土壤調理劑和復合微生物肥對農田土壤和水稻鎘、鉛的影響

馮光輝，谷 雨，何鳳鵬，吳海勇，劉瓊峰，李明德

（1. 湖南省湘鄉市東郊鄉農技站，湖南 湘鄉 411400；2. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125）

土壤調理劑和復合微生物肥對農田土壤和水稻鎘、鉛的影響

馮光輝1，谷 雨2，何鳳鵬1，吳海勇2，劉瓊峰2，李明德2

（1. 湖南省湘鄉市東郊鄉農技站，湖南 湘鄉 411400；2. 湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125）

以湖南省重金屬污染耕地修復綜合治理試點區中標土壤調理劑產品和復合微生物肥產品為試材，在長沙縣和湘鄉市典型稻區開展田間試驗，研究土壤調理劑、復合微生物肥對農田土壤和水稻中鎘、鉛含量的影響。結果表明：施用土壤調理劑能明顯提高土壤的pH 值，復合微生物肥對土壤的pH 值無明顯影響；施用土壤調理劑和復合微生物肥均能降低土壤有效鎘含量及稻米和稻草中總鎘、總鉛含量，但土壤調理劑的降低效果要明顯優于復合微生物肥，二者對土壤總鎘、總鉛含量沒有明顯的影響。

土壤調理劑；復合微生物肥；農田土壤；水稻；Cd；Pb

隨著工農業的快速發展，受工業“三廢”和農業各種化肥、農藥廣泛使用的影響，我國農田重金屬污染日趨嚴重[1-3]。農田重金屬污染成因復雜、長期累積、發生隱蔽、毒性緩效、診斷特殊、恢復長期，成為危害人體健康的“隱形殺手”[4]。目前，我國受到不同程度重金屬污染的耕地面積近 2 000 萬 hm2，其中鎘（Cd）、鉛（Pb）污染較為明顯。因重金屬污染而引起的糧食減產每年超過 1 000 萬 t，被污染糧食高達1 200 萬 t[5]。2002 年農業部稻米及其制品質量監督檢驗測試中心對全國市場稻米安全性抽檢結果顯示，稻米中超標最嚴重的是 Pb 和 Cd，超標率分別為 28.4%和 10.3%[6-7]。Cd 和 Pb 通過食物鏈等途徑進入人和動物體內，嚴重危害人和動物健康[8]。湖南省是我國重要的糧食產區，2013 年稻米鎘超標事件曝光后，引起國家高度重視。2014 年開始湖南作為唯一一個由農業部和財政部批復的國家級試點，啟動了重金屬污染耕地修復綜合治理工作。

施用土壤調理劑是修復退化土壤的重要措施之一。石灰、海泡石、磷酸鹽類等常用土壤調理劑一直是國內外學者的研究熱點，近年來探索新型有效土壤調理劑（硅肥、生物碳、微生物肥物質等）也成為研究趨勢[9-14]。國內外的土壤調理劑品種繁多，不同調理劑的性質與組成、作用機理以及在土壤重金屬治理的效果差異也較大[15-20]。目前湖南省將在試點區通過政府招標采購施用土壤調理劑、復合微生物肥等方法作為重金屬污染耕地修復綜合治理的主要措施之一。筆者以中標的土壤調理劑產品和復合微生物肥產品為試材，在長沙縣和湘鄉市典型稻區開展小區試驗，研究土壤調理劑產品和復合微生物肥產品對農田土壤和水稻 Cd、Pb 的影響，以期為驗證這 2 類產品在鈍化土壤重金屬活性、降低水稻重金屬鎘鉛含量、提高土壤pH值等方面的實際效果，為進一步篩選出適合重金屬污染耕地修復的土壤調理劑產品及大面積推廣應用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于 2016 年 3～7 月在湖南省長沙縣春華鎮大魚村和湘鄉市東郊鄉定托村進行，供試土壤分別為板頁巖發育的黃泥田和河流沖積物發育的河沙泥，供試土壤的基本理化性質見表1。

