土壤调理剂对不同成土母质镉污染稻田的修复效果

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　　摘 要：在湖南宁乡、湖北大治、江西九江3地选择由不同母质发育而成的镉污染土壤进行早、晚稻连续施用土壤调理剂的田间试验，考察土壤调理剂对土壤pH值、土壤Cd有效态含量、稻米Cd含量等的影响。结果表明：与不施土壤调理剂的对照相比，不同母质发育而成的土壤，施用土壤调理剂后其pH值提高了0.32～0.80个单位，土壤中有效Cd含量下降了22.05%～66.10%，稻米Cd含量减少了33.22%～65.96%;同時，施用土壤调理剂还能提高水稻的经济性状，增加水稻产量，土壤调理剂用量为100 kg/667m2时，增产率为5.38%～8.10%;土壤调理剂用量为150 kg/667m2时，增产率为9.32%～11.15%。这说明土壤调理剂可有效改善酸性土壤理化性质，降低土壤镉的可移动性，减少水稻镉吸收，提升稻谷产量，进而提高经济效益。
　　关键词：土壤调理剂;成土母质;钝化效果;镉;土壤pH值
　　中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：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
　　我国农田土壤重金属污染极为严重[1]，特别是镉（Cd）污染问题，引起了社会的广泛关注。据统计，我国的镉污染农田面积达到28.0万hm2，年产镉超标农产品数量超过150万t[2-4]。土壤中的Cd主要来源于成土母质及各种工业、农业活动。Cd可通过水稻的根吸收在各个器官内迁移累积，然后通过稻米进入食物链，危害人类健康[5-7]。研究表明，土壤调理剂可在一定程度上降低土壤重金属活性，从而减少农作物对重金属的吸收积累，实现农产品安全生产的目的[8-10]。
　　为了有效缓解稻田镉污染对水稻安全生产的影响，笔者在湖南宁乡、湖北大冶、江西九江的水稻种植区域，选取不同成土母质发育而来的镉污染稻田，连续两季耕作水稻，施用“大三元”土壤调理剂，考察土壤调理剂对土壤pH值、土壤Cd有效态含量、稻米Cd含量等的影响，为Cd污染稻田的安全生产、农产品的安全利用提供技术支持。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地点及材料
　　试验在湖南宁乡、湖北大治、江西九江进行，各地农田土壤的理化性质见表1。供试早、晚稻品种分别为湘早籼42号、湘晚籼13号。供试土壤调理剂为“大三元”土壤调理剂（湖南润邦生物工程有限公司），采用矿物基治理材料、有机固化吸附材料、降镉土壤微生物3种物质复配而成，含氧化钙（CaO）26.5%、氧化硅（SiO2）23.2%、氧化钾（K2O）1.95%、有效磷（P2O5）1.90%、有机质15.4%、pH值11.4、水份0.65%、汞（Hg）0.08 mg/kg、砷（As）9.58 mg/kg、镉（Cd）0.70 mg/kg，铅（Pb）18.61 mg/kg、铬（Cr）45.56 mg/kg，产品质量符合该公司Q/BNQS 009—2014企业标准。
　　1.2 试验设计
　　试验设3个处理，分别为：处理1（CK），常规施肥，不施用土壤调理剂;处理2，常规施肥+土壤调理剂100 kg/667m2基施;处理3，常规施肥+土壤调理剂150 kg/667m2基施。每个处理重复3次，共设9个小区，随机区组排列，小区面积20 m2，试验田四周设置2.5 m宽保护行。进行早稻和晚稻两季作物定位试验，试验小区田埂自犁底层以上全部用农膜包好，并保持原状不动，防止肥水串排串灌。 　　1.3 田间管理
　　供试早稻于2019年4月2日播种，4月28日移栽，移栽密度为17 000株/667m2。移栽前结合整田，于4月20日施用40%水稻专用配方肥（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专用配方肥10 kg/667m2作追肥，按照试验方案实施各处理。各处理的灌溉、病虫防治和中耕除草等栽培管理措施完全相同，7月23日获收。晚稻于7月6日播种育秧，7月30日移栽插秧，各田间管理与施肥处理与早稻一致，9月25日成熟收割。
　　1.4 样品采集
　　土壤、植株样品于收获前1～3 d采集。植株样品采用五点取样法，每点采集1株水稻，即每小区采5株，装入网袋中保存。土壤样品通过原位采集，同样每小区采样5处，用取土器取样，取样深度为0～20 cm。
　　采集的水稻植株样品带回实验室风干处理后将籽粒分离出来，70℃烘至恒质量，粉碎过100目筛备用。土壤样品置于阴凉通风处直至干燥，随后粉碎分别过20目和100目筛，留存备用。
　　收获时分处理单收、单晒、单独称重计算各小区产量，分别取土样和稻谷样至上级具检测资质的单位进行检测。
　　1.5 数据分析
　　数据采用Excel 2006和SPSS 25.0软件进行统计分析，并采用Duncan多重检验法对各处理进行差异显著性检验。
　　2 结果与分析
　　2.1 土壤调理剂对不同母质发育而成的土壤pH值的影响
