不同農藝措施對稻谷鎘含量的影響

張春燕，胡海榮，楊 青，田曉莉，劉 云，周 鑫，唐永嘉

（1.宜昌市耕地質量和肥料管理站，湖北宜昌 443000；2.宜昌市農產品質量安全監督檢測站，湖北宜昌 443000；3.五峰縣農業生態環境保護站，湖北五峰 443400）

耕地土壤是不可再生的自然資源，是糧食生產的根基。過去幾十年，中國農業發展主要以農業增產、高產為主要目標，農藥、化肥過量使用［1］，改變了耕地土壤生態環境，造成有害物質在農作物中積累，并通過食物鏈進入人體后危害人體健康［2］。污染耕地治理與修復已經成為綠色發展的迫切需要［3］。

研發的鎘鈍化功能材料主要為腐殖質、生物炭等有機材料、微生物菌劑，以及將無機材料、有機材料、微生物菌劑組合成的復合材料［4］，成本高，不易推廣。為研究農民可接受、政府可承受、產業可發展、易于大面積推廣的技術［4］，該研究借鑒國內外鎘污染治理技術［5-10］，選用草木灰、微生物菌劑、土壤調理劑、熟石灰、葉面硅鈦肥、有機肥、配方肥和40%含氯復合肥等材料，根據土壤環境狀況和水稻生長習性，應用測土配方和酸化治理技術，優化有機肥、化肥的種類與施用量，組合成不同農藝措施，設置田間小區試驗，研究9 種不同農藝措施對水稻產量、土壤pH、有機質、全鎘、有效態鎘、稻谷鎘含量的影響，篩選能夠有效降低農產品重金屬含量的技術組合，旨在為耕地土壤污染防治提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗場地與供試材料

試驗場地位于五峰縣漁洋關鎮沙埫村水稻試驗田，供試土壤為碳酸鹽巖母質發育的潛育型水稻土，又稱爛泥田，總面積433.55 m2。試驗水稻品種為天優華占，試驗面積160.08 m2。上茬為空閑田，灌溉水為山泉水。試驗前取耕作層土壤和稻谷進行檢測，土壤、稻谷理化性質檢測結果見表1。

表1 土壤理化性質和稻米檢測結果

供試材料為宜施壯40%（22-6-12）含氯復合肥、內蒙古金沃緣肥業有限公司生產的硅鈦肥、富之源土壤調理劑（湖北富之源生物科技有限公司）、中向生物微生物菌劑（湖北中向生物工程有限公司）、富冠農用熟石灰（宜昌富冠農業科技有限公司）、俏牛兒有機肥（湖北俏牛兒肥業有限公司）、配方肥（尿素12 kg+磷酸二銨8 kg+硫酸鉀5 kg）等，草木灰由當地農戶提供。

1.2 試驗設計

采用隨機區組設計，試驗共設9 個處理，3 次重復。每小區長2.44 m，寬2.44 m，小區面積5.953 6 m2，四周用木芯板隔離保護，保證各小區單排單灌，避免各小區間串水串肥。試驗小區外圍設空白區，為不施肥處理。9 個處理的具體農藝措施見表2。

表2 組合的不同農藝措施

各處理按肥料數量品種一次性施底肥，不追肥。移栽前3 d，按照試驗設計，將不同配方的肥料施入小區中，人工用耙齒均勻混入泥中。該試驗用稻谷于2021 年4 月16 日播種，5 月23 日整田，5 月24 日施基肥，5 月25 日施肥后再次耙田，5 月27 日插秧，7 月14 日、7 月21 日、7 月29 日分別在處理②噴施濃度200 倍的葉面硅鈦肥3 次。田間栽培、病蟲害防治、管理由農戶按常規技術統一管理。

1.3 樣品采集與檢測

土壤樣品：水稻收獲后采集土壤樣品，按梅花5點取樣法采集0~20 cm 土層樣品，并混合，采集量約1 kg；取樣土壤在室內自然風干，除去土壤中雜質，研磨過篩，測定指標為pH、有機質、氮、磷、鉀、鎘、砷、全鎘、有效態鎘。

