复合微生物有机肥在晚稻生产中的降镉效果

陈友民，周卫军，周雨舟，罗思颖，曹 胜，曹宁秋

（1.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省浏阳市环境保护局，湖南 浏阳 410300）

复合微生物有机肥在晚稻生产中的降镉效果

陈友民1,2，周卫军1，周雨舟1，罗思颖1，曹 胜1，曹宁秋1

（1.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128；2.湖南省浏阳市环境保护局，湖南 浏阳 410300）

采用田间试验研究了复合微生物有机肥对重金属镉污染稻田的降阻作用与效果。结果表明：复合微生物有机肥可以促进土壤有效养分的活化，与对照相比可提高土壤碱解氮 51 mg/kg、有效磷 2.0 mg/kg 和速效钾 31 mg/kg，但水稻的增产效果不显著；可降低土壤镉的生物有效性，施用量在 75 kg/667m2及以上时，土壤有效镉含量显著地低于对照；可减少镉向稻谷中的迁移，降低稻谷镉含量，施用量在 50 kg/667m2以上时，稻谷镉含量显著地低于对照处理的。

复合微生物肥；土壤；稻谷；降镉效果；晚稻

环境保护部和国土资源部联合发布的 2005～2013年全国土壤污染状况调查公报显示，在实际调查面积630 万 km2中，土壤重金属总超标率为 16.1% ；从污染分布情况看，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大[1]。重金属污染问题日趋严重，其对生态环境和人类健康的危害也越来越受到人们的关注[2-3]。重金属元素的积累可导致土壤、大气和水环境质量的进一步恶化，并引起农作物产量和品质的下降，进而通过食物链途径危害人体健康[4]。因此，对重金属污染土壤进行合理的修复与治理是非常迫切和必需的。常用的土壤重金属治理方法主要有物理、化学和生物法[5]。生物修复（bioremediation）主要是利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质的处理技术[6]。利用微生物对重金属污染土壤进行修复，具有修复成本低、无二次污染等特点，可在一定程度上带来经济效益和生态效益，是一种较理想的重金属污染修复方法[7]。为此，2015 年在湖南省醴陵市进行了复合微生物有机肥晚稻田间试验研究，以期为稻田土壤镉污染的修复治理提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及材料

试验于 2015 年 7～11 月 在 湖南省醴陵市泗汾 镇经堂村进行。供试土壤为第四纪红色粘土发育的红黄泥。试验前，取试验地耕层混合样测定，土壤肥力较高，其中土壤碱解氮、有效磷和速效钾含量分别为242、17.6 和 53 mg/kg，土壤有机质含量为 48.9 g/kg，pH 值为 5.3，土壤全镉和有效镉含量分别为 0.64 和 0.36 mg/kg。

供试复合微生物有机肥为武汉合缘绿色生物工程有限公司生产的复合微生物肥料 [微生物肥（2011）准字 0825 号 ]，产品通用名称：复合微生物肥料，粉剂。供试水稻为晚稻常规品种湘晚籼13号。

1.2 试验设计

试验共设 5 个处理。处理 1（CK）：常规施肥（40%复合肥 25 kg/667m2+ 尿素 5 kg/667m2）；处理 2 ：复合微生物肥料 40 kg/667m2+ 常规施肥 ；处理 3 ：复合微生物肥料 50 kg/667m2+ 常规施肥 ；处理 4 ：复合微生物肥料 75 kg/667m2+ 常规施肥 ；处理 5 ：复合微生物肥 料 100 kg/667m2+ 常规 施肥。每 个处 理 3 次重 复，共 15 个小区，随机区组排列，每小区面积 30 m2。小区间做土埂包农膜隔离，四周设置 1.5 m 宽保护行。

1.3 田间管理

除施肥措施以外，其他各项管理措施均保持一致，且符合生产要求，由专人在同一天内完成。试验田晚稻 6 月 23 日播种，7 月 22 日整地，7 月 23 日作埂覆膜，7 月 24 日分处理按方案施基肥并移栽。10 月 26日采集各小区耕作层土壤样、稻谷样，10 月 29 日收割，分别对各小区进行测产验收，考察各处理多项经济性状和测定实际产量。土壤样品和稻谷样品分别送中国科学院生态环境研究中心和湖南省微生物研究院检测。

