復合微生物有機肥在晚稻生產中的降鎘效果

陳友民，周衛軍，周雨舟，羅思穎，曹 勝，曹寧秋

（1.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省瀏陽市環境保護局，湖南 瀏陽 410300）

復合微生物有機肥在晚稻生產中的降鎘效果

陳友民1,2，周衛軍1，周雨舟1，羅思穎1，曹 勝1，曹寧秋1

（1.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128；2.湖南省瀏陽市環境保護局，湖南 瀏陽 410300）

采用田間試驗研究了復合微生物有機肥對重金屬鎘污染稻田的降阻作用與效果。結果表明：復合微生物有機肥可以促進土壤有效養分的活化，與對照相比可提高土壤堿解氮 51 mg/kg、有效磷 2.0 mg/kg 和速效鉀 31 mg/kg，但水稻的增產效果不顯著；可降低土壤鎘的生物有效性，施用量在 75 kg/667m2及以上時，土壤有效鎘含量顯著地低于對照；可減少鎘向稻谷中的遷移，降低稻谷鎘含量，施用量在 50 kg/667m2以上時，稻谷鎘含量顯著地低于對照處理的。

復合微生物肥；土壤；稻谷；降鎘效果；晚稻

環境保護部和國土資源部聯合發布的 2005～2013年全國土壤污染狀況調查公報顯示，在實際調查面積630 萬 km2中，土壤重金屬總超標率為 16.1% ；從污染分布情況看，西南、中南地區土壤重金屬超標范圍較大[1]。重金屬污染問題日趨嚴重，其對生態環境和人類健康的危害也越來越受到人們的關注[2-3]。重金屬元素的積累可導致土壤、大氣和水環境質量的進一步惡化，并引起農作物產量和品質的下降，進而通過食物鏈途徑危害人體健康[4]。因此，對重金屬污染土壤進行合理的修復與治理是非常迫切和必需的。常用的土壤重金屬治理方法主要有物理、化學和生物法[5]。生物修復（bioremediation）主要是利用天然存在的或特別培養的微生物在可調控環境條件下將有毒污染物轉化為無毒物質的處理技術[6]。利用微生物對重金屬污染土壤進行修復，具有修復成本低、無二次污染等特點，可在一定程度上帶來經濟效益和生態效益，是一種較理想的重金屬污染修復方法[7]。為此，2015 年在湖南省醴陵市進行了復合微生物有機肥晚稻田間試驗研究，以期為稻田土壤鎘污染的修復治理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況及材料

試驗于 2015 年 7～11 月 在 湖南省醴陵市泗汾 鎮經堂村進行。供試土壤為第四紀紅色粘土發育的紅黃泥。試驗前，取試驗地耕層混合樣測定，土壤肥力較高，其中土壤堿解氮、有效磷和速效鉀含量分別為242、17.6 和 53 mg/kg，土壤有機質含量為 48.9 g/kg，pH 值為 5.3，土壤全鎘和有效鎘含量分別為 0.64 和 0.36 mg/kg。

供試復合微生物有機肥為武漢合緣綠色生物工程有限公司生產的復合微生物肥料 [微生物肥（2011）準字 0825 號 ]，產品通用名稱：復合微生物肥料，粉劑。供試水稻為晚稻常規品種湘晚秈13號。

1.2 試驗設計

試驗共設 5 個處理。處理 1（CK）：常規施肥（40%復合肥 25 kg/667m2+ 尿素 5 kg/667m2）；處理 2 ：復合微生物肥料 40 kg/667m2+ 常規施肥 ；處理 3 ：復合微生物肥料 50 kg/667m2+ 常規施肥 ；處理 4 ：復合微生物肥料 75 kg/667m2+ 常規施肥 ；處理 5 ：復合微生物肥 料 100 kg/667m2+ 常規 施肥。每 個處 理 3 次重 復，共 15 個小區，隨機區組排列，每小區面積 30 m2。小區間做土埂包農膜隔離，四周設置 1.5 m 寬保護行。

1.3 田間管理

除施肥措施以外，其他各項管理措施均保持一致，且符合生產要求，由專人在同一天內完成。試驗田晚稻 6 月 23 日播種，7 月 22 日整地，7 月 23 日作埂覆膜，7 月 24 日分處理按方案施基肥并移栽。10 月 26日采集各小區耕作層土壤樣、稻谷樣，10 月 29 日收割，分別對各小區進行測產驗收，考察各處理多項經濟性狀和測定實際產量。土壤樣品和稻谷樣品分別送中國科學院生態環境研究中心和湖南省微生物研究院檢測。

