堿性緩釋肥對(duì)水稻吸收積累Cd的影響

田發(fā)祥，紀(jì)雄輝，謝運(yùn)河，吳家梅，官迪

（1.湖南省土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125；2.中南大學(xué)研究生院隆平分院，長(zhǎng)沙 410125；3.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410125）

堿性緩釋肥對(duì)水稻吸收積累Cd的影響

田發(fā)祥1，3，紀(jì)雄輝1,2,3*，謝運(yùn)河1，2，3，吳家梅1，3，官迪1，3

（1.湖南省土壤肥料研究所/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)沙 410125；2.中南大學(xué)研究生院隆平分院，長(zhǎng)沙 410125；3.南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，長(zhǎng)沙 410125）

選擇長(zhǎng)株潭地區(qū)典型化工點(diǎn)源污染、污水灌溉面源污染和大氣沉降面源污染的鎘（Cd）污染稻田，研究堿性緩釋肥對(duì)稻田土壤有效Cd、水稻Cd含量的影響。結(jié)果表明：與常規(guī)施肥相比，北山、梅林橋、大同橋三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用堿性緩釋肥的水稻產(chǎn)量增加290.8（+3.9%）～605.0（+7.3%）kg·hm-2，平均增產(chǎn)467.8 kg·hm-2（+5.7%，P＜0.05）；三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用石灰和堿性緩釋肥均能提高土壤pH，降低土壤有效Cd含量，其效果為堿性緩釋肥小于石灰；三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用石灰和堿性緩釋肥均能顯著降低水稻稻米和莖葉Cd含量，在北山、大同橋酸性土壤中堿性緩釋肥降低稻米Cd含量的效果優(yōu)于石灰，兩地的稻米Cd含量分別較施用石灰下降0.023 mg·kg-1（-13.5%）和0.080 mg·kg-1（-26.7%），梅林橋偏中性的土壤上則為石灰降低稻米Cd含量的效果優(yōu)于堿性緩釋肥。

鎘；堿性緩釋肥；水稻

鎘（Cd）是自然界中廣泛存在的一種植物非必需元素，在美國(guó)毒物管理委員會(huì)（ATSDR）黑名單上名列第六，其在環(huán)境中化學(xué)活性強(qiáng)、移動(dòng)性大、毒性持久，易通過(guò)食物鏈的富集作用危及人類健康。受自然因素和人類活動(dòng)的影響，環(huán)境中Cd的釋放量日益增加，每年進(jìn)入生物圈的Cd約3×104t[1]。我國(guó)土壤重金屬污染是在工業(yè)化發(fā)展過(guò)程中長(zhǎng)期累積形成的，Cd污染農(nóng)田不僅污染面積大、程度重，且呈逐年加重趨勢(shì)[2-3]。農(nóng)田Cd污染一般會(huì)受到成土母質(zhì)和人為因素等多種污染源的共同影響[4-6]。目前治理土壤Cd污染的方法主要有物理法、化學(xué)法、生物法等，其中原位鈍化修復(fù)技術(shù)因成本較低、操作簡(jiǎn)單、見(jiàn)效快而適合大面積中輕度重金屬污染土壤治理，受到環(huán)境工作者的廣泛關(guān)注[7-8]。粘土礦物、生物炭、有機(jī)物料、土壤調(diào)理劑等是原位鈍化修復(fù)技術(shù)常用的鈍化劑[9-11]，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中都有一定的降Cd效果，但在不同Cd污染特征的土壤上存在較大差異。

施肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中最普遍也是最重要的增產(chǎn)增收措施，施肥也可以改良土壤，提高土壤pH值，因此通過(guò)施肥在保證水稻產(chǎn)量的同時(shí)降低稻米Cd含量將是今后發(fā)展的一個(gè)重要趨勢(shì)。當(dāng)前對(duì)降Cd肥料的研究大多集中在常規(guī)的單質(zhì)肥料[12-14]、堿性材料[15]，且其施用技術(shù)多為鈍化劑與肥料分開(kāi)施用，既要施肥，又要施鈍化劑，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本，影響了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。研發(fā)一種既能正常供應(yīng)氮磷鉀等養(yǎng)分，又能同時(shí)改良土壤，降低稻米Cd含量的新型肥料，即堿性肥料，將是新型肥料發(fā)展的一個(gè)重要方向。通過(guò)堿性肥料的施用，在降低當(dāng)季稻米Cd含量的同時(shí)緩慢改良土壤，使土壤逐漸從酸性變成中性，從而解決土壤和水稻Cd污染問(wèn)題?；诖?，宇豐公司研發(fā)了“堿性緩釋復(fù)合肥”，以期在正常供應(yīng)氮磷鉀養(yǎng)分的同時(shí)有效提高土壤pH值，從而降低土壤有效Cd含量，減小稻米Cd污染風(fēng)險(xiǎn)。為了檢驗(yàn)堿性復(fù)合肥的降Cd效果，本文以石灰和常規(guī)施肥為對(duì)照，在長(zhǎng)株潭比較典型的化工點(diǎn)源污染、污水灌溉污染、大氣沉降污染的Cd污染稻田，研究堿性緩釋肥對(duì)稻田土壤Cd的有效性及水稻Cd含量的影響，為堿性緩釋肥修復(fù)Cd污染稻田提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地和供試材料

選擇三種典型Cd污染特征稻田進(jìn)行試驗(yàn)研究。

（1）北山：化工企業(yè)點(diǎn)源污染試驗(yàn)點(diǎn)。位于長(zhǎng)沙縣北山鎮(zhèn)（28°26′22.7″N，113°03′28.4″E），為花崗巖發(fā)育的麻砂泥水稻土，雙季稻種植，土壤pH 5.2，土壤全Cd含量0.43 mg·kg-1，有效態(tài)Cd含量0.22 mg·kg-1。污染原因?yàn)?0世紀(jì)80年代至90年代上游化工廠排污通過(guò)灌溉引起下游農(nóng)田Cd污染。種植的水稻品種為湘晚秈12號(hào)。

（2）梅林橋：大氣沉降面源污染試驗(yàn)點(diǎn)。位于湘潭縣梅林橋鎮(zhèn)（27°46′9.80″N，112°56′52.93″E），為第四紀(jì)紅壤發(fā)育水稻土，雙季稻種植，土壤pH 6.4，土壤全Cd含量0.84 mg·kg-1，有效態(tài)Cd含量0.29 mg·kg-1。主要污染原因是湘潭及株洲工業(yè)廢氣經(jīng)大氣沉降所致。種植的水稻品種為湘晚秈13號(hào)。

（3）大同橋：污水灌溉面源污染試驗(yàn)點(diǎn)。位于攸縣大同橋鎮(zhèn)（27°08′25.21″N，113°22′15.92″E），為河流沖積物發(fā)育的酸性潮泥田，雙季稻種植，土壤pH 5.0，土壤全Cd含量0.42 mg·kg-1，有效態(tài)Cd含量0.15 mg· kg-1。主要污染原因是攸縣工礦企業(yè)污水流入農(nóng)田或通過(guò)河流湖泊并經(jīng)灌溉引起稻田土壤Cd污染。種植的水稻品種為湘晚秈12號(hào)。

供試的常規(guī)肥料為當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)用肥；供試石灰由湖南宇豐農(nóng)科生態(tài)工程股份有限公司提供，CaO≥65%；供試堿性緩釋復(fù)合肥為由湖南宇豐農(nóng)科生態(tài)工程股份有限公司提供的“宇豐”堿性緩釋肥料，N-P2O5-K2O為10-4-11，其中緩釋有效氮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（冷水不溶性氮占總氮百分率）≥20%，CaO≥8%，SiO2≥15%，ZnO為3%～5%，pH為8～10。

1.2 試驗(yàn)方法

在北山、梅林橋、大同橋鎮(zhèn)同時(shí)進(jìn)行田間小區(qū)試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均設(shè)3個(gè)處理。處理1：CK，常規(guī)施肥，按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣施肥，其中基施N-P2O5-K2O=10-4-11復(fù)合肥750 kg·hm-2，移栽后7～10 d追施尿素150 kg·hm-2；處理2：CKCa，常規(guī)施肥，增施石灰1500 kg·hm-2；處理3：AF，基施“宇豐”堿性緩釋復(fù)混肥750 kg·hm-2，移栽后7～10 d追施尿素150 kg·hm-2。所有處理養(yǎng)分保持一致（N、P2O5、K2O用量分別為144、30、82.5 kg·hm-2）。