1.4 土壤样品测定

土壤全镉和全铅采用王水-高氯酸消煮-原子吸收光谱法测定；土壤全汞采用硫酸-五氧化二钒-冷原子吸收光谱法测定；土壤全砷采用氢化物发生原子吸收光谱法测定；土壤全铬采用氢氟酸-高氯酸-硝酸消煮-原子吸收光谱法测定；有效态镉采用原子吸收法（GB/T 23739—2009）测定。土壤 pH 值采用水提玻璃电极法测定；土壤理化性状采用常规分析方法测定。

1.5 植株样品的测定

水稻植株样品采集后，带回实验室，经考种，分为茎叶和稻谷两部分，80℃杀青 30 min，65℃烘干，用不锈钢粉碎机磨碎，过 40 目筛，装入塑料瓶中备用。植株中重金属含量采用微波消煮-原子吸收法测定。

1.6 数据统计与分析

所有数据用 Excel 2007 软件汇总整理，用 SPSS软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 复合微生物有机肥对晚稻产量的影响

从表1中可以看出，与对照相比，施用复合微生物有机肥稻谷产量略有增加，增产最多达 13.3 kg/667m2，增幅为 2.3% ；各处理间稻谷产量没有显著差异。这可能是由于试验田基础地力高，且按照当地常规施肥，施肥量较大，复合微生物有机肥的增产效果并不能充分显示。因此，在土壤肥力水平高的田块，可适当减少化肥施肥量，以充分发挥复合微生物肥的效果。

表1 不同处理产量的比较

2.2 复合微生物有机肥对土壤理化性状及镉含量的影响

由表2可知，施用复合微生物有机肥可以改善土壤理化性状，显著提高土壤有机质含量，与试验前及对照相比，处理3～5 的土壤有机质含量得到显著地提高 ；与对照相比，处理 2～5 的 pH 值虽有所提高，最大增加值为 0.2 个单位，但没有显著差异 ；施用复合微生物有机肥可以促进土壤速效养分的增加，种植一季晚稻后对照处理的土壤碱解氮与试验前相比显著降低，虽然处理 2～4 的土壤碱解氮含量也比试验前低，但差异不显著，而与对照相比则显著增加，尤其是处理 5 的土壤碱解氮含量，分别比试验前及对照高 5.8%及 24.9%，差异显著 ；土壤有效磷在复合微生物有机肥施用量较低时，与对照及试验前没有显著差异，当复合微生物有机肥施用量达到 75 kg/667m2及以上（处理4和处理5）时则显著提高；土壤速效钾虽然含量较低，但施用复合微生物有机肥则可显著增加。由此可见，复合微生物有机肥对改良土壤理化性状具有较好的作用。

从表2中还可看出，复合微生物有机肥的施用不会导致土壤全Cd含量的变化，但可以改变土壤中Cd的形态[8]，降低土壤有效 Cd 含量，处理 4～5 的土壤有效 Cd 含量显著低于处理 1～3 及试验前，处理 2～3的土壤有效Cd含量虽然比处理1及试验前低，但没有显著差异。由此可见，从治理土壤重金属Cd的效果来看，复合微生物有机肥有明显的作用，但施用量不能太低，应在 75 kg/667m2以上。

表2 不同处理土壤理化性状及镉含量的比较

2.3 复合微生物有机肥对稻谷镉含量的影响

重金属污染土壤的修复效果关键是要考虑作物可食部分重金属含量的达标状况和降低程度[8-9]。从表3中可以看出，施用复合微生物有机肥的处理（处理2～5）稻谷镉含量明显低于处理 1（CK）；其中，处理3～5 的稻谷镉含量显著低于对照，但处理 2 与对照没有显著差异；而处理5的稻谷镉含量最低，其次是处理 4，两者之间差异不显著。与对照比较，处理 2～5稻谷镉含量分别降低 0.017、0.101、0.131 和 0.160 mg/ kg，降幅分别为 2.87%、17.03%、22.09% 和 26.98%。由此可见，施用复合微生物有机肥降阻稻谷镉含量效果明显，但是参照食品中镉限量卫生标准（GB2762—2005），还未达到安全卫生标准要求。因此，对于中度污染的耕地，重金属的治理与修复过程是一项长期而艰巨的工作。

