施用生石灰对镉污染酸性土壤中水稻镉积累的影响

刘大锷，郭明选，高汉清，刘勇军，朱中秋，覃立群，欧阳江南

（1.桃源县农业科学研究所，湖南 桃源 415700；2.桃源县农业局，湖南 桃源 415700；3.桃源县漆河镇农业技术推广服务站，湖南 桃源 415700）

施用生石灰对镉污染酸性土壤中水稻镉积累的影响

刘大锷1，郭明选2，高汉清1，刘勇军1，朱中秋3，覃立群1，欧阳江南1

（1.桃源县农业科学研究所，湖南 桃源 415700；2.桃源县农业局，湖南 桃源 415700；3.桃源县漆河镇农业技术推广服务站，湖南 桃源 415700）

通过两年的田间小区试验，研究了生石灰基施和追施两种方式，以及375、750和1 125 kg/hm2的施用量对镉污染酸性土壤中水稻生长和糙米镉含量的影响。结果表明：施用生石灰可使稻谷产量提高20～760 kg/hm2；显著提高土壤pH值，最大提高幅度达到0.3个单位；并能有效降低糙米中镉的含量，且追施方式的降镉效果优于基施方式，其中追施1 125 kg/hm2生石灰处理在两年试验中可使糙米镉含量均降低至国家食品卫生标准限值（0.2 mg/kg）以内。因此，在水稻孕穗末期追施1125 kg/hm2可推荐为镉污染酸性稻田改良措施。

生石灰；镉污染；水稻；酸性土壤；基施；追施

环保部与国土资源部联合公布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，镉是我国耕地土壤最为主要的重金属污染物，其点位超标率达到7.0%；农业部的调查结果表明，由于稻田受到镉污染，我国稻米镉含量超标率在10%以上，其潜在的健康风险受到广泛关注[1-2]。同时，我国南方稻田土壤酸化问题突出，随着土壤pH值的下降，土壤中镉的活性大大增强，稻米等农产品受到镉污染的风险随之增大[3]。

前期研究显示，施用石灰可有效提升土壤pH值，降低土壤中镉的植物有效性，减少稻米对镉的累积。刘琼峰等[4]研究表明，施用生石灰0.75～1.50 t/hm2对于酸性水稻土（pH值4.5～5.4）有较好的改良效果，施用生石灰1.0 t/hm2的增产效果最佳。罗婷等[5]通过盆栽试验研究发现，石灰添加量为0.33 g/kg时，对土壤中镉有效性的降低效果最佳。朱奇宏等[6]开展的田间试验结果表明，基施1.5 t/hm2的生石灰，可使土壤pH值提高0.4个单位，显著降低土壤提取态镉含量和稻米中镉的累积量。陈喆等[7]研究表明，水稻孕穗末期追施0.9 t/hm2的生石灰，并结合长期淹水，可使糙米镉含量降低39%。因此，研究拟通过两年的田间试验，探讨镉污染酸性稻田改良过程中，石灰的最佳施用方式和适宜用量，为镉污染酸性稻田实现安全生产提供实用技术。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于桃源县青林乡白洋河村，属中亚热带季风气候，年平均降雨量为1 437 mm，多年平均气温16.5℃；2013～2014年选择特性基本一致的两丘相连田块分别开展晚稻试验，其种植制度为稻—稻—冬闲；供试土壤为河潮泥，肥力中等偏上，土壤pH值为5.4，全镉含量为0.31 mg/kg。

1.2 试验设计

试验共设置7个处理，以不施石灰为对照（CK）；设基施0.75 kg/小区（B1，相当于375 kg/hm2）、1.5 kg/小区（B2, 相当于750 kg/hm2）、2.25 kg/小区（B3,相当于1 125 kg/hm2），追施0.75 kg/小区（D1）、1.5 kg/小区（D2）和2.25 kg/小区（D3）。每个处理3次重复，随机区组排列，小区面积为4 m×5 m=20 m2，各小区以覆盖地膜的田埂进行分割，埂宽30 cm，高15 cm，实行单排单灌。其中，基施处理按照用量在翻耕前将生石灰均匀撒施到小区土壤表面，翻耕、耙匀；追施处理，将所需生石灰在孕穗末期均匀撒施。各小区除石灰施用量和施用方式不同外，其他化肥施用品种、施用量、施用方法、施用时间及各小区的田间管理按当地推荐的施肥方案和栽培技术进行。

1.3 样品采集与分析

施石灰前以及水稻收获后用不锈钢土钻采集各小区耕层土样，经自然风干后分别过1 mm和0.15 mm尼龙筛，备用。水稻收获时，各小区单打单晒，记录小区稻谷产量，并采集稻谷样品，稻谷用微型脱壳机分离出糙米，烘干后用不锈钢粉粹机粉粹，备用。土壤全镉含量采用王水-高氯酸消化，ICP-OES测定（Varian 720，美国），土壤pH值、速效磷采用常规分析法测定[8]。土壤有效态镉采用DTPA（1︰2.5，W/V）浸提法，ICP-OES测定[6]。糙米样品采用硝酸-高氯酸消化，ICP-OES测定[8]。

