土壤改良材料对黔中地区水稻Cd累积量的影响初探

    罗沐欣键　柴冠群　杨娇娇　张邦喜　秦松　范成五

    

    

    

    摘 要 通过田间试验探究5种常见土壤改良材料[申祗肥、钙镁磷肥、生石灰、生物炭（玉米）、硅钙肥]与常规肥料的复合搭配对黔中地区水稻栽植土壤pH及水稻籽粒Cd累积量的影响。结果表明，在仅施复合肥的基础上增加生物炭的施用不会改变土壤pH，而增施其他肥料及生石灰可有效提高土壤pH。其中，钙镁磷肥搭配复合肥和生石灰效果最好，对土壤pH的提升最大。不同改良材料作用下水稻籽粒Cd含量范围为0.08～0.15 mg·kg-1。复合肥、钙镁磷肥及生石灰组成的改良材料极大地降低了水稻对土壤Cd的吸收效果，对应籽粒Cd含量仅为0.08 mg·kg-1，较仅施复合肥的水稻籽粒Cd含量降低47%，说明其可作为土壤改良剂在进一步验证后推广应用。

    关键词 土壤改良材料;水稻;镉;累积量;黔中地区

    中图分类号：S511 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2021.01.015

    近年来，随着我国城市化和工业化的快速发展，土壤重金属污染情况日益严重，已成为我国面临的突出环境问题。各种工业废弃物、生活废弃物、化肥农药等都是土壤重金属污染的潜在来源。重金属污染危害很大，不仅会导致作物产量降低，而且能在作物中累积，通过食物链的传递作用危害人类健康。如1955年引起世界轰动的日本骨痛病公害事件，其主要原因就是重金屬Cd超标引起的水和食物污染。宋春然等对贵州省农业土壤中Cd、Hg、Pb、Cr及类金属As进行检测，结果显示各项元素含量分别为：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，揭示了贵州省农业土壤主要遭受Cd和Hg污染[1]。

    化学钝化是一种既经济又高效的土壤重金属污染治理技术[2]。通过向土壤中加入一种或多种改良材料，也称土壤改良剂，使其与土壤中的污染物质发生一系列反应，从而减少植物对重金属的吸收量，以达到修复效果。常见的改良材料类型有生物炭、碱性物质和含磷物质等。周金波等发现施用不同种类的生物炭均可显著降低青菜地上部分及根部Cd含量[3]。高云华等发现施用生石灰可显著降低稻谷中Cd的含量[4]。贾倩等通过盆栽试验研究了硅钙肥的施用对Cd污染土壤上水稻生长及其吸收累积Cd的影响，结果表明，施用硅钙肥增加了51.9%的水稻产量，同时水稻茎秆、籽粒Cd浓度呈下降趋势[5]。林匡飞等通过水稻小区和大区对比试验发现，钙镁磷肥和硅肥混合施用可以显著提高水稻植株的经济性状和产量，增强其抗逆抗病虫害能力，有效降低糙米Cd含量[6]。

    水稻是我国主要的粮食作物，其本身对Cd具有较强的吸收累积能力。贵州省中部地区土壤整体偏酸，水稻存在不小的Cd污染风险。本次研究拟将5种常见的土壤改良材料进行搭配试验，以期为黔中地区水稻安全生产工作提供一个可供参考的解决方案。

    1 材料与方法

    1.1 试验地点

    试验开展地点在贵州省开阳县禾丰乡典寨村新寨村民组府门口，经纬度为东经106.916 56°，北纬26.937 296°，海拔896.9 m。试验区域地势平坦，周围无建设物、树林等遮荫物，试验地单个小区面积不少于20 m2。

    1.2 试验材料

    1.2.1 土壤改良材料

    申祗肥、钙镁磷肥、生石灰、生物炭（玉米）、硅钙肥。

    1.2.2 复合肥

    氮、磷、钾比例为15∶15∶15的常规肥料。

    1.2.3 供试作物

    供试水稻品种为“安优282”。

    1.3 试验设计

    本试验起始时间为2018年5月。选用5种不同类型的土壤改良材料，设置6个试验处理，每个处理3次重复，具体见表1。稻田整地前，将改良材料与基肥混合均匀后撒施全田，经耕耙整地使添加物与耕作层土壤混合均匀后方可灌水。

