土壤改良材料對黔中地區(qū)水稻Cd累積量的影響初探

羅沐欣鍵　柴冠群　楊嬌嬌　張邦喜　秦松　范成五

摘 要 通過田間試驗(yàn)探究5種常見土壤改良材料[申祗肥、鈣鎂磷肥、生石灰、生物炭（玉米）、硅鈣肥]與常規(guī)肥料的復(fù)合搭配對黔中地區(qū)水稻栽植土壤pH及水稻籽粒Cd累積量的影響。結(jié)果表明，在僅施復(fù)合肥的基礎(chǔ)上增加生物炭的施用不會改變土壤pH，而增施其他肥料及生石灰可有效提高土壤pH。其中，鈣鎂磷肥搭配復(fù)合肥和生石灰效果最好，對土壤pH的提升最大。不同改良材料作用下水稻籽粒Cd含量范圍為0.08～0.15 mg·kg-1。復(fù)合肥、鈣鎂磷肥及生石灰組成的改良材料極大地降低了水稻對土壤Cd的吸收效果，對應(yīng)籽粒Cd含量僅為0.08 mg·kg-1，較僅施復(fù)合肥的水稻籽粒Cd含量降低47%，說明其可作為土壤改良劑在進(jìn)一步驗(yàn)證后推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 土壤改良材料;水稻;鎘;累積量;黔中地區(qū)

中圖分類號：S511 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.01.015

近年來，隨著我國城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展，土壤重金屬污染情況日益嚴(yán)重，已成為我國面臨的突出環(huán)境問題。各種工業(yè)廢棄物、生活廢棄物、化肥農(nóng)藥等都是土壤重金屬污染的潛在來源。重金屬污染危害很大，不僅會導(dǎo)致作物產(chǎn)量降低，而且能在作物中累積，通過食物鏈的傳遞作用危害人類健康。如1955年引起世界轟動的日本骨痛病公害事件，其主要原因就是重金屬Cd超標(biāo)引起的水和食物污染。宋春然等對貴州省農(nóng)業(yè)土壤中Cd、Hg、Pb、Cr及類金屬As進(jìn)行檢測，結(jié)果顯示各項(xiàng)元素含量分別為：Cd 0.342 mg·kg-1、Hg 0.201 mg·kg-1、As 17.5 mg·kg-1、Pb 45.0 mg·kg-1、Cr 48.2 mg·kg-1，揭示了貴州省農(nóng)業(yè)土壤主要遭受Cd和Hg污染[1]。

化學(xué)鈍化是一種既經(jīng)濟(jì)又高效的土壤重金屬污染治理技術(shù)[2]。通過向土壤中加入一種或多種改良材料，也稱土壤改良劑，使其與土壤中的污染物質(zhì)發(fā)生一系列反應(yīng)，從而減少植物對重金屬的吸收量，以達(dá)到修復(fù)效果。常見的改良材料類型有生物炭、堿性物質(zhì)和含磷物質(zhì)等。周金波等發(fā)現(xiàn)施用不同種類的生物炭均可顯著降低青菜地上部分及根部Cd含量[3]。高云華等發(fā)現(xiàn)施用生石灰可顯著降低稻谷中Cd的含量[4]。賈倩等通過盆栽試驗(yàn)研究了硅鈣肥的施用對Cd污染土壤上水稻生長及其吸收累積Cd的影響，結(jié)果表明，施用硅鈣肥增加了51.9%的水稻產(chǎn)量，同時水稻莖稈、籽粒Cd濃度呈下降趨勢[5]。林匡飛等通過水稻小區(qū)和大區(qū)對比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，鈣鎂磷肥和硅肥混合施用可以顯著提高水稻植株的經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量，增強(qiáng)其抗逆抗病蟲害能力，有效降低糙米Cd含量[6]。

水稻是我國主要的糧食作物，其本身對Cd具有較強(qiáng)的吸收累積能力。貴州省中部地區(qū)土壤整體偏酸，水稻存在不小的Cd污染風(fēng)險。本次研究擬將5種常見的土壤改良材料進(jìn)行搭配試驗(yàn)，以期為黔中地區(qū)水稻安全生產(chǎn)工作提供一個可供參考的解決方案。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)開展地點(diǎn)在貴州省開陽縣禾豐鄉(xiāng)典寨村新寨村民組府門口，經(jīng)緯度為東經(jīng)106.916 56°，北緯26.937 296°，海拔896.9 m。試驗(yàn)區(qū)域地勢平坦，周圍無建設(shè)物、樹林等遮蔭物，試驗(yàn)地單個小區(qū)面積不少于20 m2。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 土壤改良材料

申祗肥、鈣鎂磷肥、生石灰、生物炭（玉米）、硅鈣肥。

1.2.2 復(fù)合肥

氮、磷、鉀比例為15∶15∶15的常規(guī)肥料。

1.2.3 供試作物

供試水稻品種為“安優(yōu)282”。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計

本試驗(yàn)起始時間為2018年5月。選用5種不同類型的土壤改良材料，設(shè)置6個試驗(yàn)處理，每個處理3次重復(fù)，具體見表1。稻田整地前，將改良材料與基肥混合均勻后撒施全田，經(jīng)耕耙整地使添加物與耕作層土壤混合均勻后方可灌水。