表3 不同处理稻谷镉（Cd）含量的比较

2.4 各处理的经济效益分析

由表4可知，与对照相比，施用复合微生物有机肥的晚稻稻谷产量略有增加，稻谷按市场价 2.7 元 /kg计算，比对照增加产值 25.9～36.2 元 /667m2，减去增加的肥料成本，晚稻施用供试复合微生物有机肥较对照处理纯收入有所下降，且与与施用量呈负相关。

表4 不同处理晚稻经济效益的比较

3 结论与讨论

微生物有机肥肥效的发挥既可以通过自身养分因素影响土壤肥力，又可以通过活化土壤中磷、钾等养分[10]，促进作物对养分的吸收，从而提高产量[11]。试验结果显示，虽然水稻产量与对照相比，没有达到显著差异，但施用复合微生物肥还是表现出一定的增产效果。

微生物可以基于胞外络合作用和胞外沉淀以及胞内积累作用对土壤环境中的重金属进行固定，由于微生物的细胞壁表面含有一些基团（如巯基、磷酰基、羟基、羧基），这些基团都含有 P、S、O 等原子，这些原子都含有孤对电子，能为重金属离子提供配位络合的电子对，使重金属结合在细胞壁上，微生物细胞膜上具有各类型吸附专性蛋白，因此重金属能在细胞壁细胞膜上富集结晶[12-13]，从而使土壤中的重金属生物活性降低，或者减弱其在土壤中的移动性。该研究结果显示，施用复合微生物有机肥后，对土壤中全Cd含量没有影响，但可以降低土壤中有效 Cd含量，从而使水稻对Cd的吸收作用减弱，降低稻谷中Cd含量。

复合微生物有机肥对降低土壤重金属镉的生物有效性和可移动性有良好的效果，但其修复效果受微生物种群、施用量、土壤类型、土壤理化性状、田间持水量和土温等因素的影响较大。在该研究的试验条件下，施用复合微生物有机肥可改善土壤的供肥特性，提高土壤有效养分含量和水稻产量，但增产效果不显著，经济效益甚至与施用量呈负相关。同时，对土壤全镉的降低作用不明显，但能显著地降低稻谷中的镉含量，降幅达 2.87%～26.98%。

复合微生物有机肥本身含有一定的养分，并对土壤养分有一定的活化作用，从增加经济效益的角度考虑，可以减少 20% 的化肥施用量。从试验结果看，要达到显著降低稻谷镉含量的效果，复合微生物有机肥的最佳施用量为 100 kg/667m2。

[1]环境保护部，国土资源部 . 全国土壤污染调查公报 [R]. 2014-04-17.

[2]龙新宪，杨肖娥，倪吾钟 . 重金属污染土壤修复技术研究的现状与展望 [J]. 应用生态学报，2002，13（6）：757-762.

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（责任编辑：成 平）

Effects of Decrease Cadmium after Application Compound Microbial Organic Fertilizer in Late Rice

CHEN You-min1,2，ZHOU Wei-jun1，ZHOU Yu-zhou1，LUO Si-yin1，CAO Sheng1，CAO Ning-qiu1
（1. The College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC; 2. Liuyang Environmental Protection Bureau,Hunan Province, Liuyang 410300, PRC）

The effects of decrease and prevention Cd were studied after application compound microbial organic fertilizer in late rice with the fi eld experiment. The results showed the compound microbial organic fertilizer could activate the soil available nutrients and decrease the bio-available of the soil Cd and the content the rice Cd in late rice. Compare with the contrast treatment (CK), the content of the soil alkali-hydrolyzable nitrogen, the available phosphorus, and the available potassium could increase by 51, 2.0, and 31 mg/kg, respectively, but the increase of the rice yield was not signifi cant, when the compound microbial organic fertilizer was applied in late rice. The content of soil available Cd was signifi cantly less in those treatment of over 1 125 kg/hm2the compound microbial organic fertilizer than CK. The ability of Cd transferring to rice was weaken when the compound microbial organic fertilizer was applied, while the content of the rice Cd was notably less in the treatments of over 750 kg/hm2the compound microbial fertilizer than CK.

compound microbial organic fertilizer; soil; rice; effects of decrease Cd; late rice.

S144.1

A

1006-060X（2017）03-0035-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.003.011

2017-01-09

湖南省农业委员会项目（NC201538MZ01）

陈友民（1972-），男，湖南浏阳市人，硕士研究生，主要从事土地、土壤生态环境研究。

周卫军