稀土微肥对水稻镉胁迫的缓解效应研究

黄楚瑜，黄运湘，刘利杉，何梨香，龙 祥

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）

2014年4月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表明，我国农田土壤的重金属污染相当严重，耕地土壤点位超标率达19.4%，而镉污染又是污染物之首[1]。镉污染土壤的修复治理成为当前环境科学和农业科学家们研究的热点问题，目前重金属污染修复的方式主要有工程物理、化学修复、农业化学调控及生物修复等[2]。化学钝化修复因其具备简单快捷、经济高效等特点而受到越来越多的关注，但同时具备高效钝化、又不致于产生二次污染的土壤重金属修复调理剂还比较少，且缺乏相关技术上的指导。

稀土作为微肥或植物生长调节剂，已广泛应用于我国农业领域[3]。有报道称，稀土在阻控重金属方面效果良好[4-5]。王甲辰等[6]的研究表明，在土壤中添加适当量的稀土能有效缓解镉对青椒的毒害，并使其生理状况得到进一步改善。曹勇[7]的研究表明，一定浓度的稀土能较好地促进芥菜的各项生理指标，且对镉的逆境胁迫有缓解作用。贾稝[8]与任学军[9]分别对水稻和油菜进行稀土浸种试验，结果表明稀土浸种处理是一种可抑制及减少作物重金属吸收和累积的有效途径。为了探索稀土微肥对水稻镉胁迫及镉吸收的阻控效应，以稀土微肥“科道离不了”为材料，设计了添加外源有效态镉的土壤盆栽试验，以期为重金属镉污染土壤的修复利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验在湖南农业大学校区教学实习基地进行。供试水稻品种为陆两优4026。供试土壤取自湖南农业大学校区教学实习基地由红黄泥改种蔬菜12 a 的菜园土，采样深度0～20 cm。样品取回后晒干，锤碎，过5 mm 筛，混匀，备用。土壤基本理化性质为：土壤pH 值4.91，有机质27.3 g/kg，全氮1.46 g/kg，碱解氮115.3 mg/kg，全磷1.39 g/kg，有效磷197.8 mg/kg，全钾10.00 g/kg，速效钾98.4 mg/kg，缓效钾563.5 mg/kg，土壤全镉含量0.341 mg/kg，有效镉含量0.175 mg/kg。

供试的稀土微肥由陕西科道生化科技发展有限公司提供，商品名称“科道离不了”，其成分为SiO245.7%、K2O 2.18%、CaO 5.02%、MgO 5.36%、（Mn+Zn+Cu+Fe+Mo+Ti）6.21%，稀土≥200 mg/kg；有效态Si 、K、Ca、Mg、Cu、Zn 分别为2.02 g/kg、1.14 g/kg、25.96 g/kg、9.30 g/kg、4.00 mg/kg、1.00 mg/kg，胶冻样类芽孢杆菌1.06 亿/g，有效态镉未检出；比表面积120 m2/g，阳离子交换量19 mmol/100g，pH值7.80。

1.2 试验设计

采用土壤盆栽试验方法，以稀土微肥施用量为试验因素，设置0.2、0.4、0.6 g/kg（相当于450、900、1 350 kg/hm2）3个添加水平，以不施稀土微肥处理为对照，共计4个处理，每处理重复3 次，具体实施方案见表1。

表1 土壤盆栽试验设计

选择高25.8 cm、内径19.7 cm 的瓷盆，每盆装土6.5 kg。外源有效态镉的添加浓度为1.0 mg/kg，镉源为CdCl2·2.5H2O（分析纯）。施肥量按施N 0.20 g/kg、P 0.05 g/kg、K 0.13 g/kg 为标准计算，以尿素、磷酸二氢钾、氯化钾为肥源，氮、磷、钾肥和稀土均做基肥施用。具体施用方法为：将基肥溶于水后与镉溶液一起喷洒于供试土壤中拌匀装盆，熟化7 d 后淹水处理。于7月30日选择长势一致的晚稻秧苗移栽至瓷盆中，每盆移栽3 株。根据晚稻生长特性进行田间管理，并对幼苗生长动态进行观察记载，10月28日分稻谷、茎叶和根系进行收割取样，带回室内测产和考种。