所有處理均設(shè)置3次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，外設(shè)保護(hù)行。各小區(qū)面積20 m2，小區(qū)間用鋪塑料薄膜的土埂隔開(kāi)，各小區(qū)單排單灌。基肥和石灰于插秧前1周均勻撒入土壤并充分混勻。7月25日移栽，10月27日收獲，水分管理同當(dāng)?shù)匾恢拢辞捌谘退?，分蘗盛期后曬田控苗，孕穗期淹水灌溉，成熟期落干黃熟。按當(dāng)?shù)亓?xí)慣進(jìn)行病蟲(chóng)害管理。于水稻成熟期按五點(diǎn)采樣方法采取土壤和植株樣品進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)分析。

1.3 分析方法

土壤有效態(tài)Cd含量：采用《土壤質(zhì)量有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定原子吸收法》（GB/T 23739—2009）進(jìn)行測(cè)定。稱10g過(guò)20目篩土樣，加入DTPA-TEA-CaCl2浸提液（土∶水=1∶5）50 mL，振蕩2 h后過(guò)濾，稀釋20倍后用ICP-MS（ICAP Q，thermo fisher scientific）測(cè)定溶液Cd含量。土壤Cd全量：稱過(guò)100目篩土樣0.3000g于消煮管中，采用HNO3-H2O2-HF微波消煮，定容后過(guò)濾，用ICP-MS測(cè)定溶液Cd濃度。水稻糙米及植株Cd含量：稱樣0.300 0 g于消煮管中，分別加入HNO35 mL、H2O21mL，微波消解，定容后過(guò)濾，用ICP-MS測(cè)定Cd含量。以上所有樣品均做平行樣。

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0及Microsoft Excel 2003進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由圖1可知，北山、梅林橋、大同橋三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的產(chǎn)量均以堿性緩釋肥處理最高，產(chǎn)量分別為7 753.6、9 346.8、8 921.7 kg·hm-2，較對(duì)照增產(chǎn)3.9%、5.7%（P＜0.05）、7.3%（P＜0.05），分別較石灰處理增產(chǎn)383.8 kg· hm-2（+5.2%）、619.0 kg·hm-2（+7.1%，P＜0.05）、665.7 kg·hm-2（+8.1%，P＜0.05）；三點(diǎn)平均較對(duì)照處理增產(chǎn)467.8 kg·hm-2（+5.7%，P＜0.05），較石灰處理增產(chǎn)556.1 kg·hm-2（+6.9%，P＜0.05）。與對(duì)照處理相比，石灰處理產(chǎn)量有所下降，但差異不明顯。本試驗(yàn)中堿性緩釋肥的氮素主要以脲甲醛為主，脲甲醛是尿素與甲醛經(jīng)過(guò)化學(xué)反應(yīng)而合成的一種緩釋肥，其氮素難溶于水，只有在土壤生物或化學(xué)作用下，才能緩慢分解為無(wú)機(jī)氮而被植物吸收利用，其肥效的長(zhǎng)短取決于脲甲醛分子鏈的長(zhǎng)短，分子鏈越長(zhǎng)肥效期也就越長(zhǎng)。其中未反應(yīng)的尿素，在微生物分解下短期內(nèi)即可轉(zhuǎn)化為能被作物直接吸收的無(wú)機(jī)氮，是脲甲醛緩釋肥中的速效成分（養(yǎng)分釋放周期10～30 d）；其中的羥甲基脲，在微生物的作用下需要較長(zhǎng)時(shí)間才能分解，轉(zhuǎn)化為可被作物直接吸收的無(wú)機(jī)態(tài)氮，是脲甲醛緩釋肥中的中效成分（養(yǎng)分釋放周期30～60 d）；其中的甲基脲和聚甲基脲，必須經(jīng)過(guò)微生物的長(zhǎng)期多次分解才能轉(zhuǎn)化為可被作物吸收的無(wú)機(jī)態(tài)氮，是脲甲醛緩釋肥中的長(zhǎng)效成分（養(yǎng)分釋放周期60～120 d）。同時(shí)，其中的亞甲基脲具有吸附作用，可促使肥料與土壤微粒結(jié)合形成膠狀螯合物，從而減少養(yǎng)分流失，能夠被作物充分吸收，實(shí)現(xiàn)肥料利用率的提高[16]。可見(jiàn)，試驗(yàn)中堿性緩釋肥延長(zhǎng)了氮肥的供應(yīng)時(shí)間，符合水稻生長(zhǎng)對(duì)養(yǎng)分的需求，故有利于水稻產(chǎn)量的提高。

