“大三元”土壤调理剂各组分对酸性镉污染稻田的修复效果

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　　摘 要：为研究“大三元”土壤调理剂各组分对土壤镉、pH和稻米镉影响，选取中度镉污染土壤开展水稻田间试验。试验结果表明：“大三元”土壤调理剂各组分能够提高土壤pH值，降低土壤有效镉和稻米镉含量，提高水稻产量;其中复合微生物肥料能够降低早晚稻米镉含量29%和28%，降低早晚稻土壤有效镉36%和35%，全年两季水稻累计增产5.1%。复合微生物肥料的施用可以降低土壤有效镉和稻米镉，增加水稻产量。
　　关键词：土壤调理剂;有效镉;水稻;微生物
　　中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1006-060X（2020）08-0034-03
　　Abstract： In order to study the effects of different components of "Dasanyuan" soil conditioner on soil cadmium， pH and rice cadmium， a rice field experiment was conducted in moderately cadmium contaminated soil. The results showed that each component of "Dasanyuan" soil conditioner could increase soil pH value， reduce soil available cadmium and rice cadmium content， and increase rice yield; among them， compound microbial fertilizer could reduce cadmium content of early and late rice by 29% and 28%， reduce available cadmium content of early and late rice soil by 36% and 35%， respectively， and increase total rice yield by 5.1%. The application of compound microbial fertilizer can reduce soil available cadmium and rice cadmium， and increase rice yield.
　　Key words： soil conditioner; available cadmium; rice; microorganism
　　土壤镉污染导致重金属物质在农作物体内富集，影响农产品安全，严重危害人体健康[1-2]。2014 年，由环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示[3]，我国耕地总量中超过规定污染值的耕地面积占比已达19.4%，土壤中的重金属污染物主要有镉、砷、铅、汞等[4]，其中重金属镉和砷的点位超标率分别高达 7% 和 2.7%[5-6]。农田土壤中重金属通过土壤—植物系统，由食物链转入人体，含量不断累积，危害身体健康[7]。湖南作为全国最大的稻米产区，同时也是镉污染最严重的地区之一[8]。
　　在重金属中轻度污染耕地上进行安全高效的农业生产是一个急需解决的问题。土壤调理剂是一种经济高效、易于实施的治理土壤重金属污染的方法[7]。应用土壤调理剂修复酸性土壤，在提高土壤pH值[8-9]，降低其土壤重金属的生物有效性和可迁移性[10]的同时，还能改善土壤物理性质，提高微生物活性，增强土壤酶活，促进根系的生长[11]，增加作物产量，提高经济效益。长沙市科技重大专项“安全利用镉污染耕地‘大三元’技术的开发与应用”等立项支持下，研究出了一种适用于南方中轻度镉污染稻田的高效镉固化产品“大三元”土壤调理剂[12]，该土壤调理剂对调节酸性土壤pH值有较好作用，同时在改良土壤、促进作物生长发育、提高农作物产量和农产品质量等方面都有一定效果。鉴于此，开展田间试验研究该产品各组分对重金属污染土壤和水稻的作用，为进一步优化产品、提升修复效果提供科学指导。
　　1 材料与方法
　　1.1 试验地点与供试土壤
　　试验在益阳市赫山区泥江口镇展开，供试土壤为花岗岩，试验前取土样检测，土壤理化性质分析结果见表1。
　　1.2 供试材料
　　土壤调理剂采取湖南润邦生物工程有限公司生产采用“大三元”土壤调理剂及各原料组分，原料组分有复合微生物肥料、有机组分、无机组分3种。早稻：湘早籼45号，晚稻：湘晚籼11号。
　　1.3 试验设计和方法
　　试验设重复3次，共15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。在早稻和晚稻两季作物进行定位试验，试验小区田埂自犁底层以上全部用农膜垫好，防止肥水串排串灌。在其他耕作、肥水管理和病虫害防治水平完全一致的基础上，设如下5个处理：处理①，空白（CK），常规种植;处理②，常规种植+复合微生物肥料300 kg/hm2基施;处理③，常规种植+有机组分2 250 kg/hm2基施;处理④，常规种植+无机组分2 250 kg/hm2基施;处理⑤，常规种植+“大三元”土壤调理剂2 250 kg/hm2基施。早稻和晚稻按照上述相同的試验设计和方法在同一田块、相同的小区分别进行早稻和晚稻试验。