　　用土壤调理剂处理不同地区的稻田，土壤pH值均不同程度升高（图1）。连续2季定位试验结果表明，湖南使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的土壤pH值与处理1相比差异显著（P<0.05），分别升高了0.37和0.43，处理2与处理3间不存在显著性差异（P>0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的土壤pH值与处理1相比差异显著（P<0.05），分别升高了0.64和0.72，处理2与处理3相比存在显著性差异（P<0.05）。江西使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的土壤pH值与处理1相比差异显著（P<0.05），分别升高了0.32和0.63，且处理2与处理3相比存在显著性差异（P<0.05），处理3的土壤pH值比处理2高0.31;晚稻试验中处理2、处理3的土壤pH值与处理1相比差异显著（P<0.05），分别升高了0.63和0.80，处理2与处理3相比存在差异显著（P<0.05），处理3的土壤pH值比处理2高0.17。湖北使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的土壤pH值与处理1相比差异显著（P<0.05），分别升高了0.32和0.54，且处理2与处理3相比存在显著性差异（P<0.05），处理3的土壤pH值比处理2高0.22;晚稻试验中处理2、处理3的土壤pH值与处理1相比差异显著（P<0.05），分别升高了0.50和0.63，处理2与处理3相比差异显著（P<0.05），处理3的土壤pH值比处理2高0.13。
　　2.2 土壤调理剂对不同母质发育而成的土壤有效Cd含量的影响
　　如图2所示，土壤调理剂处理对土壤Cd有效态含量的影响，使用土壤调理剂后各地区的稻田土壤Cd有效态含量均有不同程度降低。湖南使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的土壤有效Cd与处理1相比差异显著（P<0.05），分别下降了28.51%和54.47%，处理2与处理3间存在显著性差异（P<0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的土壤有效Cd与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），分别下降了36.46%和62.32%，处理2与处理3间存在显著性差异（P<0.05）。江西使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的土壤有效Cd与处理1差异性显著（P<0.05），分别降低了39.29%和53.20%，处理2与处理3存在显著性差异（P<0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的土壤有效Cd与处理1差异性显著（P<0.05），分别下降了55.11%和66.10%，处理2与处理3存在显著性差异（P<0.05）。湖北使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的土壤有效Cd与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），分别降低了22.05%和40.79%，处理2与处理3存在显著性差异（P<0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的土壤有效Cd与处理1差异性显著（P<0.05），分别下降了37.80%和47.02%，处理2与处理3存在显著性差异（P<0.05）。
　　2.3 土壤调理剂对不同母质发育而成的土壤中稻米Cd含量的影响
　　如图3所示，使用土壤调理剂后各地区稻米中Cd含量平均值都有所下降。湖南使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的稻米Cd含量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），分别下降了45.19%和55.39%，处理2与处理3间存在显著性差异（P<0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的稻米Cd含量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），分别下降了48.15%和56.98%，处理2与处理3间存在显著性差异（P<0.05）。江西使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的稻米Cd含量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），分别降低了46.75%和63.73%，处理2与处理3间存在显著性差异（P<0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的稻米Cd含量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），分別下降了56.45%和65.96%，处理2与处理3间存在显著性差异（P<0.05）。