圖1 不同處理水稻產(chǎn)量Figure 1 The rice gain yields of different treatments at the three experiment sites

2.2 不同處理對(duì)水稻吸收積累Cd含量的影響

北山、梅林橋、大同橋三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的稻米、莖葉Cd含量見(jiàn)表1。結(jié)果表明，施用石灰或堿性緩釋肥均能降低稻米、莖葉Cd含量。與對(duì)照相比，三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用石灰的稻米Cd含量分別下降0.101 mg·kg-1（-37.0%，P＜0.05）、0.140 mg·kg-1（-65.7%，P＜0.05）、0.045 mg·kg-1（-13.1%），莖葉Cd含量分別下降0.444 mg·kg-1（-32.1%）、0.518 mg·kg-1（-59.3%，P＜0.05）、0.517 mg·kg-1（-24.2%）；三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用堿性緩釋肥的稻米Cd含量分別下降0.124 mg·kg-1（-45.5%，P＜0.05）、0.074 mg·kg-1（-34.8%，P＜0.05）、0.126 mg·kg-1（-36.3%，P＜0.05），莖葉Cd含量分別下降0.142 mg· kg-1（-10.3%）、0.245 mg·kg-1（-28.0%，P＜0.05）、0.625 mg·kg-1（-29.3%）。

在北山、大同橋以堿性緩釋肥處理降Cd效果較好，同石灰相比，兩地的稻米Cd含量分別下降0.023 mg·kg-1（-13.5%）、0.080 mg·kg-1（-26.7%），大同橋的莖葉Cd含量下降0.108 mg·kg-1（-6.7%），北山莖葉Cd含量有所提高，但處理間差異不明顯；而在梅林橋堿性緩釋肥的降Cd效果不如石灰，其稻米、莖葉Cd含量較石灰提高0.066 mg·kg-1（90.1%）、0.273 mg·kg-1（76.8%，P＜0.05）。可見(jiàn)，不同試驗(yàn)點(diǎn)的降Cd差異可能與當(dāng)?shù)氐耐寥蕾|(zhì)地、pH條件有關(guān)。

2.3 不同處理對(duì)土壤pH及土壤有效態(tài)Cd含量的影響

測(cè)定水稻成熟期土壤pH和土壤有效態(tài)Cd含量表明（表2），北山、梅林橋、大同橋施用石灰皆能增加土壤pH，其中，梅林橋、大同橋土壤pH顯著提高，與對(duì)照相比，三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用石灰后成熟期土壤pH分別提高0.35、0.45（P＜0.05）、0.44（P＜0.05）個(gè)單位；堿性緩釋肥也能增加成熟期土壤pH，三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分別較對(duì)照提高0.20、0.16、0.11個(gè)單位，但差異不顯著。堿性緩釋肥提升土壤pH值的效果不如石灰。

表1 三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同處理的水稻稻米與莖葉Cd含量（mg·kg-1）Table 1 The Cd contents of rice grains and stems of different treatments at the three sites（mg·kg-1）

北山、梅林橋、大同橋三試驗(yàn)點(diǎn)施用石灰都能降低土壤有效Cd的含量，其中大同橋下降0.022 mg· kg-1，降幅達(dá)11.7%，達(dá)顯著水平；北山、梅林橋降幅雖沒(méi)有顯著水平，但其降幅也分別達(dá)6.9%、6.5%。堿性緩釋肥在酸性土壤上（北山、大同橋）能夠降低土壤Cd的有效性，與對(duì)照相比，兩地降幅分別為8.3%、6.9%，但在偏中性土壤上（梅林橋）無(wú)效，甚至還略有增加?？傮w來(lái)說(shuō)，堿性緩釋肥在降低土壤Cd的有效性上不如石灰。從土壤Cd有效性降低幅度看，大同橋施用石灰、堿性緩釋肥的效果較好，北山點(diǎn)次之，梅林橋點(diǎn)最差。這可能與土壤質(zhì)地、土壤酸堿度、土壤有機(jī)質(zhì)有關(guān)。

