混栽水生植物对稻田土壤和稻米镉含量的影响

刘唐兴，徐一兰，姚季伦

(湖南生物机电职业技术学院，湖南长沙 410127)



混栽水生植物对稻田土壤和稻米镉含量的影响

刘唐兴，徐一兰，姚季伦

(湖南生物机电职业技术学院，湖南长沙 410127)

[目的] 研究稻田混栽水生植物对土壤和糙米镉含量的影响。[方法]以早稻和黑藻、水葱、菖蒲等3种水生植物为试验材料，研究了稻田混栽水生植物后对土壤和糙米镉含量的影响。[结果]混栽3种水生植物后，其土壤的全镉和有效镉含量与对照比较，均没有显著差异，但稻田混栽黑藻的土壤全镉含量显著高于混栽水葱和菖蒲；混栽黑藻和水葱后，糙米镉含量显著高于对照，混栽菖蒲的糙米镉含量与对照没有显著差异。[结论]该研究为探索稻田植物降镉技术的有效途径提供了参考。

镉；糙米；混栽；水生植物

湘东地区部分矿区周围稻田的镉污染十分严重，严重影响了矿区稻米的安全品质。目前，对土壤镉污染常用的修复方法有物理措施、化学措施和生态修复等。物理措施因耗费的人力、物力较大，现实生产中很难大范围推广；化学措施虽然具有简单方便、费用较少、效果明显等优点，但易导致土壤结构破坏和某些营养元素的散失；通过绿色植物来固定吸收、转移、转化降解污染物，使之变为对环境无害的物质或对污染物加以回收利用的植物修复技术以其有效、非破坏、经济等优点在近年得到了重视和发展。目前国内对农田土壤重金属治理的植物修复技术，多停留在实验室或盆栽试验阶段[1]，而探索大田环境条件下栽植有关植物对降低稻米等农产品镉含量的有效性，国内尚鲜见报道。

黄灵芝等[2]研究表明黑藻对镉的吸附效果好，将其应用于废水处理有实用价值；李硕等[3]研究认为水葱可以耐受土壤中高浓度的重金属污染，并对镉有很强的生物富集性；曹优明等[4]认为用泥土+河沙基质构建的菖蒲人工湿地对镉的去除率最高可达100%，最低为86.23%。可见，黑藻、水葱、菖蒲对镉具有强吸附性。因此开展稻田混栽水生植物对稻田土壤和稻米镉含量影响的试验，可为探索稻田植物降镉技术的有效途径提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试早稻品种为陆两优996，由醴陵市均楚区农业技术推广站提供；水生植物为黑藻、水葱、菖蒲，由浏阳市绿盈花木合作社提供。

1.2 试验设计

试验于2014年3～7月在醴陵市均楚镇长岭坳村唐武生责任田进行。按单因素随机区组设计，设黑藻(处理①，轮叶黑藻)、对照(处理②，按常规方法栽植水稻，不混栽其他任何水生植物)、水葱(处理③)、水菖蒲(处理④)4个处理，4次重复，小区面积为13.34 m2，包括保护区面积，试验地250 m2左右。将整个试验的田间土堤进行加固加高，防止试验植物漫出试验区，小区之间用泥巴堤加网状塑料进行隔离。

水稻于2014年3月23日播种，湿润育秧。4月20日移栽，株行距为20 cm×30 cm，每蔸插2粒谷苗。7月15日收割。大田施40%红四方复混肥(N∶P2O5∶K2O=20∶8∶12)375.0 kg/hm2作基肥。插后5 d施尿素150.0 kg/hm2、氯化钾112.5 kg/hm2促蘖。水分管理按照“前中期浅水覆盖，抽穗后15 d排干积水保持湿润”进行。

黑藻、水葱、菖蒲按相同重量的鲜活生物量，每小区4 kg，于水稻移栽后7 d均植于水稻各行之间。

1.3 调查项目与方法

1.3.1 试验前土壤基础养分。栽植水生植物前，按5点法取样进行土壤质地调查，土壤pH 5.2，全氮3.470 g/kg，全磷0.800 g/kg，有机质58.600 g/kg，碱解氮476.000 mg/kg，有效磷46.800 mg/kg，速效钾214.000 mg/kg，全镉1.838 mg/kg，有效镉0.983 mg/kg。

1.3.2 镉含量分析。抽穗后排干水前，取样分析3种水生植物的镉含量；抽穗后排干水后，取样分析各小区土壤的镉总量和有效镉含量；收获后分析糙米的镉含量。土壤总镉和有效镉含量分析按GB/T17141-1997和GB/T23739-2009标准进行，在湖南农业科学院土壤肥料研究所完成。水生植物在清洗烘干后研磨为粉末，水生植物的干粉末和糙米镉含量按照GB/T 5009.15-2003标准进行分析，在湖南省分析测试中心完成。试验地先年早稻糙米镉含量范围为0.21～0.23 mg/kg，依品种不同而不同。利用DPSv6.55软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 各处理土壤镉总量变化