试验数据采用Excel 2007与SPSS18软件进行整理分析。

2 结果与分析

2.1 施用生石灰对稻谷产量的影响

由图1可知，虽然各处理之间稻谷产量无显著差异，但与对照相比，无论是基施还是追施生石灰，稻谷产量均有提高的趋势。与对照相比，2013年基施生石灰375～1 125 kg/hm2，稻谷产量提高5.7%～9.0%；而追施等量生石灰的处理稻谷产量则提高2.8%～12.0%。有意思的是，除2013年基施方式外，稻谷产量均以石灰施用量为750 kg/hm2的处理最高，而不是施用量为1 125 kg/hm2的处理。刘琼峰等[4]研究发现，酸性稻田基施生石灰后，稻谷产量从高到低排列依次为1 125 kg/hm2处理＞750 kg/hm2处理＞1 500 kg/hm2处理＞375 kg/hm2处理。由此可见，在酸性稻田，施用一定量的生石灰可以改善水稻的生长，提高稻谷产量，但生石灰的适宜施用量则应根据土壤条件确定，施用量过高可能在一定程度上会抑制水稻的生长发育，降低稻谷产量。

图1 施用生石灰对稻谷产量的影响

2.2 施用生石灰对土壤pH值和有效态镉含量的影响

土壤的酸碱度是衡量土壤质量的重要指标之一，它直接影响到土壤中各种化学反应和微生物的活性，也是影响土壤中镉等重金属元素属性的重要因素[9]。由图2可知，随着生石灰用量的增加，土壤pH值逐渐升高，对照处理土壤pH值为5.57，基施生石灰375～1 125 kg/hm2后，土壤pH值提高了0.03～0.16个单位；而追施等量生石灰后土壤pH值也呈相似的变化趋势，但其提高幅度（-0.01～0.07个单位）要小于基施方式。2014年的试验结果与2013年的略有不同，基施生石灰375～1 125 kg/hm2后，土壤pH值提高了0.21～0.32个单位，而追施等量生石灰后，土壤pH值则提高了0.14～0.24个单位；在追施方式下，pH值增幅最大的是375 kg/hm2处理，而750 kg/hm2处理的增幅则最小。总体来看，土壤pH值的提升幅度随石灰施用量的增加而增大，基施方式效果强于追施方式。周相玉等[10]也观测到相似的效应。由此可见，施用生石灰是提升酸性水稻土pH值的有效措施。

图2 施用生石灰对土壤pH值的影响

在酸性土壤上，随着土壤pH值的提升，土壤中镉的有效性通常会随之降低。从图3中可以看出，除基施375和1 125 kg/hm2生石灰处理外，其他处理的土壤有效态镉含量比对照均有所降低；2014年的结果也呈相似的变化趋势，但两年的试验结果均显示处理间的差异未达显著水平（P＞0.05）。这可能与该研究采用DTPA提取法来表示土壤有效态镉含量有关。虽然DTPA提取法被我国列为土壤有效态镉测定的标准方法（GB/T 23739—2009），但该方法最开始主要用于测定中性或偏碱性土壤中的有效态重金属含量，由于其提取剂具有较强的缓冲能力，当其用于测定酸性土壤中有效态镉含量时，除水溶性和交换态镉外，部分碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态镉也会被提取出来[11]。然而，施用生石灰后，土壤中镉有效性的降低主要是由于有效性较高的水溶性和交换态镉转化为有效性相对较低的碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态镉[12]，而这种变化难以通过DTPA提取的方法反映出来。

图3 施用生石灰对土壤有效态镉含量的影响

2.3 施用生石灰对糙米镉含量的影响

从图4可以看出，2013年，基施和追施375～1 125 kg/hm2的生石灰均能降低糙米镉含量，降幅为7.7%～53.1%，其中以追施1 125 kg/hm2生石灰的处理（D3）降镉效果最好，糙米镉含量降至0.183 mg/kg，低于国家粮食卫生标准（0.2 mg/kg）。在2014年，与对照相比，基施375 kg/hm2生石灰的处理（B1）糙米镉含量无明显变化，而基施750 kg/hm2生石灰的处理（B2）则提高了28.8%，其他处理则不同程度降低了糙米镉含量，其中B3、D2和D3这3个处理的糙米镉含量分别降至0.167、0.147和0.183 mg/kg，均达到国家食品卫生标准的限值以内。从总体来看，无论基施还是追施，生石灰施用量为1 125 kg/hm2的处理降低糙米镉含量效果较好，而追施方式的降镉效果优于基施方式。朱奇宏等[8]的研究结果也显示，基施750～2 250 kg/hm2的生石灰可有效降低糙米镉含量，且其效果随石灰施用量的增大而增强。由此可见，施用生石灰是一种简便廉价的降低糙米镉含量的技术措施，而在水稻孕穗末期追施1 125 kg/hm2的生石灰降镉效果较好。

