施用生石灰对早稻镉吸收的影响

唐可兰，冯 伟，唐佑根，陈嘉莉，廖彦初

(1衡阳市农业环境监测管理站，湖南衡阳421000;2衡东县农业局，湖南衡东421400;3衡南县农业局，湖南衡南422001;4衡南县宝盖镇农技站，湖南衡南422003)

20世纪以来，土壤镉污染问题日益加剧［1～4］。据统计，我国镉污染的农田面积达27.86万公顷，每年镉含量超标的农产品有14.6亿千克。我国稻米中有10%超过了0.2 mg/kg的限量标准(GB15201294)，严重威胁到我国人民的健康［5］。但是，目前对土壤镉污染的治理方法都存在推广难度大和成本高等问题［6～8］。不同品种的水稻对镉的富集存在一定的差异［9，10］，而一些简易的农艺措施也可能降低水稻对镉的吸收［11～13］。因此，筛选低镉累积、达标、高产的水稻品种，探讨施用生石灰对稻米镉累积量的影响与稻田土壤中镉含量的变化的相关研究逐渐引起了广大科研人员的重视［14～16］。本研究选择衡阳地区种植的6个早稻主导品种，系统研究了施用生石灰处理对水稻镉富集的影响，以为低富集品种的筛选和低镉农艺措施的建立提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

衡南县地处东经 112°16'～113°08'，北纬 26°32'～26°58'，属于亚热带季风湿润气候区，具有热量充足，雨水集中，冬冷夏热，四季分明，春温多变，夏秋多旱，严寒期短，暑热期长的特点。年均气温17.8℃，年降水量1 268.8 mm左右，全年无霜期287 d。试验区位于衡南县川口乡将军村前进组，面积0.27 hm2。土壤镉含量0.6 mg/kg，pH 5.2。

1.2 供试材料

选择当地6个主导早稻品种:中早39、中嘉早17、湘早籼 45、陵两优942、陵两优 104、陵两优 674。试验所用生石灰为本地产，粉碎过1 cm筛后备用。种植过程中所施用的肥料包括:复合肥(含N 15%，含 P2O515%，含 K2O 15%)和尿素(总 N≥46.4%)。

1.3 试验设计

生石灰用量750 kg/hm2，于分蘖末期拌细泥土750 kg一次施用。施用时间选择温度较低时，通常选阴天或下午4:00～5:00。以不施用生石灰为对照。3次重复，共36个小区，小区面积21.6 m2。所有小区全部收获计产。

栽培技术要求:杂交早稻每蔸插3粒谷的秧，常规稻每蔸插5～6苗，均在3月下旬完成。施肥、施药、排灌等管理措施均按照当地管理习惯进行。

1.4 测试指标及方法

试验前采集原始土壤样品，试验后各小区采集土壤样品和稻谷样品各1个。土壤pH值以电位法测定，土壤有效镉含量以盐酸提取，原子吸收测定。按国家标准进行糙米重金属含量检测。将糙米粉碎，先在低温电炉上使其炭化，再在马福炉中充分灰化，然后用稀盐酸溶解提取，用火焰原子吸收分光光度计测定镉含量。所有数据均进行单因素方差分析，并进行种植前后及不同品种之间的多重比较。

2 结果与分析

2.1 种植水稻前后土壤pH值的变化

土壤pH值通过多个方面影响植物的生长和发育，不同植物在生长过程中也会对土壤pH值产生一定影响。相对较低的pH值能促进重金属镉的活化，增加其有效性，从而带来更大的危害。

种植水稻前后分别测试了各处理的土壤pH值，结果如表1。对照组与原始土壤相比，种植水稻后土壤的pH值略有降低，但均未达到显著水平。而施用生石灰的处理，在种植水稻后土壤pH值均有所升高，其中中嘉早17、陵两优104和湘早籼45与对照相比都达到了差异显著水平。施生石灰处理组种植不同水稻品种后的土壤pH值没有表现出显著差异，而对照组陵两优104的土壤pH值则显著低于其他品种，说明陵两优104品种更能促进土壤pH值的降低，具有促进镉活化的风险。施用生石灰可以增加土壤pH值，这种影响大于水稻品种对土壤pH值的影响。

表1 种植水稻前后土壤pH值变化情况

2.2 种植水稻前后土壤有效镉含量的变化

普通土壤中的有效镉含量一般为0.01～2 mg/kg，平均背景值为0.097 mg/kg，主要来源于成土母质。污染土壤的镉主要来源于采矿、冶炼、电镀及化工行业的废水、废气和废渣等。此外，不合理施用含镉的农用污泥、化肥和农药等也是土壤中镉的重要来源。测试种植水稻前后各小区土壤镉的含量，结果表明不同处理种植水稻前后小区土壤有效镉的含量均超出了国家土壤环境质量标准(GB15618－1995)中的二级标准(0.3 mg/kg)。对照和施用生石灰处理均未显著改变土壤中有效镉的含量，并且种植不同水稻品种后土壤有效镉的含量也没有表现出显著差异性(表2)。这说明施用生石灰和种植不同品种的水稻，均难以影响土壤中镉含量的变化。