表2 三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同處理的土壤pH、有效態(tài)Cd含量Table 2 The soil pH,available Cd contents from different treatments at the three sites

注：同列數(shù)據(jù)后的不同小寫字母表示各處理間差異顯著（P＜0.05）。

Note：Different lowercase letters within a column indicate significant differences（P＜0.05）between treatments.

2.4 水稻Cd含量與土壤有效態(tài)Cd含量、土壤pH的相關(guān)性分析

北山、梅林橋、大同橋的水稻稻米、莖葉以及土壤有效態(tài)Cd含量、土壤pH之間的相關(guān)性表明（表3），水稻稻米Cd含量與水稻莖葉Cd含量皆呈正相關(guān)關(guān)系，其中梅林橋、大同橋分別達(dá)極顯著、顯著水平，表明水稻莖葉中吸收積累的Cd越多，轉(zhuǎn)運(yùn)至稻米中的Cd也越多，但在北山鎮(zhèn)兩者相關(guān)性不顯著，說(shuō)明在北山鎮(zhèn)水稻稻米Cd含量還受其他因素的影響。三試驗(yàn)點(diǎn)的稻米及莖葉Cd含量與土壤有效態(tài)Cd含量呈正相關(guān)，但都未達(dá)顯著水平，表明水稻吸收積累Cd不僅受土壤有效態(tài)Cd含量的影響，還受許多其他因素的制約。三試驗(yàn)點(diǎn)的土壤有效態(tài)Cd含量與土壤pH呈負(fù)相關(guān)，但只有大同橋達(dá)極顯著水平，其余兩點(diǎn)相關(guān)性不顯著，說(shuō)明大同橋可以通過(guò)提高土壤pH值來(lái)降低土壤有效Cd含量，而其余兩地通過(guò)提高土壤pH值對(duì)土壤有效態(tài)Cd含量的影響相對(duì)要小。土壤pH與水稻莖葉Cd含量在三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)均呈負(fù)相關(guān)，但只有梅林橋點(diǎn)達(dá)極顯著水平，其余兩點(diǎn)相關(guān)不顯著；同時(shí)，土壤pH與水稻稻米Cd含量在北山、梅林橋也呈負(fù)相關(guān)，但也只有梅林橋點(diǎn)達(dá)極顯著水平，北山點(diǎn)相關(guān)不顯著?？梢?jiàn)梅林橋可以通過(guò)提高土壤pH值來(lái)降低稻米及莖葉中的Cd含量，而北山、大同橋僅僅依靠提高土壤pH值來(lái)降低水稻Cd含量是不夠的。

表3 三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)水稻稻米、莖葉Cd含量與土壤pH及土壤有效態(tài)Cd含量的相關(guān)性（n=9）Table 3 Correlations between soil available Cd,pH,and Cd contents of rice and stem at the three sites

3 討論

研究表明，土壤pH是影響土壤Cd活性的主要因素，控制著土壤中Cd的吸附-解吸、沉淀-溶解平衡等過(guò)程，pH值升高會(huì)促進(jìn)土壤膠體對(duì)Cd的吸附，有利于生成碳酸鹽、氫氧化物沉淀，降低土壤Cd的遷移性和生物有效性[17-20]。石灰是強(qiáng)堿性物質(zhì)，能顯著改良土壤酸性，提高土壤pH值，因此施石灰是目前改良土壤酸性[21]和修復(fù)Cd污染土壤[22]的主要措施。本試驗(yàn)中，北山、梅林橋、大同橋三個(gè)中輕度Cd污染稻田施用石灰均顯著提高了土壤pH，降低了土壤有效態(tài)Cd含量，降低了水稻稻米及莖葉Cd含量，且對(duì)水稻產(chǎn)量皆無(wú)明顯影響。然而，石灰施用后易產(chǎn)生CaCO3、CaSO4而導(dǎo)致土壤板結(jié)，如果常年大量施用無(wú)疑會(huì)降低土壤肥力和土地生產(chǎn)力，因而施用石灰只能作為一種應(yīng)急性的修復(fù)措施，不能長(zhǎng)期施用。本試驗(yàn)的“堿性緩釋肥”作為一種新型的肥料產(chǎn)品，其水溶液的pH值為8～10，也能夠調(diào)節(jié)土壤酸度，提高土壤pH值，但因其堿性沒(méi)有石灰強(qiáng)，施用量也只有石灰的一半，所以本試驗(yàn)中“堿性緩釋肥”在提高土壤pH值、降低土壤有效Cd含量方面上不如石灰。