　　1.4 主要栽培管理措施
　　供试早稻于2019年4月3日播种，4月30日移栽。移栽前结合整田，于4月29日施用40%（N-P2O5-K2O=20-10-10）水稻专用配方肥375 kg/hm2作基肥;5月10日早稻返青后施用水稻专用配方肥150 kg/hm2作追肥;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，供试早稻于7月30日收获。晚稻于2019年7月9日播种育秧，8月4日移栽插秧，各田间管理与施肥处理与早稻一致，9月29日成熟收割，获收时分处理单收、单晒、单独称重计算各小区产量，并分别取土送样和稻谷样到上级具检测资质的单位进行检测。 　　2 结果与分析
　　2.1 不同处理对土壤理化性状的影响
　　2.1.1 不同处理对土壤pH值的影响 连续两季定位试验结果表明：早稻施用供试土壤调理剂各组分后，处理②③④⑤与处理①比较，土壤pH值差异明显，平均值分别增加了0.28、0.14、0.25、0.42。晚稻施用供试土壤调理剂及其各组分后所有的处理与对照相比较，pH平均值都有上升，其中处理②③④⑤与处理①比较，土壤pH值分别增加了0.45、0.28、0.33和0.63，经F检验，处理③④与对照相比有明显差异，处理②⑤与对照相比差异极显著（表2）。
　　2.1.2 不同处理对土壤有效镉的影响 早稻和晚稻的定位试验结果表明：早稻施用供试土壤调理剂各组分后，处理③④与处理①对照比较，土壤有效镉平均值分别降低了0.054、0.080 mg/kg;处理②⑤与处理①对照比较，土壤有效镉平均值分别降低了0.166、180 mg/kg;晚稻继续施用供试土壤调理剂及其各组分，处理③④与处理①对照比较，土壤有效镉平均值分别降低了0.142、0.129 mg/kg;处理②⑤与处理①对照比较，土壤有效镉平均值分别降低了0.162、0.184 mg/kg。经F检验，各处理间土壤有效镉存在显著差异（图1）。
　　2.2 不同处理对水稻米镉的影响
　　田间试验结果（图2）表明：处理②③④⑤与处理①对照比较，早稻稻米镉含量平均值分别下降了0.076、0.066、0.079及0.011 7 mg/kg;晚稻继续施用供试土壤调理剂及其各组分，处理②③④⑤与处理①对照比较，稻米镉含量平均分别下降了0.114、0.101、0.087及0.153 mg/kg;经F檢验，处理间稻米镉含量差异显著。
　　2.3 不同处理对水稻产量的影响
　　试验结果表明：早稻处理②③④⑤与处理①比较都有增产，增产率分别为6.2%、3.1%、4.3%及7.6%;晚稻在不同处理条件下，处理②③④⑤与处理①比较亦都增产，增产率分别为4.8%、3.6%、4.2%及8.2%;经F检验，处理间产量差异达显著水平（表3）。
　　3 结论与讨论
　　连续两季定位试验结果表明，与对照比较，在酸性水稻田内连续两季施用“大三元”土壤调理剂及不同组分后，土壤pH值都有提高，其中处理⑤即“大三元”土壤调理剂对土壤pH值影响最大，土壤pH值提高了0.63个单位，显著提高。由此试验结果也可以看出，不同处理对土壤pH值影响强度顺序为⑤>②>④>③。
　　土壤有效镉浓度在施用土壤调理剂后都有降低，其中处理⑤ “大三元”土壤调理剂对土壤有效镉的降低程度最高，早晚稻土壤有效镉降低39%和41%;处理②复合微生物肥料的施加，与处理①比较，早、晚稻土壤有效镉降低36%和35%，不同处理降镉效果顺序为⑤>②>④>③。复合微生物肥料是多种益生微生物的复合菌剂，能够提升水稻根际微生物丰度，增加根际微生物群落数量，改善水稻根系微环境，对于微生物钝化重金属和促进植物生长都起到了重要作用[15]。
　　稻米镉试验结果与土壤有效镉结果趋势是一致的，施用土壤调理剂不同组分，与对照比较，其中处理⑤ “大三元”土壤调理剂对稻米镉的降低程度最高，早、晚稻的米镉含量分别降低了45%和39%。复合微生物肥料早晚稻米镉降低率分别为29%和28%，不同处理对稻米镉的降镉效果顺序为⑤>②>④>③。通过试验还发现晚稻米镉含量较早稻米镉含量高，这可能是由于晚稻生长周期长，总生物量较大，与早稻相比，水稻各器官从土壤中累积更多的镉。
　　连续两季水稻试验结果表明，“大三元”土壤调理剂及各组分都对水稻有增产作用。早稻施用不同组分的土壤调理剂，处理⑤平均产量为7 263 kg/hm2，与处理①比较，平均增产513 kg/hm2，增产率为7.6%;晚稻处理⑤的增产率达8.2%，对全年两季水稻累计增产1 194 kg/hm2，增产率为7.9%。处理②对早稻和晚稻增产效果仅次于处理⑤，增产效果亦显著，早稻和晚稻分别增产6.2%和4.8%，全年两季水稻累计增产5.1%。
　　综上所述，“大三元”土壤调理剂不同组分在益阳酸性水稻土上经过早、晚稻连续两季的施用，都有一定的增产效果，并提高经济效益。相比较有机、无机组分，复合微生物肥料的添加对于降低土壤有效镉和稻米镉、增加水稻产量起到了重要的作用。
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