1.3 检测项目与方法

土壤基本理化性质采用常规分析法测定。土壤全量镉采用四酸消解（HCl-HNO3-HF-HClO4）石墨炉原子吸收分光光度法测定；有效态镉含量采用0.1 mol/L HCl 浸提、原子吸收分光光度法测定。土壤标准物质采用四川紫色土，标准号为GBW（E）070010。

稀土微肥Ca、Mg、K、Zn、Cu 含量采用土壤调理剂钙、镁含量的测定方法（NY/T 2272-2012）。

稻米、茎秆和根系经烘干、磨细后，过40 目筛。Ca、Mg、Zn、P、K、Cu、Cd 含量采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸全消解，用Perkinelmer 公司生产的iptima 8300 电感耦合等离子体发射光谱法测定Ca、Mg、Zn、Cu 含量，采用原子吸收分光光度法测定Cd含量。植株分析采用的标准物质由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所提供，大米为湖南大米，标准号GBW 10045（GBS-23），茎秆和根系采用绿茶，标准号GBW 10052（GBS-30）。

1.4 数据处理

采用SPSS 17.0 软件进行方差分析，采用Duncan新复极差法进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 稀土微肥对镉胁迫水稻生长发育的影响

2.1.1 对水稻株高的影响 图1 为稀土微肥对镉胁迫水稻株高的动态影响。从图1 中可知，随着水稻生育期的延长，水稻株高逐渐增加，至9月5日达最大值，不同处理之间差异不显著。这表明在添加1.0 mg/kg有效态镉的土壤条件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥对水稻株高无显著影响。

图1 稀土微肥对镉胁迫水稻株高的动态影响

2.1.2 对水稻分蘖动态的影响 从图2 中可知，在添加1.0 mg/kg 有效态镉的土壤条件下，施用0.2～0.6 g/kg

图2 不同处理下水稻的分蘖动态

（数据为9 株水稻的平均值，不同小写字母表示处理间差异显著P<0.05。）稀土微肥对水稻生育前期分蘖无显著影响，至分蘖末期，稀土微肥处理的水稻分蘖个数均高于对照，且处理之间达显著差异水平。这表明在低浓度镉胁迫下，施用稀土微肥有促进水稻分蘖的作用。

2.2 稀土微肥对镉胁迫水稻产量和经济性状的影响

由表2 可知，在添加1.0 mg/kg 有效态镉的土壤条件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥，可提高稻谷产量、增加千粒重和根系干质量，且随施用量的增加而逐渐增加；而谷草比以0.4 g/kg 的处理最大，其稻谷产量、千粒重、根系干质量和谷草比分别比对照增加14.6%，6.3%、22.7%和46.7%。

表2 不同用量稀土微肥对镉胁迫水稻经济性状的影响

2.3 稀土微肥对镉胁迫水稻矿质养分含量的影响

2.3.1 对根系吸收矿质养分的影响 从表3 中可知，在添加1.0 mg/kg 有效态镉的土壤条件下，施用0.2～0.4g/kg 稀土微肥，均可提高水稻根系对P、K、Mg、Zn、Cu 元素的吸收，施用量增加至0.6 g/kg，根系P、Cu 含量降低，Ca 含量增加，但均未达差异显著水平。

表3 稀土微肥对镉胁迫水稻根系吸收矿质养分的影响

2.3.2 对水稻秸秆矿质养分含量的影响 由表4可知，在添加1.0 mg/kg 有效态镉的土壤条件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥均降低了秸秆中的Ca 含量，提高了其P、K、Mg、Zn、Cu 元素的含量，但均未达显著水平。当稀土微肥施用量为0.2g/kg 时, 秸秆中P、Zn、Cu的含量最高；施用量为0.4g/kg 时，秸秆中K、Mg 含量最高。

表4 稀土微肥对镉胁迫水稻秸秆矿质养分含量的影响

2.3.3 对糙米矿质养分含量的影响 从表5 中可以看出，在添加1.0 mg/kg 有效态镉的土壤条件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥均有降低了糙米Ca 含量、提高糙米P、K、Mg、Zn、Cu 含量的作用；其中，施用0.2～0.4 g/kg 稀土微肥，水稻糙米中的P 含量显著高于对照；施用0.4～0.6 g/kg 稀土微肥，水稻糙米中的Zn含量显著高于对照；其他元素的差异均不显著。施用0.4 g/kg 稀土微肥（处理3），糙米Ca 含量较对照降低6.23%，P、K、Mg、Zn、Cu 含量较对照分别提高15.38%、13.81%、14.41%、2.40%、20.51%。

