土壤調理劑對不同成土母質鎘污染稻田的修復效果

張敏 程偉 王玉雙 伍善東 李一路 單世平

摘 要：在湖南寧鄉(xiāng)、湖北大治、江西九江3地選擇由不同母質發(fā)育而成的鎘污染土壤進行早、晚稻連續(xù)施用土壤調理劑的田間試驗，考察土壤調理劑對土壤pH值、土壤Cd有效態(tài)含量、稻米Cd含量等的影響。結果表明：與不施土壤調理劑的對照相比，不同母質發(fā)育而成的土壤，施用土壤調理劑后其pH值提高了0.32～0.80個單位，土壤中有效Cd含量下降了22.05%～66.10%，稻米Cd含量減少了33.22%～65.96%;同時，施用土壤調理劑還能提高水稻的經(jīng)濟性狀，增加水稻產(chǎn)量，土壤調理劑用量為100 kg/667m2時，增產(chǎn)率為5.38%～8.10%;土壤調理劑用量為150 kg/667m2時，增產(chǎn)率為9.32%～11.15%。這說明土壤調理劑可有效改善酸性土壤理化性質，降低土壤鎘的可移動性，減少水稻鎘吸收，提升稻谷產(chǎn)量，進而提高經(jīng)濟效益。

關鍵詞：土壤調理劑;成土母質;鈍化效果;鎘;土壤pH值

中圖分類號：X53文獻標識碼：A文章編號：1006-060X（2020）07-0031-05

Abstract： In order to study the effects of “Dasanyuan” soil conditioner on soil pH， soil available Cd content， and rice Cd content for spring and autumn rice planting，? soil samples of Cd contaminated paddy fields from different parent materials were collected in Ningxiang of Hunan，? Jiujiang of Jiangxi and Dazhi of Hubei. The results showed that compared with the control （ no soil conditioner）， adding “Dasanyuan” soil conditioner increased soil pH values by 0.32-0.80 units， decreased soil available Cd contents by 22.05-66.10% ， and decreased rice Cd contents? by 33.22-65.96%;? it also improved the economic characters and yield of rice. Applied with 1500kg/hm2 and 2 250kg/hm2 of? “Dasanyuan” soil conditioner， the rice yields increased 5.38%-8.10% and 9.32-11.15%， respectively. The above results indicate that “Dasanyuan”soil conditioner can effectively improve soil physical and chemical properties， lower the mobility of cadmium in soil， reduce cadmium uptake by rice， increase rice yield， and further enhance economic returns.

Key words： soil conditioner; soil parent materials; passivation; cadmium; soil pH

我國農(nóng)田土壤重金屬污染極為嚴重[1]，特別是鎘（Cd）污染問題，引起了社會的廣泛關注。據(jù)統(tǒng)計，我國的鎘污染農(nóng)田面積達到28.0萬hm2，年產(chǎn)鎘超標農(nóng)產(chǎn)品數(shù)量超過150萬t[2-4]。土壤中的Cd主要來源于成土母質及各種工業(yè)、農(nóng)業(yè)活動。Cd可通過水稻的根吸收在各個器官內遷移累積，然后通過稻米進入食物鏈，危害人類健康[5-7]。研究表明，土壤調理劑可在一定程度上降低土壤重金屬活性，從而減少農(nóng)作物對重金屬的吸收積累，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的目的[8-10]。

為了有效緩解稻田鎘污染對水稻安全生產(chǎn)的影響，筆者在湖南寧鄉(xiāng)、湖北大冶、江西九江的水稻種植區(qū)域，選取不同成土母質發(fā)育而來的鎘污染稻田，連續(xù)兩季耕作水稻，施用“大三元”土壤調理劑，考察土壤調理劑對土壤pH值、土壤Cd有效態(tài)含量、稻米Cd含量等的影響，為Cd污染稻田的安全生產(chǎn)、農(nóng)產(chǎn)品的安全利用提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗在湖南寧鄉(xiāng)、湖北大治、江西九江進行，各地農(nóng)田土壤的理化性質見表1。供試早、晚稻品種分別為湘早秈42號、湘晚秈13號。供試土壤調理劑為“大三元”土壤調理劑（湖南潤邦生物工程有限公司），采用礦物基治理材料、有機固化吸附材料、降鎘土壤微生物3種物質復配而成，含氧化鈣（CaO）26.5%、氧化硅（SiO2）23.2%、氧化鉀（K2O）1.95%、有效磷（P2O5）1.90%、有機質15.4%、pH值11.4、水份0.65%、汞（Hg）0.08 mg/kg、砷（As）9.58 mg/kg、鎘（Cd）0.70 mg/kg，鉛（Pb）18.61 mg/kg、鉻（Cr）45.56 mg/kg，產(chǎn)品質量符合該公司Q/BNQS 009—2014企業(yè)標準。

1.2 試驗設計

試驗設3個處理，分別為：處理1（CK），常規(guī)施肥，不施用土壤調理劑;處理2，常規(guī)施肥+土壤調理劑100 kg/667m2基施;處理3，常規(guī)施肥+土壤調理劑150 kg/667m2基施。每個處理重復3次，共設9個小區(qū)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積20 m2，試驗田四周設置2.5 m寬保護行。進行早稻和晚稻兩季作物定位試驗，試驗小區(qū)田埂自犁底層以上全部用農(nóng)膜包好，并保持原狀不動，防止肥水串排串灌。