然而，水稻積累Cd除受土壤本身的有效Cd含量、土壤pH值影響外，外源物的添加也能降低水稻對(duì)Cd的吸收[23-25]。宇豐公司生產(chǎn)的“堿性緩釋肥”除能夠滿足作物對(duì)養(yǎng)分的需求外，還含有CaO、SiO2、ZnO等成分，能有效降低水稻對(duì)Cd的吸收，減少Cd在稻米中累積。研究表明，施硅能顯著抑制Cd向地上部的運(yùn)輸，使質(zhì)外體運(yùn)輸途徑的運(yùn)輸量減少，同時(shí)降低了質(zhì)外體內(nèi)不同形態(tài)Cd的含量，特別是結(jié)合態(tài)的Cd顯著減少[26]；趙穎等[27]、史新慧等[28]、余跑蘭等[29]的研究認(rèn)為，硅可以降低水稻體內(nèi)Cd的遷移能力，使大部分Cd滯留在根部和莖葉中，阻止Cd向上遷移，即降低水稻可食部分的Cd含量。同時(shí)，還有研究表明[15，30]，添加鋅肥能降低水稻對(duì)隔的吸收，其降Cd機(jī)理主要表現(xiàn)為Zn、Cd在土壤、植株中的拮抗作用；在微量元素中，鋅對(duì)水稻Cd的吸收抑制作用最為顯著，其次是銅[31]。張建輝等[32]在湖南省采集108組稻米和土壤樣品，測(cè)定稻米Cd、土壤總Cd、土壤有效Cd和有效鋅含量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，稻米Cd和土壤有效鋅含量呈開(kāi)口向下的二次曲線關(guān)系，稻米Cd含量受到土壤有效Cd含量的促進(jìn)，而土壤有效態(tài)Zn小于12 mg·kg-1時(shí)，有效態(tài)Cd與有效態(tài)Zn對(duì)稻米中Cd的含量表現(xiàn)為協(xié)同作用，大于12 mg·kg-1時(shí)，兩者表現(xiàn)為拮抗作用，可以抑制稻米Cd的積累。

CaO是石灰的主要功能成分，其作用機(jī)理同石灰。試驗(yàn)中北山、梅林橋、大同橋三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用“堿性緩釋肥”，雖然其在提高土壤pH值、降低土壤有效Cd含量上不如石灰，但在北山、大同橋的酸性土壤上，施用“堿性緩釋肥”，其稻米Cd含量較石灰處理明顯下降。這與“堿性緩釋肥”含有CaO、SiO2、ZnO等成分不無(wú)關(guān)系，一方面Zn與Cd的拮抗作用減少了水稻對(duì)Cd的吸收量，另一方面水稻對(duì)硅的吸收抑制Cd向地上部的運(yùn)輸，降低水稻體內(nèi)Cd的遷移能力，使大部分Cd滯留在根部和莖葉中，阻止Cd向上遷移，從而降低水稻稻米的Cd含量。在梅林橋的偏中性土壤上施用堿性緩釋肥，水稻降Cd幅度不如石灰，這可能存在以下原因：由于Zn與Cd性質(zhì)相似，在偏中性的土壤上，施入的外源鋅容易生成碳酸鹽、氫氧化物沉淀而被土壤吸附固定，從而降低了其降Cd的效果[19，33]；水稻對(duì)硅的吸收主要以單硅酸為主，而有研究表明，在pH=6時(shí)，溶液中可溶性硅以聚硅酸凝膠狀態(tài)存在[34]，因此在本試驗(yàn)梅林橋的土壤施硅難以被水稻吸收利用，也導(dǎo)致其降Cd效果下降，故“堿性緩釋肥”在偏中性的土壤上降低水稻Cd含量的效果不如石灰。

