

[2]黃靈芝，曾光明，黃國和，等.黑棗對鎘離子的生物吸附研究[J].水處理技術，2009(2)：62-64.

[3] 李碩，劉云國，李永麗，等.水蔥對鎘的超富集作用及其用于植物修復的潛力[J].廣西植物，2007(2)：180-185.

[4] 曹優明，戴濤.菖蒲人工濕地對煤礦廢水中鎘的處理研究[J].工業水處理，2012(7)：43-45.

Effect of Companion Planting Aquatic Plants on Cadmium Content in Paddy Soil and Rice

LIU Tang-xing，XU Yi-lan，YAO Ji-lun

(Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic，Changsha，Hunan 410127)

[Objective]Effect of companion planting aquatic plants on cadmium content in paddy soil and rice was studied. [Method]Taking early rice，Hydrillaverticillata,Scirpusvalidus,Acoruscalamusas experimental materials, effects of companion planting aquatic plants on cadmium content in paddy soil and rice were studied. [Result] Compared with controls, the soil cadmium and effective cadmium content after mixing plant aquatic plants had no significant difference. The total cadmium content in soil mixedH.verticillatawas significantly higher than mixedS.validusandA.calamus. After mixingH.verticillataandS.validus, cadmium content in brown rice was significantly higher than that of control.[Conclusion]It provides the reference for exploring an effective way to cadmium reduction technology in paddy.

Cadmium; Brown rice; Companion planting; Aquatic plants

湖南省環境保護廳水稻重金屬污染項目(湘財建指[2013]229)；湖南生物機電職業技術學院科技創新團隊項目(10TD14)。

劉唐興(1968- )，男，湖南新化人，教授，博士，從事作物栽培生理研究。

2015-11-16

S 511

A

0517-6611(2015)35-042-02