表1 供試土壤的基本理化性狀

供試土壤調理劑 ：（1）長沙 ：土壤調理劑產品13 個 ；（2）湘鄉 ：土壤調理劑產品 4 個，復合微生物肥產品 16個。產品分別由中標廠家提供。供試水稻品種分別為中早 39 和威優 402。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 （1）長沙試驗點設 15 個處理 ：處理 1（CK），常規施肥（40% 復合肥 30 kg/667m2＋尿素 7.5 kg/667m2＋氯化鉀 5 kg/667m2）；處理 2，常規施肥＋石灰（100 kg/667m2）；處理 3～15，常規施肥＋土壤調理劑產品（產品 1～13）。土壤調理劑的用量平均為 100 kg/667m2。每個處理 3 次重復，共 45 個小區，小區面積 24 m2，隨機區組排列。

（2）湘鄉試驗點設 22 個處理 ：處理 1（CK），常規施肥（40% 復合肥 30 kg/667m2＋尿素 7.5 kg/667m2＋氯化鉀 5 kg/667m2）；處理 2，常規施肥＋石灰（100 kg/667m2）；處理 3～6，常規施肥＋土壤調理劑產品（產品 1～4）；處理 7～22，常規施肥＋復合微生物肥產品（產品 1～16）。土壤調理劑、復合微生物肥的用量平均為100 kg/667m2。每個處理 3 次重復，共 66 個小區，小區面積 30 m2，隨機區組排列。

小區間設隔離行，各小區間田埂用塑料薄膜鋪蓋至田間土表 30 cm 以下，防止小區間串水串肥。各小區水稻均采取移栽，移栽行距為 16.7 cm×20.0 cm。

1.2.2 試驗材料的使用方法 土壤調理劑、復合微生物肥均采用基施，即先將試驗田翻耕、耙碎、整平后，做好小區間的田埂，然后按處理把生石灰、土壤調理劑和復合微生物肥均勻撒施在對應的小區內，隨即耙勻。1～2 d 后再施基肥，移栽水稻。

1.2.3 樣品采集與分析 試驗前取基礎土樣 1 kg，水稻收獲后分小區采集耕作層（0～20 cm）混合土壤樣品 1 kg，充分風干，并按常規分析方法[21]測定土壤pH值、有機質、堿解氮、有效磷、速效鉀、陽離子交換量、重金屬總鎘、有效鎘和總鉛含量。水稻收獲后每個小區取收獲的植株和籽粒樣品各 1 kg，測定植株和籽粒的總鎘、總鉛含量，并測定每個小區的實際產量。試驗數據采用 Excel 2003 進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 土壤調理劑和復合微生物肥對土壤 pH值的影響

從表2可以看出，長沙、湘鄉2個試驗點施用土壤調理劑均能明顯提高土壤的 pH 值，試驗后土壤 pH平 均 值 分 別 為 5.46 和 5.55， 比 對 照 分 別 提 高 了 0.34和 0.44，提高幅度分別為 6.6% 和 8.6% ；施用復合微生物肥后土壤 pH 值范圍為 4.98～5.23，平均為 5.09，與對照相近。從表2還可以看出，2個試驗點施石灰處理的土壤 pH 值分別為 5.70 和 5.66，比對照分別提高了 0.58 和 0.55，增加幅度分別為 11.3% 和 10.8% ；這說明施用石灰、土壤調理劑、復合微生物肥對提高土壤pH值的效果，以石灰最好，其次為土壤調理劑，復合微生物肥的效果較差。2.2 土壤調理劑和復合微生物肥對土壤重金屬鎘、鉛含量的影響