    1.4 样品采集

    1.4.1 籽粒采集

    待水稻成熟后，采集1 kg籽粒，将其洗净去杂并挑去不完整粒，随后称重烘干，待烘干后再次称重，其后用磨样机磨碎，使之过100目筛后储于自封袋中，贴上标签备用。

    1.4.2 土壤样品采集

    采取0～20 cm的耕作层土壤，将采回的土样置于室内风干。样品风干后，拣去动植物残体和石块，用磨土机研磨细，使之过100目筛后储于自封袋中，贴上标签备用。

    1.5 分析方法

    本次试验使用ICP-MS检测水稻籽粒Cd含量，用pH测量仪测取土壤pH数据。水稻籽粒消解方法为：称取水稻籽粒0.5 g于微波消解罐中，加入HNO3 5.0 mL、H2O2 1.0 mL，放置5 min，在设定的微波工作条件下消解，完成后用去离子水转移消解液于50 mL容量瓶中定容。

    1.6 质量控制

    为确保实验方法的可靠性和数据结果的准确性，每个样品设置1个平行样，同时设置空白样及加标样，并保证测定回收率为80%～120%。

    1.7 数据统计与分析

    采用Excel 2016进行数据统计分析，用Origin 9.0进行绘图。

    2 结果与分析

    2.1 改良材料对土壤pH的影响

    如表2所示，不同改良材料对土壤pH会产生较大差异性影响。对比处理1及处理3可知，在仅施复合肥的基础上增加生物炭的施用不会改变土壤pH值，都为5.4。由处理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。处理2对应的土壤pH值为6.3，大于处理4的土壤pH（5.9），说明比起硅钙肥，钙镁磷肥搭配复合肥和生石灰在改善土壤酸性问题时效果更加显著。

    2.2 改良材料对水稻籽粒Cd含量的影响

    由表3可知，水稻籽粒受不同改良材料的影响较大，其Cd含量范围为0.08～0.15 mg·kg-1，6个处理下的水稻籽粒均未出现Cd含量超标情况（对应食品安全限量值为0.2 mg·kg-1）。施用適合的肥料除了可为水稻生长供给营养，还能在一定程度上抑制水稻对重金属的吸收。已有报道称，硅钙肥可在增加水稻产量的同时抑制其吸收累积Cd[5]。另外，改良材料增加了土壤pH，意味着土壤中Cd的活性也会降低。可以看出，复合肥、钙镁磷肥及生石灰组成的改良材料（处理2）极大地降低了水稻对土壤Cd的吸收效果，其籽粒Cd含量仅为0.08 mg·kg-1，较仅施复合肥（处理1）的水稻籽粒Cd含量降低了47%。

    3 结论

    本次研究通过田间试验探究了5种常见土壤改良材料（申祗肥、钙镁磷肥、生石灰、生物炭（玉米）、硅钙肥）与常规肥料的复合搭配对黔中地区水稻栽植土壤pH及水稻籽粒Cd累积量的影响，得出如下结论：

    1）除开生物炭（玉米），其他改良材料均可增加土壤pH。其中，钙镁磷肥搭配复合肥和生石灰效果最好，对土壤pH的提升最大。

    2）受各类改良材料影响，水稻对Cd的吸收量均呈现出不同程度的减少。其中，复合肥、钙镁磷肥及生石灰的组合极大程度降低了水稻籽粒Cd累积量，说明其可作为土壤改良剂在进一步验证后推广应用。

    参考文献：

    [1] 宋春然，何锦林，谭红，等.贵州省农业土壤重金属污染的初步评价[J].贵州农业科学，2005（02）：13-16.

    [2] 瞿飞，范成五，刘桂华，等.钝化剂修复重金属污染土壤研究进展[J].山西农业科学，2017，45（09）：1561-1565，1576.

    [3] 周金波，汪峰，金树权，等.不同材料生物炭对镉污染土壤修复和青菜镉吸收的影响[J].浙江农业科学，2017，58（09）：1559-1560，1564.

    [4] 高云华，周波，李欢欢，等.施用生石灰对不同品种水稻镉吸收能力的影响[J].广东农业科学，2015，42（24）：22-25.

    [5] 贾倩，胡敏，张洋洋，等.硅钙肥对水稻吸收铅、镉的影响研究[J].环境科学与技术，2017，40（06）：24-30.

    [6] 林匡飞，项雅玲，刘雪峰，等.钙镁磷肥和硅肥对水稻产量及镉吸收的影响[J].土壤肥料，1994（06）：26-29.

    （责任编辑：敬廷桃）

    收稿日期：2020-06-10

    基金项目：贵州省科技平台及人才团队计划（黔科合平台人才〔2017〕5719）;贵州省农科院青年基金（黔农科院青年基金〔2018〕82号）;贵州省科技支撑计划（黔科合支撑〔2018〕2341）。

    作者简介：罗沐欣键（1993—），男，贵州人，硕士，研究实习员，研究方向为土壤重金属修复。E-mail：470793871@qq.com。

    *为通信作者，E-mail：18985581415@189.cn。