表5 稀土微肥对镉胁迫水稻糙米矿质养分含量的影响

2.4 稀土微肥对水稻镉吸收和分布的影响

由表6 可知，水稻吸收的镉主要分布在根系，其次是秸秆，糙米中镉含量相对较低，根系镉含量为糙米的3.25～4.25 倍。在添加1.0 mg/kg 外源有效态镉的土壤条件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥未对水稻吸镉均起抑制作用，反而促进了水稻对镉的吸收并向地上部转移，处理间根系和秸秆的镉含量差异不显著，糙米中镉含量差异达显著水平。当稀土微肥施用量为0.4 g/kg 时，水稻吸镉能力最强，根系和秸秆镉含量均高于其他处理；施用量达0.6 g/kg 时，根系和秸秆镉含量下降，糙米镉含量上升，均高于或显著高于对照。其原因是稀土微肥的施用促进了水稻根系的生长发育，从而增强了水稻对镉的吸收。

表6 稀土微肥对镉胁迫水稻不同部位镉含量的影响

3 结论与讨论

试验结果表明，供试土壤添加1.0 mg/kg 外源有效态镉，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥，缓减了镉胁迫对水稻生长发育的影响，提高了稻谷产量；促进了水稻对P、K、Mg、Zn、Cu 的吸收，抑制水稻对Ca 的吸收。从水稻经济性状和效益分析，稀土微肥施用量以为0.4 g/kg 为宜，相当于900 kg/hm2。

在添加1.0 mg/kg 外源有效态镉的环境条件下（相当于中、轻度镉污染土壤），施用0.2 ～0.6 g/kg 稀土微肥并未抑制水稻对镉的吸收，反而促进了水稻对镉的吸收并使镉元素向地上部转移，其原因是稀土微肥的施用促进了水稻根系的生长发育，从而增加了镉的吸收。当稀土微肥施用量为0.6 g/kg 时，根系吸镉量有减少的趋势，若进一步提高稀土微肥的施用量，是否能降低稻米镉含量，有待进一步研究。

研究采用的是添加外源有效镉的土壤盆栽试验方法，土壤镉的生物有效性高，糙米镉含量高达5.98～9.41 mg/kg，远高于相同污染水平的大田土壤，严重超出了国家规定的大米镉含量标准。故在该试验条件下，施用0.2 ～0.6 g/kg 稀土微肥，未表现降镉效应。如果在大田试验条件下，增加稀土微肥的施用量，是否有降镉效果有待进一步验证。

[1]环境保护部，国土资源部. 全国土壤污染状况调查公报[R]. 中国：环境保护部 国土资源部，2014.

[2]彭少邦，蔡 乐，李泗清. 土壤镉污染修复方法及生物修复研究进展[J]. 环境与发展，2014，23（3）：86-90.

[3]Wang J C，Yang J，Liu X S. Status of rare earths for agriculture in China[J]. Rare Earths，2004，22：313.

[4]Huang X H，Zhou Q，Zhang G S. Advances on rare earth application in pollution ecology[J]. J. Rare Earths，2005，23（1）：5.

[5]Huang X H，Zhou Q. A lleviation effect of lanthanum on cadmium stress in seedling hydroponic culture of kidney bean and corn[J]. J. Rare Earths，2006，24（2）：248.

[6]王甲辰，左 强，邹国元，等. 添加稀土对镉污染土壤上青椒生长与镉吸收分布的影响[J].中国稀土学报，2013，31（3）：353-362.

[7]曹 勇. 稀土镧对重金属镉污染芥菜的生理生化活性影响[J]. 安庆师范学院学报（自然科学版），2014，20（3）：109-103.

[8]贾 稝，邢 勇，周亚俊，等. 水稻抗重金属污染栽培研究[J]. 中国稀土学报，1997，15：401.

[9]任学军，任艳军，杜 彬，等. 轻稀土浸种对油菜镉铬胁迫的生物学效应[J]. 南方农业学报，2011，42（12）：1503.