表2 土壤調理劑和復合微生物肥對土壤 pH 值的影響

從表3可以看出，施用土壤調理劑和復合微生物肥均能明顯降低土壤有效鎘含量，長沙、湘鄉2個試驗點施用土壤調理劑后土壤有效鎘平均含量分別為 0.130 和 0.122 mg/kg，比對照分別降低了 0.015 和0.009 mg/kg，降低幅度分別為 10.3% 和 7.0%。施用復合微生物肥后土壤有效鎘含量平均為 0.122 mg/kg，比對照降低了 0.006 mg/kg，降低幅度為 4.7%。施石灰也能明顯降低土壤有效鎘含量，降鎘效果分別達到了15.9% 和 4.7%。因此綜合來看以施土壤調理劑降低土壤有效鎘的效果較明顯。

從表4可以看出，無論是施用土壤調理劑還是復合微生物肥，或者是施用石灰，對土壤總鎘、總鉛含量均沒有明顯的影響，2個試驗點的結果一致。

表3 土壤調理劑和復合微生物肥對土壤有效鎘含量的影響

2.3 土壤調理劑和復合微生物肥對水稻重金屬含量的影響

2.3.1 土壤調理劑和復合微生物肥對稻米和稻草鎘含量的影響 由表5可知，施用石灰、土壤調理劑和復合微生物肥均能明顯降低稻米和稻草中鎘含量。長沙、湘鄉兩個試驗點施用土壤調理劑后稻米鎘含量平均值分別為 0.123 和 0.357 mg/kg，比對照分別降低了 0.079和 0.192 mg/kg，降低幅度分別為 39.1% 和 35.0% ；稻草鎘含量平均值分別為 0.489 和 1.070 mg/kg，比對照分 別 降 低 了 0.765 和 0.604 mg/kg， 降 低 幅 度 分 別 為61.0% 和 36.1%。

施用復合微生物肥后稻米和稻草中鎘含量平均值分別為 0.461 和 1.604 mg/kg，比對照分別降低了 0.088和 0.070 mg/kg，降低幅度分別為 16.0% 和 4.2%。

表4 土壤調理劑和復合微生物肥對土壤總鎘、總鉛含量的影響

表5 土壤調理劑和復合微生物肥對稻米和稻草鎘含量的影響

施石灰也能明顯降低稻米和稻草中鎘含量，稻米降鎘效果達到了 33.9%～57.4% ；稻草降鎘效果達到了35.2%～75.4%。

2.3.2 土壤調理劑和復合微生物肥對稻米和稻草鉛含量的影響 從表6可以看出，長沙、湘鄉2個試驗點施用土壤調理劑后稻米鉛含量平均值分別為 0.045 和0.150 mg/kg，比對照分別降低了 0.007 和 0.029 mg/kg，降低幅度分別為 13.5% 和 16.2% ；稻草鉛含量平均值分別為 2.241 和 2.029 mg/kg，比對照分別降低了 0.548和 0.685 mg/kg，降低幅度分別為 19.6% 和 25.2%。

施用復合微生物肥后稻米中鉛含量平均值為0.176 mg/kg，比對照降低了 0.003 mg/kg，降低幅度分別為 1.7% ；稻草中鉛含量平均值為 2.744 mg/kg，與對照相近。

施石灰也能明顯降低稻米和稻草中鉛含量，長沙試驗點稻米和稻草中鉛含量分別為 0.043 和 1.833 mg/kg，其降低效果較施土壤調理劑的更明顯；湘鄉試驗點稻米和稻草中鉛含量分別為 0.173 和 1.783 mg/kg，比對照分別降低了 0.006 和 0.931 mg/kg，降低幅度分別為3.4% 和 34.3%，其降低效果順序為 ：土壤調理劑＞石灰＞復合微生物肥。