1.3 田間管理

供試早稻于2019年4月2日播種，4月28日移栽，移栽密度為17 000株/667m2。移栽前結合整田，于4月20日施用40%水稻專用配方肥（N-P2O5-K2O=20-10-10）25 kg/667m2作基肥;5月7日早稻返青后施用水稻專用配方肥10 kg/667m2作追肥，按照試驗方案實施各處理。各處理的灌溉、病蟲防治和中耕除草等栽培管理措施完全相同，7月23日獲收。晚稻于7月6日播種育秧，7月30日移栽插秧，各田間管理與施肥處理與早稻一致，9月25日成熟收割。

1.4 樣品采集

土壤、植株樣品于收獲前1～3 d采集。植株樣品采用五點取樣法，每點采集1株水稻，即每小區(qū)采5株，裝入網(wǎng)袋中保存。土壤樣品通過原位采集，同樣每小區(qū)采樣5處，用取土器取樣，取樣深度為0～20 cm。

采集的水稻植株樣品帶回實驗室風干處理后將籽粒分離出來，70℃烘至恒質量，粉碎過100目篩備用。土壤樣品置于陰涼通風處直至干燥，隨后粉碎分別過20目和100目篩，留存?zhèn)溆谩?/p>

收獲時分處理單收、單曬、單獨稱重計算各小區(qū)產(chǎn)量，分別取土樣和稻谷樣至上級具檢測資質的單位進行檢測。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2006和SPSS 25.0軟件進行統(tǒng)計分析，并采用Duncan多重檢驗法對各處理進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤調理劑對不同母質發(fā)育而成的土壤pH值的影響

用土壤調理劑處理不同地區(qū)的稻田，土壤pH值均不同程度升高（圖1）。連續(xù)2季定位試驗結果表明，湖南使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的土壤pH值與處理1相比差異顯著（P<0.05），分別升高了0.37和0.43，處理2與處理3間不存在顯著性差異（P>0.05）;晚稻試驗中處理2、處理3的土壤pH值與處理1相比差異顯著（P<0.05），分別升高了0.64和0.72，處理2與處理3相比存在顯著性差異（P<0.05）。江西使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的土壤pH值與處理1相比差異顯著（P<0.05），分別升高了0.32和0.63，且處理2與處理3相比存在顯著性差異（P<0.05），處理3的土壤pH值比處理2高0.31;晚稻試驗中處理2、處理3的土壤pH值與處理1相比差異顯著（P<0.05），分別升高了0.63和0.80，處理2與處理3相比存在差異顯著（P<0.05），處理3的土壤pH值比處理2高0.17。湖北使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的土壤pH值與處理1相比差異顯著（P<0.05），分別升高了0.32和0.54，且處理2與處理3相比存在顯著性差異（P<0.05），處理3的土壤pH值比處理2高0.22;晚稻試驗中處理2、處理3的土壤pH值與處理1相比差異顯著（P<0.05），分別升高了0.50和0.63，處理2與處理3相比差異顯著（P<0.05），處理3的土壤pH值比處理2高0.13。

2.2 土壤調理劑對不同母質發(fā)育而成的土壤有效Cd含量的影響

如圖2所示，土壤調理劑處理對土壤Cd有效態(tài)含量的影響，使用土壤調理劑后各地區(qū)的稻田土壤Cd有效態(tài)含量均有不同程度降低。湖南使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的土壤有效Cd與處理1相比差異顯著（P<0.05），分別下降了28.51%和54.47%，處理2與處理3間存在顯著性差異（P<0.05）;晚稻試驗中處理2、處理3的土壤有效Cd與處理1相比存在差異性顯著（P<0.05），分別下降了36.46%和62.32%，處理2與處理3間存在顯著性差異（P<0.05）。江西使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的土壤有效Cd與處理1差異性顯著（P<0.05），分別降低了39.29%和53.20%，處理2與處理3存在顯著性差異（P<0.05）;晚稻試驗中處理2、處理3的土壤有效Cd與處理1差異性顯著（P<0.05），分別下降了55.11%和66.10%，處理2與處理3存在顯著性差異（P<0.05）。湖北使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的土壤有效Cd與處理1相比存在差異性顯著（P<0.05），分別降低了22.05%和40.79%，處理2與處理3存在顯著性差異（P<0.05）;晚稻試驗中處理2、處理3的土壤有效Cd與處理1差異性顯著（P<0.05），分別下降了37.80%和47.02%，處理2與處理3存在顯著性差異（P<0.05）。

2.3 土壤調理劑對不同母質發(fā)育而成的土壤中稻米Cd含量的影響

如圖3所示，使用土壤調理劑后各地區(qū)稻米中Cd含量平均值都有所下降。湖南使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的稻米Cd含量與處理1相比存在差異性顯著（P<0.05），分別下降了45.19%和55.39%，處理2與處理3間存在顯著性差異（P<0.05）;晚稻試驗中處理2、處理3的稻米Cd含量與處理1相比存在差異性顯著（P<0.05），分別下降了48.15%和56.98%，處理2與處理3間存在顯著性差異（P<0.05）。江西使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的稻米Cd含量與處理1相比存在差異性顯著（P<0.05），分別降低了46.75%和63.73%，處理2與處理3間存在顯著性差異（P<0.05）;晚稻試驗中處理2、處理3的稻米Cd含量與處理1相比存在差異性顯著（P<0.05），分別下降了56.45%和65.96%，處理2與處理3間存在顯著性差異（P<0.05）。湖北使用土壤調理劑后，早稻試驗中處理2、處理3的稻米Cd含量與處理1相比存在差異性顯著（P<0.05），分別降低了33.22%和38.64%，處理2與處理3間存在顯著性差異（P<0.05）;晚稻試驗中處理2、處理3的稻米Cd含量與處理1相比存在差異性顯著（P<0.05），分別下降了36.27%和57.39%，處理2與處理3存在顯著性差異（P<0.05）。