1.4 樣品采集

1.4.1 籽粒采集

待水稻成熟后，采集1 kg籽粒，將其洗凈去雜并挑去不完整粒，隨后稱重烘干，待烘干后再次稱重，其后用磨樣機(jī)磨碎，使之過100目篩后儲于自封袋中，貼上標(biāo)簽備用。

1.4.2 土壤樣品采集

采取0～20 cm的耕作層土壤，將采回的土樣置于室內(nèi)風(fēng)干。樣品風(fēng)干后，揀去動植物殘體和石塊，用磨土機(jī)研磨細(xì)，使之過100目篩后儲于自封袋中，貼上標(biāo)簽備用。

1.5 分析方法

本次試驗(yàn)使用ICP-MS檢測水稻籽粒Cd含量，用pH測量儀測取土壤pH數(shù)據(jù)。水稻籽粒消解方法為：稱取水稻籽粒0.5 g于微波消解罐中，加入HNO3 5.0 mL、H2O2 1.0 mL，放置5 min，在設(shè)定的微波工作條件下消解，完成后用去離子水轉(zhuǎn)移消解液于50 mL容量瓶中定容。

1.6 質(zhì)量控制

為確保實(shí)驗(yàn)方法的可靠性和數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性，每個樣品設(shè)置1個平行樣，同時設(shè)置空白樣及加標(biāo)樣，并保證測定回收率為80%～120%。

1.7 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，用Origin 9.0進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 改良材料對土壤pH的影響

如表2所示，不同改良材料對土壤pH會產(chǎn)生較大差異性影響。對比處理1及處理3可知，在僅施復(fù)合肥的基礎(chǔ)上增加生物炭的施用不會改變土壤pH值，都為5.4。由處理2、4、5、6可以看出增施其他肥料及生石灰可有效提高土壤pH值。處理2對應(yīng)的土壤pH值為6.3，大于處理4的土壤pH（5.9），說明比起硅鈣肥，鈣鎂磷肥搭配復(fù)合肥和生石灰在改善土壤酸性問題時效果更加顯著。

2.2 改良材料對水稻籽粒Cd含量的影響

由表3可知，水稻籽粒受不同改良材料的影響較大，其Cd含量范圍為0.08～0.15 mg·kg-1，6個處理下的水稻籽粒均未出現(xiàn)Cd含量超標(biāo)情況（對應(yīng)食品安全限量值為0.2 mg·kg-1）。施用適合的肥料除了可為水稻生長供給營養(yǎng)，還能在一定程度上抑制水稻對重金屬的吸收。已有報道稱，硅鈣肥可在增加水稻產(chǎn)量的同時抑制其吸收累積Cd[5]。另外，改良材料增加了土壤pH，意味著土壤中Cd的活性也會降低。可以看出，復(fù)合肥、鈣鎂磷肥及生石灰組成的改良材料（處理2）極大地降低了水稻對土壤Cd的吸收效果，其籽粒Cd含量僅為0.08 mg·kg-1，較僅施復(fù)合肥（處理1）的水稻籽粒Cd含量降低了47%。

3 結(jié)論

本次研究通過田間試驗(yàn)探究了5種常見土壤改良材料（申祗肥、鈣鎂磷肥、生石灰、生物炭（玉米）、硅鈣肥）與常規(guī)肥料的復(fù)合搭配對黔中地區(qū)水稻栽植土壤pH及水稻籽粒Cd累積量的影響，得出如下結(jié)論：

1）除開生物炭（玉米），其他改良材料均可增加土壤pH。其中，鈣鎂磷肥搭配復(fù)合肥和生石灰效果最好，對土壤pH的提升最大。

2）受各類改良材料影響，水稻對Cd的吸收量均呈現(xiàn)出不同程度的減少。其中，復(fù)合肥、鈣鎂磷肥及生石灰的組合極大程度降低了水稻籽粒Cd累積量，說明其可作為土壤改良劑在進(jìn)一步驗(yàn)證后推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 宋春然，何錦林，譚紅，等.貴州省農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的初步評價[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005（02）：13-16.

[2] 瞿飛，范成五，劉桂華，等.鈍化劑修復(fù)重金屬污染土壤研究進(jìn)展[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，45（09）：1561-1565，1576.

[3] 周金波，汪峰，金樹權(quán)，等.不同材料生物炭對鎘污染土壤修復(fù)和青菜鎘吸收的影響[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58（09）：1559-1560，1564.

[4] 高云華，周波，李歡歡，等.施用生石灰對不同品種水稻鎘吸收能力的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，42（24）：22-25.

[5] 賈倩，胡敏，張洋洋，等.硅鈣肥對水稻吸收鉛、鎘的影響研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2017，40（06）：24-30.

[6] 林匡飛，項(xiàng)雅玲，劉雪峰，等.鈣鎂磷肥和硅肥對水稻產(chǎn)量及鎘吸收的影響[J].土壤肥料，1994（06）：26-29.

（責(zé)任編輯：敬廷桃）

收稿日期：2020-06-10

基金項(xiàng)目：貴州省科技平臺及人才團(tuán)隊(duì)計劃（黔科合平臺人才〔2017〕5719）;貴州省農(nóng)科院青年基金（黔農(nóng)科院青年基金〔2018〕82號）;貴州省科技支撐計劃（黔科合支撐〔2018〕2341）。

作者簡介：羅沐欣鍵（1993—），男，貴州人，碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)橥寥乐亟饘傩迯?fù)。E-mail：470793871@qq.com。

*為通信作者，E-mail：18985581415@189.cn。