1.4 土壤樣品測定

土壤全鎘和全鉛采用王水-高氯酸消煮-原子吸收光譜法測定；土壤全汞采用硫酸-五氧化二釩-冷原子吸收光譜法測定；土壤全砷采用氫化物發生原子吸收光譜法測定；土壤全鉻采用氫氟酸-高氯酸-硝酸消煮-原子吸收光譜法測定；有效態鎘采用原子吸收法（GB/T 23739—2009）測定。土壤 pH 值采用水提玻璃電極法測定；土壤理化性狀采用常規分析方法測定。

1.5 植株樣品的測定

水稻植株樣品采集后，帶回實驗室，經考種，分為莖葉和稻谷兩部分，80℃殺青 30 min，65℃烘干，用不銹鋼粉碎機磨碎，過 40 目篩，裝入塑料瓶中備用。植株中重金屬含量采用微波消煮-原子吸收法測定。

1.6 數據統計與分析

所有數據用 Excel 2007 軟件匯總整理，用 SPSS軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 復合微生物有機肥對晚稻產量的影響

從表1中可以看出，與對照相比，施用復合微生物有機肥稻谷產量略有增加，增產最多達 13.3 kg/667m2，增幅為 2.3% ；各處理間稻谷產量沒有顯著差異。這可能是由于試驗田基礎地力高，且按照當地常規施肥，施肥量較大，復合微生物有機肥的增產效果并不能充分顯示。因此，在土壤肥力水平高的田塊，可適當減少化肥施肥量，以充分發揮復合微生物肥的效果。

表1 不同處理產量的比較

2.2 復合微生物有機肥對土壤理化性狀及鎘含量的影響

由表2可知，施用復合微生物有機肥可以改善土壤理化性狀，顯著提高土壤有機質含量，與試驗前及對照相比，處理3～5 的土壤有機質含量得到顯著地提高 ；與對照相比，處理 2～5 的 pH 值雖有所提高，最大增加值為 0.2 個單位，但沒有顯著差異 ；施用復合微生物有機肥可以促進土壤速效養分的增加，種植一季晚稻后對照處理的土壤堿解氮與試驗前相比顯著降低，雖然處理 2～4 的土壤堿解氮含量也比試驗前低，但差異不顯著，而與對照相比則顯著增加，尤其是處理 5 的土壤堿解氮含量，分別比試驗前及對照高 5.8%及 24.9%，差異顯著 ；土壤有效磷在復合微生物有機肥施用量較低時，與對照及試驗前沒有顯著差異，當復合微生物有機肥施用量達到 75 kg/667m2及以上（處理4和處理5）時則顯著提高；土壤速效鉀雖然含量較低，但施用復合微生物有機肥則可顯著增加。由此可見，復合微生物有機肥對改良土壤理化性狀具有較好的作用。

從表2中還可看出，復合微生物有機肥的施用不會導致土壤全Cd含量的變化，但可以改變土壤中Cd的形態[8]，降低土壤有效 Cd 含量，處理 4～5 的土壤有效 Cd 含量顯著低于處理 1～3 及試驗前，處理 2～3的土壤有效Cd含量雖然比處理1及試驗前低，但沒有顯著差異。由此可見，從治理土壤重金屬Cd的效果來看，復合微生物有機肥有明顯的作用，但施用量不能太低，應在 75 kg/667m2以上。

表2 不同處理土壤理化性狀及鎘含量的比較

2.3 復合微生物有機肥對稻谷鎘含量的影響

重金屬污染土壤的修復效果關鍵是要考慮作物可食部分重金屬含量的達標狀況和降低程度[8-9]。從表3中可以看出，施用復合微生物有機肥的處理（處理2～5）稻谷鎘含量明顯低于處理 1（CK）；其中，處理3～5 的稻谷鎘含量顯著低于對照，但處理 2 與對照沒有顯著差異；而處理5的稻谷鎘含量最低，其次是處理 4，兩者之間差異不顯著。與對照比較，處理 2～5稻谷鎘含量分別降低 0.017、0.101、0.131 和 0.160 mg/ kg，降幅分別為 2.87%、17.03%、22.09% 和 26.98%。由此可見，施用復合微生物有機肥降阻稻谷鎘含量效果明顯，但是參照食品中鎘限量衛生標準（GB2762—2005），還未達到安全衛生標準要求。因此，對于中度污染的耕地，重金屬的治理與修復過程是一項長期而艱巨的工作。