表2 种植水稻前后土壤有效镉含量(mg/kg)变化情况

2.3 水稻产量和稻米镉含量变化

不管施用生石灰与否，水稻的产量均没有显著差异。而不同品种间的水稻产量存在显著差异。对照组中嘉早17的产量最高，为8 613.00 kg/hm2，陵两优674的产量最低，两者差异显著。施生石灰处理组陵两优104的产量最高，为8 566.50 kg/hm2，中嘉早17的产量最低，两者差异显著(表3)。总体来看，施用生石灰处理会在一定程度上降低水稻的产量，不过在本试验中的降低幅度均未达到显著水平。

稻米中镉的含量如表3。分析发现，除陵两优942外，其他5个水稻品种在施用生石灰后，稻米中镉的含量都有不同程度的下降，只是下降幅度在统计学上均未达到显著水平(p＞0.05)。此外，不同品种稻米的镉含量在对照组和处理组中均存在显著差异。在对照和处理组中均是陵两优104的稻米镉含量最高，对照组中陵两优942的稻米镉含量最低，而生石灰处理组中中早39的稻米镉含量最低，并且最高和最低的差异均达到显著水平。这说明，施用生石灰处理可以在一定程度上减少水稻镉的富集，但是，在本试验条件下，施用生石灰对水稻镉富集的影响要低于水稻品种的影响。

表3 不同水稻品种的产量及稻米镉含量比较

3 结论与讨论

土壤条件对水稻镉的富集特征具有一定的影响，水稻品种对镉的富集特性也有影响。本文通过对6个早稻品种在同一土壤条件下施用生石灰处理的比较分析，得出如下结论:

(1)种植水稻会在一定程度上降低土壤pH值，从而增加土壤镉的活性，增强镉污染的危害，不同水稻品种降低土壤pH值的能力存在差异。而施用生石灰则可以增加土壤pH值，降低土壤镉的活性，生石灰对土壤pH值的影响效果大于水稻品种的影响效果。

(2)种植水稻和施用生石灰均不能显著改变土壤中镉的含量，并且种植不同水稻品种的土壤镉的含量也无显著差异。这可能是本试验施用生石灰的量较少的缘故。

(3)总体来看，施用生石灰会在一定程度上降低水稻的产量，却可以减少稻米镉的富集量。在本试验条件下，施用生石灰的影响要低于水稻品种的影响，即水稻富集镉的多少更主要取决于水稻品种。

［1］Huang YZ，Cu Y，Li YX.Combined toxicity of copper and cadmium to six rice phenotype(Oryza sativa L.)［J］.Envious Sci，2009，21:647 －653.

［2］潘根兴，Chang AC，Page AL.土壤－作物系统污染物迁移分配及食物安全评价模型及其应用［J］.应用生态学报，2002，13(7):854 －858.

［3］仲晓春，戴其根，何 理，等.不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及其预测评价［J］.农业环境科学学报，2012(3):448－454.

［4］Suzuki S，Iowa S.Cadmium，copper，and zinc levels in the rice and rice field soil of Houston，Texas［J］.Biol Trace Elem Res，1982，4(1):21 －28.

［5］曹仁林，贾晓葵，张建顺.镉污染水稻土防治研究［J］.天津农林科技，1999，12(6):12 －17.

［6］蒋小红，喻文熙，江家华，等.污染土壤的物理/化学修复［J］.环境污染与防治，2008(3):210－214.

［7］Salt DE，Playable M，Markup NB，et al.Premeditation:A novel strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants［J］.Biotechnology，1995，13(5):468－474.

［8］王松良，郑金贵.土壤重金属污染的植物修复与金属超富集植物及其遗传工程研究［J］.中国生态农业学报，2007，15(1):190 －194.

［9］程旺大，姚海根，吴 伟，等.土壤－水稻体系中的重金属污染及其控制［J］.中国农业科技导报，2005，7(4):51－54.

［10］Li ZW，Li LQ，Pan GX，et al.Availability of Cd in a soil－rice system in China:Soil type versus linotype effects［J］.Plant Soil，2005，271:165 － 173.

［11］张敬锁，李花粉，衣纯真.有机酸对水稻镉吸收的影响［J］.农业环境保护，1999(6):278－280.

［12］Cu P，Yangon Y，Wu L，et al.Effects of water management on arsenic and cadmium appreciation and accumulation in an upland rice cultivable［J］.Journal of Environmental Sciences，2015，27:225 －231.

［13］徐胜光，周建民，刘艳丽，等.硅钙调控对酸矿水污染农田水稻镉含量的作用机制［J］.农业环境科学学报，2007(5):1854－1859.

［14］Minamoto S.Comparison of metal uptake between glutinous and non － glutinous rice for cadmium chloride，oxide and sulfide at the critical levels［J］.Bull Envious Contamination，1990，45(3):415 －421.

［15］贺 慧，陈 灿，郑华斌，等.不同基因型水稻镉吸收差异及镉对水稻的影响研究进展［J］.作物研究，2014，27(2):211 －215.

［16］姚春馨，隆四清，和立忠，等.水稻镉积累基因型差异及其对镉胁迫的反应［J］.湖南农业大学学报(自然科学版)，2007(S1):37－41.