應用有機緩釋肥降低水稻籽粒鎘含量的效果探討

蔣玉根，陳慧明，裘雪龍，王楚棟，于穎，徐君，邵賽男，張立群

(1.杭州市富陽區農業技術推廣中心，浙江 杭州 311400； 2.萬里神農有限公司，浙江 杭州 310000)

近年來，耕地土壤重金屬污染問題日益凸顯，對食品安全造成重要影響，威脅著人類健康。在中國人口與耕地資源矛盾日益突出的狀況下，對重金屬中輕度污染土壤開展農產品質量安全生產的研究與應用，保障糧食等主要農產品有效供給和質量安全顯得十分重要[1]。目前，土壤調理劑等土壤改良材料在重金屬污染土壤安全利用方面的研究非常廣泛，然而絕大多數材料不具備足夠的作物生長所需養分，在生產上仍需配合其他肥料施用，一定程度上影響了種植戶的使用積極性。研究開發兼具養分供應和土壤調理兩方面功效的定制化新型肥料具有較強的現實意義。近年來，有機緩釋肥作為一種新型肥料在水稻生產上的減肥增效效果得到廣泛認可[2-4]。我們在田間生產應用上也發現，有機緩釋肥在土壤污染區域能促進水稻生長，降低后期籽實中重金屬的含量。考慮到其有機無機相結合、富含吸附性功能材料的特性，本研究在前期生產應用的基礎上，2019年在中輕度鎘污染水稻田進行小區試驗，探索應用有機緩釋肥對降低水稻籽粒鎘含量的可行性。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在杭州市富陽區新桐鄉某村進行。試驗田土壤堿解氮136.8 mg·kg-1，有效磷24.7 mg·kg-1，速效鉀216.5 mg·kg-1，有機質19.2 g·kg-1，pH 5.3，全鎘0.308 mg·kg-1，有效鎘0.086 mg·kg-1，全鋅66.4 mg·kg-1。全鎘含量略高于國家標準GB 15618—2018規定的農用地土壤污染風險篩選值，低于農用地土壤污染風險管控值，屬中輕度鎘污染的農田，具備安全利用的可行性。

供試水稻品種為甬優5550，屬單季三系秈粳雜交稻(偏秈型)，由寧波市種子有限公司選育。

供試有機緩釋肥含N 15%、P2O54%、K2O 6%、有機質20%，由金華萬里神農農業科技有限公司生產并提供。尿素(N 46%)、磷酸一銨(N 11%，P2O544%)、氯化鉀(K2O 60%)等從當地農資公司購得。

1.2 處理設計

設4個處理：處理1(T1)，底施有機緩釋肥900 kg·hm-2，穗肥施尿素112.5 kg·hm-2、氯化鉀112.5 kg·hm-2，養分投入量折N 187 kg·hm-2、P2O536 kg·hm-2、K2O 122 kg·hm-2；處理2(T2)，底施有機緩釋肥1 200 kg·hm-2，穗肥施氯化鉀75 kg·hm-2，養分投入量折N 180 kg·hm-2、P2O548 kg·hm-2、K2O 117 kg·hm-2；處理3(T3)，底施有機緩釋肥1 500 kg·hm-2，不追肥，養分投入量折N 225 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2、K2O 90 kg·hm-2；處理4為常規對照(CK)，底施尿素274.5 kg·hm-2、磷酸一銨82.5 kg·hm-2、氯化鉀90 kg·hm-2，穗肥施尿素112.5 kg·hm-2、氯化鉀112.5 kg·hm-2，養分投入量與T1一致。小區面積24 m2(4 m×6 m)，小區間用塑料薄膜隔離，各小區獨立灌排，隨機區組排列，重復3次。除施肥處理外，其他栽培管理措施均保持一致。

6月3日整地，6月4日施用底肥，6月15日移栽，8月14日施用穗肥，10月20日收割。

1.3 樣本采集

試驗前采集0～15 cm土壤樣品，分析土壤基本養分狀況。10月18日采集各處理土樣及植株樣品。各小區隨機采集水稻整體植株樣本3叢作混合樣品，按部位分為籽粒、秸稈和根系3個部分，分析各部分的鎘含量和鋅含量。并點對點采集土壤樣品，分析有效鎘含量和全鎘含量。水稻成熟后實割測產。