稻谷樣品：每個處理小區采集稻谷樣1.5 kg，在室外自然風干，測定指標為稻谷主要重金屬含量。

樣品檢測：將風干的土壤和稻谷樣品寄送至黑龍江省華測檢測技術有限公司進行檢測。

2 結果與分析

2.1 不同處理對水稻分蘗的影響

在水稻分蘗末期，7 月19 日對9 個處理隨機選擇16 株水稻進行分蘗計數調查。結果表明，與處理①農民習慣施肥水稻分蘗數相比，處理⑦、⑧、⑨、⑥、⑤、④、③水稻分蘗數分別增加48.1%、38.1%、30%、18.1%、17.5%、16.9%、15.6%，處理②比處理①分蘗數減少1.9%（表3）。

表3 不同處理小區水稻分蘗情況

2.2 不同處理對稻谷產量的影響

在水稻收獲期，于9 月28-30 日，對各個小區產量分別進行了現場測產驗收。從測產結果看，與處理①農民習慣施肥小區稻谷產量相比，處理⑥、⑦、③、⑨、⑤、⑧、④、②小區稻谷產量分別增加26.8%、20.97%、17.4%、16.1%、14.7%、14.2%、12.2%、9.2%（表4）。

表4 不同施肥處理小區稻谷產量

2.2.1 不同處理稻谷產量方差分析 對各處理小區稻谷產量進行F測驗，根據表5 中的F值分析，處理間的差異達極顯著水平，重復間的差異不顯著，說明水稻施用添加草木灰、土壤調理劑、熟石灰、微生物菌劑、有機肥、配方肥、葉面硅鈦肥的處理產量增產均達極顯著水平。

表5 不同處理稻谷產量結果方差分析

2.2.2 不同處理稻谷產量多重比較分析 進一步對產量結果進行多重比較分析發現，處理⑥、⑦、③、⑨相對處理①、②差異極顯著，處理④相對處理②達到顯著水平，處理③相對處理⑨之間差異不顯著，處理⑨相對處理⑤、⑧、④之間差異不顯著（表6）。

表6 不同處理平均產量新復極差測驗

2.3 不同處理對土壤pH 的影響

根據表7 土壤理化性狀檢測結果可知，與試驗前土壤pH 相比，僅處理④pH 提升0.3，其他處理pH均不同程度下降；與空白區pH 相比，所有處理土壤pH 均不同程度下降。與處理①相比，處理④、⑧、⑦的pH 分別提升1.2、0.2、0.1，處理③pH 無變化，處理②、⑨、⑤、⑥的pH 分別下降0.3、0.3、0.4、0.4。

2.4 不同處理對土壤有機質的影響

根據表7 土壤理化性狀檢測結果可知，與試驗前土壤有機質相比，處理⑥、⑧、①土壤有機質分別增加0.9、0.5、0.4 g/kg；其他處理的土壤有機質均不同程度下降；與空白區相比，處理⑥、⑧、①、④土壤有機質分別增加3.6、3.2、3.1、2.2 g/kg，其他處理的土壤有機質均不同程度下降；與處理①相比，處理⑥、⑧土壤有機質分別增加0.5、0.1 g/kg，其他處理的土壤有機質均不同程度下降。

2.5 不同處理對土壤全鎘和有效態鎘的影響

根據表7 土壤理化性狀檢測結果可知，所有處理土壤鎘含量都超過風險管控值。與試驗前相比，處理①、⑥、⑤、⑨、⑦、④、③土壤中全鎘含量分別下降0.16、0.12、0.08、0.08、0.06、0.03、0.01 mg/kg，處理②土壤全鎘含量增加0.03 mg/kg，處理⑧無變化；與空白區相比，處理⑦土壤有效鎘下降0.247 mg/kg，⑨、②、①、⑤、⑥、⑧、③、④土壤有效鎘分別增加0.359、0.357、0.324、0.317、0.284、0.260、0.250、0.191 mg/kg；與處理①相比，處理②、⑧、③、④、⑦、⑤、⑨、⑥土壤中全鎘含量分別增加0.19、0.16、0.15、0.13、0.10、0.08、0.08、0.04 mg/kg，處理⑦、④、③、⑧、⑥有效態鎘 分別下降0.551、0.113、0.054、0.044、0.020 mg/kg，其他處理的土壤有效態鎘均不同程度增加。