3 討論與結論

施用土壤調理劑或石灰能明顯提高土壤pH值，而復合微生物肥對土壤pH值影響不明顯。施用石灰是一項傳統的酸性土壤改良措施。石灰為強堿性物質，生石灰的主要成分是氧化鈣（CaO），添加后土壤中的 OH-增加，pH 值升高，促進土壤中重金屬形成氧化物沉淀，有效降低其交換態含量，同時通過生物化學作用形成一些高分子聚合物，與重金屬形成絡合物而使其固定，影響植物對重金屬吸收[22]。土壤調理劑主要成分包括 CaO、SiO2和 MgO 等，pH 值一般在8.5～12.0，為堿性—強堿性物質，可以調節土壤的物理、化學和（或）生物性狀，改良土壤結構，改善土壤水分狀況，提高土壤肥力等[23]。復合微生物肥指特定微生物與營養物質復合而成，能提供、保持或改善植物營養，提高農產品產量或改善農產品品質的活體微生物制品。其成分主要以有效活菌數為主，堿性相對較弱，故土壤調理劑對于提高土壤pH值的效果比復合微生物肥更明顯。雖然石灰對提高土壤pH值的效果最好，但是長期或大量使用石灰會引起土壤板結，使土壤中鈣、鎂、鉀等元素失衡，從而導致作物減產[24]。因此，石灰的使用要適量，以避免土壤板結。

表6 土壤調理劑和復合微生物肥對稻米和稻草鉛含量的影響 （mg/kg）

施用土壤調理劑、石灰和復合微生物肥均能降低土壤有效鎘含量及稻米和稻草中總鎘、總鉛含量，對土壤總鎘、總鉛含量均沒有明顯的影響，其中：土壤有效鎘含量降低幅度分別為 7.0%～10.3%、4.7%～15.9%和 4.7%，稻米鎘含量降低幅度分別為 35.0%～39.1%、33.9%～57.4% 和 16.0%，稻草鎘含量降低幅度分別為36.1%～61.0%、35.2%～75.4% 和 4.2%， 稻米鉛含量降低 幅 度 分 別 為 13.5%～16.2%、3.4%～17.9% 和 1.7%，稻草鉛含量降低幅度分別為 19.6%～25.2%、34.3% 和1.1%（提高），因此，從提高土壤的 pH 值、降低土壤有效鎘和稻米、稻草中鎘、鉛的綜合效果來看，土壤調理劑、石灰＞復合微生物肥。何鳳鵬等[25]研究也表明，天然礦物類土壤調理劑對于降低稻米中總鎘和總鉻的效果比復合微生物肥更明顯。因此，施用土壤調理劑可作為重金屬污染耕地修復綜合治理的主要措施之一，但其對土壤理化性狀、生物性狀的影響及其施用技術還有待進一步研究。

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（責任編輯：肖彥資）

Effects of Soil Conditioners and Compound Microbial Fertilizers on Cd and Pb in Farmland Soil and Rice

FENG Guang-hui1，GU Yu2，HE Feng-peng1，WU Hai-yong2，LIU Qiong-feng2，LI Ming-de2
（1. Dongjiao Town Agricultural Technology of Agricultural Bureau in Xiangxiang City of Hunan Province, Xiangxiang 411400, PRC; 2. Soil and Fertilizer Institute of Hunan Province, Changsha 410125,PRC）

Took the soil conditioner products and compound microbial fertilizer products to heavy metal pollution in Hunan Province farmland restoration comprehensive management pilot areas as test materials, field experiments were conducted in a typical area of Changsha County and Xiangxiang City, the research on the influence of soil conditioner, compound microbial fertilizer on Cd, Pb of soil and rice. The results showed that the application of soil conditioner signifi cantly increased the pH value of soil, and the compound microbial fertilizer had no signifi cant effect on the pH value of soil; the application of soil conditioner and compound microbial fertilizer decreased the content of available cadmium in soil and the contents of total cadmium and total lead in rice and straw, however, the effect of soil conditioner was signifi cantly lower than that of compound microbial fertilizer, and the two had no signifi cant effect on total cadmium and total lead content.

soil conditioner; compound microbial fertilizer; farmland soil; rice; Cd; Pb

S156.2

A

1006-060X（2017）03-0027-04

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.009

2016-12-29

國家“十二五”科技支撐計劃項目（2012BAD14B17）

馮光輝（1977-），男，湖南湘鄉市人，農藝師，主要從事農技推廣工作。

李明德