雙季稻田施用土壤調(diào)理劑的生態(tài)環(huán)境效應(yīng)初探

吳家梅，謝運河，田發(fā)祥，官 迪，陳 錦，紀(jì)雄輝，柏連陽

（1. 湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，農(nóng)田土壤重金屬污染防控與修復(fù)湖南省重點實驗室，湖南 長沙 410125；2. 農(nóng)業(yè)部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，湖南 長沙 410125；3. 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 長沙 410125；4. 湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南 長沙 410125）

我國污染耕地約有0.1億hm2，中、重度污染耕地高達(dá)333.33萬hm2[1]，土壤污染不僅導(dǎo)致土壤生態(tài)功能退化，影響我國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，而且給生態(tài)環(huán)境安全帶來嚴(yán)重的威脅，因此治理耕地污染已成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的熱點問題。

中輕度重金屬污染土壤施用土壤調(diào)理劑，是一種有效的修復(fù)與利用同時進(jìn)行的措施。重金屬污染尤其是鎘污染土壤的調(diào)理劑，主要有提高酸性土壤pH值、降低重金屬活性、吸附重金屬離子和抑制土壤重金屬向植物遷移等方式[2]，減少作物對鎘的吸收。研究采用的土壤調(diào)理劑以石灰氮為主要原料，石灰氮含氮素20%～22%、含鈣50%，是藥、肥兩用的土壤凈化劑[3]。石灰氮作為肥料使用的歷史悠久，但作為土壤調(diào)理劑能否降低中輕度污染土壤中作物對鎘的吸收的研究較少。

福壽螺（Pomaces canaliculataLamark）是世界100種惡性外來入侵物種中僅有的一種水生螺[4]。福壽螺食量大，咬食水稻等作物，可造成嚴(yán)重減產(chǎn)，是名副其實的水稻殺手。目前福壽螺已侵入到我國13個省（市）246個縣（市），受害農(nóng)田超過4 266 880 km2[5]。福壽螺在湖南已由點狀分布發(fā)展成片狀分布，自2009年以來，福壽螺在湖南省不同縣市爆發(fā)，已經(jīng)嚴(yán)重威脅湖南的糧食生產(chǎn)安全。以石灰氮為主要原料的土壤調(diào)理劑施入稻田，能否降低福壽螺高發(fā)稻區(qū)的活體螺數(shù)量的研究較少。因此，研究主要采用以石灰氮為主要原料的土壤調(diào)理劑，旨在明確土壤調(diào)理劑對抑制福壽螺的效果、調(diào)節(jié)土壤酸堿性和降低稻米中鎘含量的影響，為石灰氮的合理農(nóng)用提供理論支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗于2016年設(shè)置在湖南省長沙縣北山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣站試驗基地（28°26′22.7″N，113°03′28.4″E），該地區(qū)年平均溫度17.1℃，年降水量1 500 mm，年≥10℃積溫5 300～6 500℃，為南方典型的水稻生產(chǎn)區(qū)。土壤類型為花崗巖發(fā)育的水稻土，化學(xué)性質(zhì)：土壤pH值4.9，有機(jī)質(zhì)28.5 g/kg，全氮2.59 g/kg，堿解氮173 mg/kg，有效磷35.2 mg/kg，速效鉀72 mg/kg，全鎘1.03 mg/kg，有效鎘0.46 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計和田間管理

水稻試驗采用田間小區(qū)試驗，設(shè)置5個處理，每個處理重復(fù)3次，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。每小區(qū)面積119 m2。早晚稻施肥量相同，處理如下：（1）對照（CK）：常規(guī)施肥；（2）土壤調(diào)理劑1：常規(guī)施肥，土壤調(diào)理劑用量為112.50 kg/hm2；（3）土壤調(diào)理劑2：常規(guī)施肥，土壤調(diào)理劑用量為168.75 kg/hm2；（4）土壤調(diào)理劑3：常規(guī)施肥，土壤調(diào)理劑用量為225.00 kg/hm2。

常規(guī)施肥（N、P和K用量早稻分別為N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2，晚稻施肥為N 180 kg/hm2，P2O545 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2）N、P、K肥分別為尿素、鈣鎂磷肥和氯化鉀。不同處理的N、P、K 肥保持一致，土壤調(diào)理劑處理的N肥為化學(xué)尿素+土壤調(diào)理劑的N素。所有肥料全部作基肥一次施入稻田，常規(guī)施肥處理在水稻移栽前一天施入，早稻施用土壤調(diào)理劑在水稻移栽前15 d施入土壤，晚稻于移栽前7 d，翻耕與土壤混勻。由于土壤調(diào)理劑含有氮肥，為保證每個處理施肥量保持一致，施土壤調(diào)理劑的稻田中，在水稻生長季，為了避免小區(qū)相互串水，小區(qū)田埂采用薄膜覆蓋。為防治福壽螺逃逸，每個小區(qū)用高0.5 m的10目尼龍網(wǎng)隔開。早晚稻品種分別為湘早秈45號和H優(yōu)519，早稻于4月13日移栽，7月20日收獲，晚稻于7月26日移栽，10月26日收獲。生產(chǎn)中病蟲害防治與當(dāng)?shù)亓?xí)慣保持一致。

