應(yīng)用有機(jī)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(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 311400； 2.萬里神農(nóng)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(duì)食品安全造成重要影響，威脅著人類健康。在中國(guó)人口與耕地資源矛盾日益突出的狀況下，對(duì)重金屬中輕度污染土壤開展農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全生產(chǎn)的研究與應(yīng)用，保障糧食等主要農(nóng)產(chǎn)品有效供給和質(zhì)量安全顯得十分重要[1]。目前，土壤調(diào)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(shù)材料不具備足夠的作物生長(zhǎng)所需養(yǎng)分，在生產(chǎn)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(fā)兼具養(yǎng)分供應(yīng)和土壤調(diào)理兩方面功效的定制化新型肥料具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。近年來，有機(jī)緩釋肥作為一種新型肥料在水稻生產(chǎn)上的減肥增效效果得到廣泛認(rèn)可[2-4]。我們?cè)谔镩g生產(chǎn)應(yīng)用上也發(fā)現(xiàn)，有機(jī)緩釋肥在土壤污染區(qū)域能促進(jìn)水稻生長(zhǎng)，降低后期籽實(shí)中重金屬的含量。考慮到其有機(jī)無機(jī)相結(jié)合、富含吸附性功能材料的特性，本研究在前期生產(chǎn)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，2019年在中輕度鎘污染水稻田進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)，探索應(yīng)用有機(jī)緩釋肥對(duì)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(yàn)在杭州市富陽區(qū)新桐鄉(xiāng)某村進(jìn)行。試驗(yàn)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(jī)質(zhì)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 15618—2018規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控值，屬中輕度鎘污染的農(nóng)田，具備安全利用的可行性。

供試水稻品種為甬優(yōu)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(jī)緩釋肥含N 15%、P2O54%、K2O 6%、有機(jī)質(zhì)20%，由金華萬里神農(nóng)農(nóng)業(yè)科技有限公司生產(chǎn)并提供。尿素(N 46%)、磷酸一銨(N 11%，P2O544%)、氯化鉀(K2O 60%)等從當(dāng)?shù)剞r(nóng)資公司購得。

1.2 處理設(shè)計(jì)

設(shè)4個(gè)處理：處理1(T1)，底施有機(jī)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(yǎng)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(jī)緩釋肥1 200 kg·hm-2，穗肥施氯化鉀75 kg·hm-2，養(yǎng)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(jī)緩釋肥1 500 kg·hm-2，不追肥，養(yǎng)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(guī)對(duì)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(yǎng)分投入量與T1一致。小區(qū)面積24 m2(4 m×6 m)，小區(qū)間用塑料薄膜隔離，各小區(qū)獨(dú)立灌排，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)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(yàn)前采集0～15 cm土壤樣品，分析土壤基本養(yǎng)分狀況。10月18日采集各處理土樣及植株樣品。各小區(qū)隨機(jī)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(gè)部分，分析各部分的鎘含量和鋅含量。并點(diǎn)對(duì)點(diǎn)采集土壤樣品，分析有效鎘含量和全鎘含量。水稻成熟后實(shí)割測(cè)產(chǎn)。

1.4 采用公式

富集系數(shù)=植物各器官鎘含量/土壤全鎘含量；

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=兩個(gè)植物運(yùn)轉(zhuǎn)器官(或土壤)中后者鎘含量/兩個(gè)植物運(yùn)轉(zhuǎn)器官(或土壤)中前者鎘含量[5]。

1.5 檢測(cè)方法

堿解氮、有效磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)、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(guī)定的方法檢測(cè)，全鎘、有效鎘、全鋅采用ICP-MS檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻產(chǎn)量

圖1可知，各處理均比CK增產(chǎn)。其中：在養(yǎng)分投入量一致的情況下，T1處理比CK增產(chǎn)22.3%，差異顯著；T2處理與CK產(chǎn)量持平，低于T1處理，雖然三者總養(yǎng)分投入量相近，但T2處理的氮肥基追比為1∶0，由于該試驗(yàn)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(chǎn)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(chǎn)4.6%，且比T2處理產(chǎn)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(shù)量(有效穗增加2.1%)有關(guān)。

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(duì)水稻產(chǎn)量的影響

2.2 水稻對(duì)鎘的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)

從表1可知，與CK相比，有機(jī)緩釋肥處理的籽粒鎘含量和籽粒富集系數(shù)都有不同程度的降低。T1、T2和T3的籽粒富集系數(shù)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(duì)鎘的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)

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

圖2可以看出，各處理根系中鋅含量隨著有機(jī)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(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)顯著降低的原因之一。有機(jī)緩釋肥含鋅量不高，以耕層土壤2 250 t·hm-2計(jì)，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(yùn)輸過程中可能共用細(xì)胞質(zhì)上的同一個(gè)轉(zhuǎn)運(yùn)子，兩者同時(shí)存在時(shí)會(huì)競(jìng)爭(zhēng)轉(zhuǎn)運(yùn)結(jié)合位點(diǎn)，T1～T3處理根系中鋅含量的提升適當(dāng)抑制了鎘向韌皮部的轉(zhuǎn)運(yùn)，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(yàn)前后土壤的有效鎘含量和全鎘含量均有小范圍的波動(dòng)，有效鎘含量整體呈下降趨勢(shì)，但處理間無顯著性差異。進(jìn)一步說明，在目前這款有機(jī)緩釋肥用量900～1 500 kg·hm-2的情況下，難以通過單季種植對(duì)土壤鎘形態(tài)有較大的改變。

表2 試驗(yàn)前后土壤鎘含量的變化情況

3 小結(jié)

與常規(guī)化肥相比，在中輕度鎘污染的水稻田施用有機(jī)緩釋肥在實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的同時(shí)，可降低水稻籽粒對(duì)鎘的吸收，籽粒富集系數(shù)降幅達(dá)11.0%～23.2%。通過對(duì)鎘吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)路徑進(jìn)行分析，有機(jī)緩釋肥主要抑制了鎘從水稻根系往秸稈的轉(zhuǎn)運(yùn)，其次在從土壤往根系的轉(zhuǎn)運(yùn)上也有一定的抑制效果。建議有機(jī)緩釋肥可以在配方上進(jìn)行優(yōu)化，適當(dāng)降低肥料中養(yǎng)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(qiáng)有機(jī)緩釋肥對(duì)土壤有效鎘形態(tài)的影響。另外，建議配合葉面噴施硅肥等手段[7-8]，加強(qiáng)鎘在秸稈—籽粒這一轉(zhuǎn)運(yùn)過程的控制，進(jìn)一步降低水稻籽粒鎘含量，從而實(shí)現(xiàn)中輕度鎘污染農(nóng)田的水稻安全生產(chǎn)利用。