1.4 采用公式

富集系數=植物各器官鎘含量/土壤全鎘含量；

轉運系數=兩個植物運轉器官(或土壤)中后者鎘含量/兩個植物運轉器官(或土壤)中前者鎘含量[5]。

1.5 檢測方法

堿解氮、有效磷、速效鉀、有機質、pH采用LY/T 1229—1999、NY/T 1121.7—2014、NY/T 889—2004、NY/T 1121.6—2006、NY/T 1121.2—2006等規定的方法檢測，全鎘、有效鎘、全鋅采用ICP-MS檢測。

2 結果與分析

2.1 水稻產量

圖1可知，各處理均比CK增產。其中：在養分投入量一致的情況下，T1處理比CK增產22.3%，差異顯著；T2處理與CK產量持平，低于T1處理，雖然三者總養分投入量相近，但T2處理的氮肥基追比為1∶0，由于該試驗地為培泥砂田，土壤肥力較低，氮肥的減少影響了水稻分蘗，有效穗減少3.5%，這可能是產量低于T1處理的主要原因；T3處理在一次性施肥的情況下比CK增產4.6%，且比T2處理產量高，這與T3處理比T2處理前期施氮量提高了45 kg·hm-2，從而提高了分蘗率，保證了一定的有效分蘗數量(有效穗增加2.1%)有關。

柱間無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同處理對水稻產量的影響

2.2 水稻對鎘的吸收和轉運

從表1可知，與CK相比，有機緩釋肥處理的籽粒鎘含量和籽粒富集系數都有不同程度的降低。T1、T2和T3的籽粒富集系數分別降低了17.1%、11.0%和23.2%，降鎘效果明顯。

表1 不同處理水稻植株各部位對鎘的吸收和轉運

以CK轉運系數為參照，處理的土壤—根系轉運系數與CK相比略有降低，降幅為2.7%～5.3%，表明試驗條件下有機緩釋肥的施用影響了根系對鎘的吸收。不過，有機緩釋肥用量中所含吸附等功能性材料量有限，導致影響幅度不大。處理的根系—秸稈轉運系數與CK相比明顯降低，降幅達13.8%～28.9%(表1)，有機緩釋肥的施用明顯抑制了鎘從水稻根系往秸稈的轉運，秸稈鎘含量降低。由于處理秸稈鎘含量明顯降低，導致處理的秸稈—籽粒轉運系數比CK有所提升，但籽粒鎘含量依然表現為降低。

圖2可以看出，各處理根系中鋅含量隨著有機緩釋肥用量的增加而升高，T1～T3處理秸稈中鋅含量均顯著高于CK，或許是處理根系—秸稈轉運系數顯著降低的原因之一。有機緩釋肥含鋅量不高，以耕層土壤2 250 t·hm-2計，T1～T3處理的鋅投入濃度分別為0.40、0.53和0.67 mg·kg-1。鋅與鎘的吸收和運輸過程中可能共用細胞質上的同一個轉運子，兩者同時存在時會競爭轉運結合位點，T1～T3處理根系中鋅含量的提升適當抑制了鎘向韌皮部的轉運，使得秸稈中鎘含量顯著低于CK[6]。

同部位柱間無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2 不同處理水稻植株各部位的鋅含量

2.3 土壤鎘含量變化

從表2可知，各處理試驗前后土壤的有效鎘含量和全鎘含量均有小范圍的波動，有效鎘含量整體呈下降趨勢，但處理間無顯著性差異。進一步說明，在目前這款有機緩釋肥用量900～1 500 kg·hm-2的情況下，難以通過單季種植對土壤鎘形態有較大的改變。

表2 試驗前后土壤鎘含量的變化情況

3 小結

與常規化肥相比，在中輕度鎘污染的水稻田施用有機緩釋肥在實現穩產增產的同時，可降低水稻籽粒對鎘的吸收，籽粒富集系數降幅達11.0%～23.2%。通過對鎘吸收和轉運路徑進行分析，有機緩釋肥主要抑制了鎘從水稻根系往秸稈的轉運，其次在從土壤往根系的轉運上也有一定的抑制效果。建議有機緩釋肥可以在配方上進行優化，適當降低肥料中養分占比以加大吸附等功能性材料的投料空間，從而提升功能性材料的入田量以加強有機緩釋肥對土壤有效鎘形態的影響。另外，建議配合葉面噴施硅肥等手段[7-8]，加強鎘在秸稈—籽粒這一轉運過程的控制，進一步降低水稻籽粒鎘含量，從而實現中輕度鎘污染農田的水稻安全生產利用。