不同处理间的全镉含量变化见表1。混栽黑藻后，土壤的全镉含量高于其他3个处理，且存在显著差异；对照、菖蒲、水葱3个处理的土壤全镉含量没有显著差异。混栽黑藻的土壤全镉含量较试验前提高了0.202 mg/kg；混栽水葱的全镉含量较试验前降低了0.214 mg/kg；对照和菖蒲处理的全镉含量在试验前后基本没有变化，仅略低于1.838 mg/kg。

2.2 各处理土壤有效镉含量

试验后，各处理间的土壤有效镉含量没有显著差异(表1)，含量范围为1.123～1.236 mg/kg。对比试验前的有效镉含量(0.983 mg/kg)，各处理均提高0.140 mg/kg以上。

2.3 各处理糙米镉含量

各处理糙米镉含量分别是0.320 mg/kg(黑藻)、0.212 mg/kg(CK)、0.278 mg/kg(水葱)、0.265 mg/kg(菖蒲)。对照的糙米镉含量与先前比较，没有明显变化，比照稻米镉含量标准(0.200 mg/kg)，略有超标。黑藻和水葱处理的糙米镉含量明显高于对照，并存在显著差异；菖蒲处理的糙米镉含量高于对照，但两者之间无显著差异。

2.4 水生植物吸镉量比较

黑藻的吸镉量达2.920 mg/kg，显著高于水葱(0.405 mg/kg)和菖蒲(0.353 mg/kg)的吸镉量(表1)，说明黑藻具有极强的镉吸附能力。

3 结论与讨论

3.1 土壤与水生植物镉含量

从土壤的全镉和有效镉含量看，对照的土壤全镉比试验前降低了0.077 mg/kg，对照的土壤有效镉比试验前增加了0.140 mg/kg，可能由于植物的吸附作用，致使土壤全镉含量呈下降现象，由于温度和植物根系酸性分泌物的增加，致使对照土壤有效镉呈增加趋势。4个处理中，黑藻处理土壤全镉含量与对照及另2个处理存在显著差异，其他3个处理无显著差异。黑藻的吸镉量显著高于水葱、菖蒲处理。

表1 土壤和糙米镉含量比较 mg/kg

注：同列数据后小写字母不同表示0.05水平差异显著，大写字母不同表示0.01水平差异极显著。

3.2 糙米镉含量

栽植3种水生植物后，黑藻和水葱处理的糙米镉含量显著高于对照，菖蒲处理的糙米镉含量与对照无显著差异。这可能由于稻田混栽水生植物后，与对照比较，形成了“水稻-水生植物-土壤” 复杂的共生系统，由于增栽水生植物后，根系的酸性分泌物增加，土壤中活跃的含镉络离子增加，使水稻根系增加了吸收镉的可能性，导致黑藻和水葱处理的糙米镉含量增加。此种分析还需进一步试验论证。

[1] 陈家武，邓沛怡，程明玲.藻类吸附缓解稻田重金属污染的研究[J].湖南农业科学，2014(12)：52-55.

[2]黄灵芝，曾光明，黄国和，等.黑枣对镉离子的生物吸附研究[J].水处理技术，2009(2)：62-64.

[3] 李硕，刘云国，李永丽，等.水葱对镉的超富集作用及其用于植物修复的潜力[J].广西植物，2007(2)：180-185.

[4] 曹优明，戴涛.菖蒲人工湿地对煤矿废水中镉的处理研究[J].工业水处理，2012(7)：43-45.

Effect of Companion Planting Aquatic Plants on Cadmium Content in Paddy Soil and Rice

LIU Tang-xing，XU Yi-lan，YAO Ji-lun

(Hunan Biological and Electromechanical Polytechnic，Changsha，Hunan 410127)

[Objective]Effect of companion planting aquatic plants on cadmium content in paddy soil and rice was studied. [Method]Taking early rice，Hydrillaverticillata,Scirpusvalidus,Acoruscalamusas experimental materials, effects of companion planting aquatic plants on cadmium content in paddy soil and rice were studied. [Result] Compared with controls, the soil cadmium and effective cadmium content after mixing plant aquatic plants had no significant difference. The total cadmium content in soil mixedH.verticillatawas significantly higher than mixedS.validusandA.calamus. After mixingH.verticillataandS.validus, cadmium content in brown rice was significantly higher than that of control.[Conclusion]It provides the reference for exploring an effective way to cadmium reduction technology in paddy.

Cadmium; Brown rice; Companion planting; Aquatic plants

湖南省环境保护厅水稻重金属污染项目(湘财建指[2013]229)；湖南生物机电职业技术学院科技创新团队项目(10TD14)。

刘唐兴(1968- )，男，湖南新化人，教授，博士，从事作物栽培生理研究。

2015-11-16

S 511

A

0517-6611(2015)35-042-02