湖北使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的稻米Cd含量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），分别降低了33.22%和38.64%，处理2与处理3间存在显著性差异（P<0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的稻米Cd含量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），分别下降了36.27%和57.39%，处理2与处理3存在显著性差异（P<0.05）。 　　2.4 土壤调理剂对不同母质发育而成的土壤中水稻经济性状和产量的影响
　　如表2所示，湖南、江西、湖北的早稻和晚稻试验中，处理2、处理3与处理1比较，平均株高、穗长、有效穗、实粒数、结实率和千粒重均有所增加，处理3对水稻经济形状的影响略高于处理2。湖南使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的产量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），增产率分别为5.75%和10.44%，处理2与处理3相比差异不明显（P>0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的产量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），增产率分别为6.47%和10.99%，处理2与处理3间存在差异显著（P<0.05）。江西使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的产量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），增产率分别为8.09%和10.72%，处理2与处理3间差异不明显（P>0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的产量与处理1存在差异性显著（P<0.05），增产率分别为7.83%和11.15%，处理2与处理3间差异不显著（P>0.05）。湖北使用土壤调理剂后，早稻试验中处理2、处理3的产量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），增产率分别为5.38%和9.32%，处理2与处理3间差异不明显（P>0.05）;晚稻试验中处理2、处理3的产量与处理1相比存在差异性显著（P<0.05），增产率分别为8.10%和9.57%，处理2与处理3间差异不显著（P>0.05）。
　　3 讨 论
　　在湖南宁乡、湖北大治、江西九江选择3种不同母质发育而成的镉污染稻田进行早、晚稻连续使用“大三元”土壤调理剂的田间试验，结果显示，与对照比较，使用100 kg/667m2土壤调理剂的处理土壤pH值提高了0.3～0.6个单位，而使用150 kg/667m2土壤调理剂的处理土壤pH值提高了0.4～0.8个单位。这说明该土壤调理剂能显著提高不同成土母质的土壤pH值。
　　土壤pH值是影响Cd2+在土壤中迁动转移的重要因素之一。土壤pH值越高，Cd的有效性越弱，主要原因是pH值升高可促进Cd由有效态向络合态与残渣态转化[11-13]，降低了Cd的有效态含量。此外，提高土壤pH值，可以提高土壤当中相关羟基态阳离子的亲和力，更加有利于重金属形成相关碳酸盐[14]、硅酸盐[15] 等沉淀物，进而降低土壤当中土壤金属含量。结果表明，使用土壤调理剂后，湖南、江西、湖北3种不同成土母质Cd污染稻田，土壤中有效Cd的降幅达20%～60%。这说明该土壤调理剂能显著降低土壤中有效Cd含量，增加使用量，土壤中有效Cd含量下降越明显。
　　研究表明，稻米富集Cd与土壤有效Cd显著正相关[16]。试验中3个地区对早、晚稻连续使用“大三元”土壤调理剂后，当土壤有效态Cd含量降低时，稻米中Cd含量也随之降低，稻米中Cd含量下降20%～60%，与Ck相比，显著下降。且不同的使用量间相比较，增加土壤调理剂，Cd下降的幅度差异显著。
　　试验结果表明，在湖南、江西、湖北3个不同成土母质镉污染稻田使用“大三元”土壤调理剂，不同水稻品种的相关特性和水稻产量有一定的提升作用，水稻有效穗数、穗长、穗平实粒数、千粒重和结实率均有所增加。使用量为100 kg/667m2时，水稻的增产率为5.38%～8.10%，使用量为150 kg/667m2时，水稻的增产率为9.32%～11.15%。
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　　（责任编辑：肖彦资）
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