4 結(jié)論

（1）與常規(guī)施肥相比，增施石灰北山、梅林橋、大同橋三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)水稻產(chǎn)量均有所下降，但都沒(méi)有達(dá)顯著水平；施用堿性緩釋肥，三個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)水稻產(chǎn)量提高290.8（+3.9%）～605.0（+7.3%）kg·hm-2，平均增產(chǎn)467.8 kg·hm-2（+5.7%，P＜0.05），增產(chǎn)顯著。

（2）施用石灰和堿性緩釋肥都能提升土壤pH、降低土壤Cd的有效性，但堿性緩釋肥在提升土壤pH的能力及降低土壤有效Cd含量上均不如石灰。

（3）同常規(guī)處理相比，施用石灰和堿性緩釋肥均能降低稻米、莖葉Cd含量。在酸性土壤上堿性緩釋肥的效果優(yōu)于石灰；在偏中性的土壤上，石灰降低水稻Cd含量的效果要優(yōu)于堿性緩釋肥?？梢?jiàn)，堿性緩釋肥在酸性土壤上的效果較好。

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Alkaline slow-release fertilizer decreased rice Cd uptake at Cd-contaminated paddy fields

TIAN Fa-xiang1,3,JI Xiong-hui1,2,3*,XIE Yun-he1,2,3,WU Jia-mei1,3,GUAN Di1,3
（1.Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province/Ministry of Agriculture Key Lab of Agri-Environment in the Midstream of Yangtze River Plain,Changsha 410125,China;2.Longping Branch of Graduate School,Central South University,Changsha 410125,China;3.Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China,Changsha 410125,China）

A field experiment was conducted to study the influences of alkaline slow-release fertilizer（AF）on soil available cadmium（Cd）and rice Cd content in typical Cd-contaminated paddy fields caused by chemical point source pollution（Beishan site）,sewage irrigation non-point source pollution（Meilinqiao site）and atmospheric deposition non-point source pollution（Datongqian site）in Chang-Zhu-Tan area.Three treatments were set up at each site,which were conventional fertilization（CK）,additional lime application at 1500 kg·hm-2（CKCa）and application of alkaline slow-release fertilizer（AF）.The results showed that：The application of AF significantly increased rice yields by 290.8（+3.9%）～605.0（+7.3%）kg·hm-2in the three experimental sites（Beishan,Meilinqiao,and Datongqiao）with an average increase of 467.8 kg·hm-2（+5.7%，P＜0.05）compared with CK treatment;Applications of both lime and AF increased soil pH and reduced soil available Cd contents as compared to the CK treatment,with the effects of lime superior to AF at the three sites;Applications of both lime and AF decreased Cd contents in rice grain and stem at the three sites;AF was superior to lime on decreasing rice grain Cd content at the acidic soil sites（Beishan and Datongqiao）with the rice grain Cd content further decreased by 0.023 mg·kg-1（-13.5%）and 0.080 mg·kg-1（-26.7%）in the AF treatment as compared to CKCa treatment at the Beishan and Datongqiao sites respectively,while lime was superior to AF on decreasing rice grain Cd content at the nearly neutral site（Meilinqiao）.

cadmium;alkaline slow-release fertilizer;rice

S511

A

1672-2043（2016）11-2116-07

10.11654/jaes.2016-0381

2016-03-23

水利部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201501019）

田發(fā)祥（1981—），男，土家族，碩士，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境與植物營(yíng)養(yǎng)研究。E-mail：tian831009@163.com

*通信作者：紀(jì)雄輝E-mail：1546861600@qq.com

田發(fā)祥，紀(jì)雄輝，謝運(yùn)河，等.堿性緩釋肥對(duì)水稻吸收積累Cd的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2016,35（11）：2116-2122.

TIAN Fa-xiang,JI Xiong-hui,XIE Yun-he,et al.Alkaline slow-release fertilizer decreased rice Cd uptake at Cd-contaminated paddy fields[J].Journal of Agro-Environment Science,2016,35（11）:2116-2122.