1.3 樣品采集與測定

福壽螺的取樣調(diào)查于施土壤調(diào)理劑前、水稻移栽前、苗期、分蘗期和成熟期調(diào)查取樣，于每個小區(qū)隨機(jī)選擇3個1 m2的區(qū)域，調(diào)查福壽螺活體的個數(shù)，水稻成熟后各小區(qū)單打單收，測產(chǎn)，并取樣檢測大米中鎘的含量。

1.4 計算方法與數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 10.0軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計分析并作圖，多重比較的顯著性檢驗均采用LSD法。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤調(diào)理劑條件下的土壤pH值

隨調(diào)理劑施用量的增加，土壤pH值呈上升趨勢（表1）。施用土壤調(diào)理劑，早、晚稻稻田土壤pH值分別提高0.06～0.19和0.05～0.20個pH值單位，尤其是早稻施調(diào)理劑225.00 kg/hm2，pH值比對照顯著提高，晚稻不同施肥處理間無顯著性差異。

表1 不同處理稻田pH值

2.2 不同處理條件下稻田福壽螺的生長情況

稻田中福壽螺活體的數(shù)量隨著生育期的延長而減少（表2）。早、晚稻施土壤調(diào)理劑后，福壽螺活體數(shù)量明顯減少，尤其是水稻移栽時期，早、晚稻分別比對照處理減少95.0%和87.5%。早稻施用土壤調(diào)理劑明顯影響晚稻稻田的福壽螺的生長，早稻施肥后和晚稻生育期的福壽螺幾乎全部死亡。可見土壤調(diào)理劑的施用抑制田間福壽螺的生長。

2.3 不同土壤調(diào)理劑處理條件下的稻米鎘含量

表2 不同處理田間福壽螺活體數(shù)量 （個）

早、晚稻施入土壤調(diào)理劑，稻米鎘含量隨施用量的增加而降低（表3），少早、晚稻稻米鎘平均含量分別比對照處理降低19.1%和16.8%。早稻施調(diào)理劑168.75和 225.00 kg/hm2比對照下降23.5%（P＜0.05）和 28.7%（P＜0.05），晚稻施調(diào)理劑 225.00 kg/hm2比對照處理稻米鎘含量下降25.2%（P＜0.05）。

表3 不同處理條件下的稻米鎘含量 （mg/kg）

2.4 不同土壤調(diào)理劑處理條件下的水稻產(chǎn)量

早、晚稻水稻產(chǎn)量分別為5 833～6 056 kg/hm2和7 153～7 500 kg/hm2（表4）。與對照相比，早、晚稻施入不同量土壤調(diào)理劑的水稻產(chǎn)量有增加也有減少，但不同處理間水稻產(chǎn)量無顯著差異，可見早、晚稻施入土壤調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量無顯著影響。

表4 不同處理條件下的水稻產(chǎn)量 （kg/hm2）

3 結(jié) 論

早晚稻施入甲烷土壤調(diào)理劑后，土壤pH值呈上升趨勢，早晚稻分別提高0.06～0.19和0.05～0.20個pH值單位。

稻田施用土壤調(diào)理劑的福壽螺活體數(shù)量明顯減少，早、晚稻移栽期福壽螺活體數(shù)量分別比對照減少95.0%和87.5%。

土壤調(diào)理劑的施用能降低稻米鎘的含量，早晚稻稻米鎘含量平均降低19.1%和16.8%，尤其是土壤調(diào)理劑施用量達(dá)225.00 kg/hm2，早、晚稻稻米鎘降低28.7%（P＜0.05）和25.2%（P＜0.05）。

土壤施用調(diào)理劑不影響水稻產(chǎn)量，因此在保證糧食安全的前提下，早、晚稻稻田選擇施入225.00 kg/hm2甲烷土壤調(diào)理劑比較合適，水稻既不減產(chǎn)，又能適量提高土壤pH值，有效降低稻米中重金屬鎘的含量，并抑制稻田福壽螺的生長。

參考文獻(xiàn)：

[1] 歐國良，吳 剛. 我國城鎮(zhèn)化與工業(yè)化進(jìn)程中的土地污染問題[J].社會科學(xué)家，2015，（2）：73-78.

[2] 孫薊鋒，王 旭. 土壤調(diào)理劑的研究和應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國土壤與肥料，2013，（1）：1-7.

[3] 王 禮. 石灰氮對土壤微生物種群及黃瓜枯萎病病原菌影響的研究[D]. 杭州：浙江大學(xué)，2006.

[4] Lowe S，Browne M，Boudjelas S，et al. 100 of the World’s Worst Invasive Alien Species[M]. Auckland：The Invasive Species Specialist Group，IUCN，2000.

[5] 劉雨芳，李 菲，李玉峰，等. 福壽螺在湖南的分布現(xiàn)狀、危害與擴(kuò)散風(fēng)險預(yù)警[J]. 水生生物學(xué)報，2011，35（6）：1067-1071.