3 结 论

图4 施用生石灰对糙米镉含量的影响

通过2 a的田间小区试验研究发现，在酸性镉污染稻田，采用基施和追施375～1 125 kg/hm2生石灰的技术措施能够明显提高土壤pH值，在一定程度上改善水稻生长，提高稻谷产量，有效降低糙米中镉含量。考虑到稻谷产量和降低稻米镉含量的综合效应，以孕穗末期追施1 125 kg/hm2的生石灰，降低糙米镉含量的效果最佳，且有一定的增产作用，可推荐作为酸性镉污染稻田的改良措施。

[1] 环境保护部，国土资源部. 全国土壤污染状况调查公报[EB/OL]. http：//www.mlr.gov.cn/xwdt/jrxw/201404/t20140417_1312998.htm，2014-04-17.

[2] Li J，Xu Y. Immobilization of Cd in paddy soil using moisture management and amendment[J]. Environ. Sci. Pollut. Res，2015，22：5580-5586.

[3] 余 涛，杨忠芳，唐金荣，等. 湖南洞庭湖区土壤酸化及其对土壤质量的影响[J]. 地学前缘，2006，13（1）：98-104.

[4] 刘琼峰，蒋 平，李志明，等. 湖南省水稻主产区酸性土壤施用石灰的改良效果[J]. 湖南农业科学，2014，（13）：29-32.

[5] 罗 婷. 镁、锌和石灰等物质抑制土壤镉有效性及水稻吸收镉的研究[D]. 雅安：四川农业大学，2013.

[6] 朱奇宏，黄道友，刘国胜，等. 改良剂对镉污染酸性水稻土的修复效应与机理研究[J]. 中国生态农业学报，2010，18（4）：847-851.

[7] 陈 喆，铁柏清，刘孝利，等. 改良-农艺综合措施对水稻吸收积累镉的影响[J]. 农业环境科学学报，2013，32（7）：1302-1308.

[8] 朱奇宏，黄道友，刘国胜，等. 石灰和海泡石对镉污染土壤的修复效应与机理研究[J]. 水土保持学报，2009，23（1）：111-116.

[9] 孟赐福，水建国，吴益伟，等. 红壤旱地施用石灰对土壤酸度、油菜产量和肥料利用率的长期影响[J]. 中国油料作物学报，1999，21（2）：45-48.

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[11] Feng M H，Shang X Q，Zhang S，et al. A comparison of the rhizosphere-based method with DTPA，EDTA，CaCl2，and NaNO3extraction methods for prediction of bioavailability of metals in soil to barley[J]. Environmental Pollution，2005，137：231-240.

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（责任编辑：成 平）

Effects of Lime Application on Cadmium Accumulation of Rice in Acidiccd-Confaminated Paddy Soils

LIU Da-e1，GUO Ming-xuan2，GAO Han-qing1，LIU Yong-jun1，ZHU Zhong-qiu3，QIN Li-qun1，OUYANG Jiang-nan1
（1. Taoyuan Agricultural Research Institute, Taoyuan 415700, PRC; 2. Agricultural Bureau of Taoyuan County, Taoyuan 415700, PRC; 3. Agricultural Technology Extension and Service Station of Qihe Town, Taoyuan 415710, PRC）

To investigate the application methods and rates of lime on rice grain yield and content of Cd in brown rice, feld experiments were conducted in acidic Cd-contaminated paddy soils in 2013 and 2014. The lime was applied using basal application and dressing application at rates of 375, 750 and 1 125 kg/hm2. The results indicated that application of lime increased the rice grain yield by 20 to 760 kg/hm2. Soil pH was signifcantly increase by lime application, reaching the largest value of 0.3. And the content of Cd in brown rice reduced by the application of lime. Moreover, the reduce effect was better in dressing application than in basal application. In two years, the content of Cd in brown rice in dressing application of lime at 1 125 kg/hm2treatment was lower than National Food & Health Standard limit (0.2 mg/kg). In conclusion, the dressing application of lime at 1 125 kg/hm2during last booting stage could be recommended for acidic Cd-contaminated paddy soil.

lime; Cd pollution; rice; acid soil; basal application; dressing application

book=24,ebook=32

S156.99

A

1006-060X（2016）12-0024-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.012.008

2016-09-14

中央财政农业技术推广与服务补助资金项目（湘财农指[2013]184号）

刘大锷（1963-），男，湖南桃源县人，研究员，主要从事农业技术推广与农业科研管理工作。