表7 收獲后重復2 不同處理小區土壤理化性狀

2.6 不同處理對稻谷鎘含量的影響

在每個處理小區收獲稻谷中取稻谷樣品1 kg 用于檢測稻谷重金屬含量，共取稻谷樣品28 個，送黑龍江省華測檢測技術有限公司檢測。由表8 及表9可知，所有處理的稻谷鎘含量均在標準范圍內。與空白區（不施肥處理）相比，所有農藝措施對稻谷鎘含量都有影響，鎘含量明顯降低；與處理①平均值相比，處理⑧、③、⑥、④稻谷中鎘含量平均值分別降低54.7%、49.9%、24.9%、9.7%，處理⑦、⑨、②、⑤稻谷中鎘含量平均值增加52.0%、45.6%、41.3%、26.8%。以處理⑧、處理③降鎘效果明顯，處理⑧比空白區（不施肥處理）降低0.153 mg/kg，降幅90.1%，比處理①（農民習慣施肥）降低0.02 mg/kg，降幅54.7%，變異系數為64.7%；處理③比空白區（不施肥處理）降低0.151 3 mg/kg，降幅89.0%，比處理①（農民習慣施肥）降低0.018 6 mg/kg，降幅49.9%，變異系數為43.5%。

3 小結與討論

在中度污染水稻田采用熟石灰、土壤調理劑、微生物菌劑、配方施肥、有機肥、草木灰等材料組合成的農藝措施均能促進水稻分蘗。效果從高到低依次為習慣施肥+微生物菌劑+有機肥>草木灰+有機肥+配方肥>習慣施肥+有機肥>熟石灰+有機肥+配方肥>配方施肥>習慣施肥+土壤調理劑>習慣施肥+熟石灰。

在中度污染水稻田采用葉面硅鈦肥、熟石灰、土壤調理劑、微生物菌劑、配方施肥、有機肥、草木灰等材料組合成的農藝措施均能促進水稻增產。增產效果從高到低依次為熟石灰+有機肥+配方肥>習慣施肥+微生物菌劑+有機肥>習慣施肥+熟石灰>習慣施肥+有機肥>配方施肥>草木灰+有機肥+配方肥>習慣施肥+土壤調理劑>習慣施肥+葉面硅鈦肥。

在中度污染水稻田采用土壤調理劑、草木灰、微生物菌劑等材料組合成的農藝措施能提升土壤pH。提升效果從高到低依次為習慣施肥+土壤調理劑>草木灰+有機肥+配方肥>習慣施肥+微生物菌劑+有機肥。

在中度污染水稻田采用熟石灰、草木灰等農藝措施能增加土壤有機質。效果從高到低依次為熟石灰+有機肥+配方肥>草木灰+有機肥+配方肥。

在中度污染水稻田采用不同農藝措施均能不同程度地鈍化土壤中重金屬鎘的活性，阻止根際活性鎘向稻谷的傳輸，降低稻谷中鎘的含量。降低土壤有效態鎘效果以添加微生物菌劑組合成的農藝措施效果最好，即習慣施肥+微生物菌劑+有機肥。降低稻谷鎘含量效果以添加熟石灰、土壤調理劑、草木灰等材料組合成的農藝措施效果最好，從高到低依次為草木灰+有機肥+配方肥>習慣施肥+熟石灰>熟石灰+有機肥+配方肥>習慣施肥+土壤調理劑。

綜上所述，采用以上不同農藝措施，均能增加水稻產量，鈍化土壤中重金屬鎘的活性，阻止根際活性鎘向稻谷的傳輸，降低稻谷中鎘的含量。降低稻谷鎘含量效果以添加熟石灰、土壤調理劑、草木灰等材料組合成的農藝措施效果最好，其中草木灰+有機肥+配方肥的農藝措施既能促進水稻生長，增加水稻產量，又能改善耕地質量，效果明顯。以上結果僅為1 年的田間試驗效果，還有待于進一步驗證。