表3 不同處理稻谷鎘（Cd）含量的比較

2.4 各處理的經濟效益分析

由表4可知，與對照相比，施用復合微生物有機肥的晚稻稻谷產量略有增加，稻谷按市場價 2.7 元 /kg計算，比對照增加產值 25.9～36.2 元 /667m2，減去增加的肥料成本，晚稻施用供試復合微生物有機肥較對照處理純收入有所下降，且與與施用量呈負相關。

表4 不同處理晚稻經濟效益的比較

3 結論與討論

微生物有機肥肥效的發揮既可以通過自身養分因素影響土壤肥力，又可以通過活化土壤中磷、鉀等養分[10]，促進作物對養分的吸收，從而提高產量[11]。試驗結果顯示，雖然水稻產量與對照相比，沒有達到顯著差異，但施用復合微生物肥還是表現出一定的增產效果。

微生物可以基于胞外絡合作用和胞外沉淀以及胞內積累作用對土壤環境中的重金屬進行固定，由于微生物的細胞壁表面含有一些基團（如巰基、磷酰基、羥基、羧基），這些基團都含有 P、S、O 等原子，這些原子都含有孤對電子，能為重金屬離子提供配位絡合的電子對，使重金屬結合在細胞壁上，微生物細胞膜上具有各類型吸附專性蛋白，因此重金屬能在細胞壁細胞膜上富集結晶[12-13]，從而使土壤中的重金屬生物活性降低，或者減弱其在土壤中的移動性。該研究結果顯示，施用復合微生物有機肥后，對土壤中全Cd含量沒有影響，但可以降低土壤中有效 Cd含量，從而使水稻對Cd的吸收作用減弱，降低稻谷中Cd含量。

復合微生物有機肥對降低土壤重金屬鎘的生物有效性和可移動性有良好的效果，但其修復效果受微生物種群、施用量、土壤類型、土壤理化性狀、田間持水量和土溫等因素的影響較大。在該研究的試驗條件下，施用復合微生物有機肥可改善土壤的供肥特性，提高土壤有效養分含量和水稻產量，但增產效果不顯著，經濟效益甚至與施用量呈負相關。同時，對土壤全鎘的降低作用不明顯，但能顯著地降低稻谷中的鎘含量，降幅達 2.87%～26.98%。

復合微生物有機肥本身含有一定的養分，并對土壤養分有一定的活化作用，從增加經濟效益的角度考慮，可以減少 20% 的化肥施用量。從試驗結果看，要達到顯著降低稻谷鎘含量的效果，復合微生物有機肥的最佳施用量為 100 kg/667m2。

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（責任編輯：成 平）

Effects of Decrease Cadmium after Application Compound Microbial Organic Fertilizer in Late Rice

CHEN You-min1,2，ZHOU Wei-jun1，ZHOU Yu-zhou1，LUO Si-yin1，CAO Sheng1，CAO Ning-qiu1
（1. The College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Liuyang Environmental Protection Bureau,Hunan Province, Liuyang 410300, PRC）

The effects of decrease and prevention Cd were studied after application compound microbial organic fertilizer in late rice with the fi eld experiment. The results showed the compound microbial organic fertilizer could activate the soil available nutrients and decrease the bio-available of the soil Cd and the content the rice Cd in late rice. Compare with the contrast treatment (CK), the content of the soil alkali-hydrolyzable nitrogen, the available phosphorus, and the available potassium could increase by 51, 2.0, and 31 mg/kg, respectively, but the increase of the rice yield was not signifi cant, when the compound microbial organic fertilizer was applied in late rice. The content of soil available Cd was signifi cantly less in those treatment of over 1 125 kg/hm2the compound microbial organic fertilizer than CK. The ability of Cd transferring to rice was weaken when the compound microbial organic fertilizer was applied, while the content of the rice Cd was notably less in the treatments of over 750 kg/hm2the compound microbial fertilizer than CK.

compound microbial organic fertilizer; soil; rice; effects of decrease Cd; late rice.

S144.1

A

1006-060X（2017）03-0035-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.011

2017-01-09

湖南省農業委員會項目（NC201538MZ01）

陳友民（1972-），男，湖南瀏陽市人，碩士研究生，主要從事土地、土壤生態環境研究。

周衛軍