降镉剂和水分管理对早稻产量及稻米镉污染的阻控效果

龚浩如

（湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125）

降镉剂和水分管理对早稻产量及稻米镉污染的阻控效果

龚浩如

（湖南省水稻研究所，湖南 长沙 410125）

为了探明降镉剂和水分管理对稻米镉污染的阻控效果，采用大田试验，研究了HR降镉剂和石灰对早稻产量及其构成要素的影响，并对其降低水稻植株和稻米镉含量的效果进行了分析。结果显示：淹水灌溉下糙米及茎叶镉含量较常规灌溉分别低52.5%和37.1%；2种土壤修复剂能极显著减少稻米及茎叶镉含量，且HR降镉剂降镉效果优于石灰和空白对照；不同处理能促进水稻产量提高，增产幅度在2.5%～10.2%。综合考虑稻米镉含量及产量情况，认为A1B2和A2B2处理稻米镉含量低且产量水平较高。

水稻；镉污染；降镉剂；产量

随着工业发展，环境污染日益严重，污水灌溉、污泥农用及肥料施用不当等导致稻田镉污染日趋严重[1]。水稻是中国种植面积最大的粮食作物，也是全球主要粮食作物之一，过量的重金属在水稻中积累，不仅影响水稻产量、品质及整个农田生态系统，而且可通过食物链传递，严重危及动物和人类的健康[2]。

目前土壤镉污染治理方法以改土法、化学钝化法和植物修复法为主。其中改土法成本高，实施难度大[3]；植物修复法虽实施方便，经济、环保，但治理周期长，不适合我国国情，难以大面积推广实施[4]；通过化学钝化法，施用石灰、微量元素等方法调节土壤pH值和Eh等方法降低土壤重金属的有效性，见效快、效果明显，是目前适合我国实际情况的方法[5-6]。另有研究表明，全生育期淹水灌溉能降低污染土壤中镉的活性，能控制重金属在土壤—植物系统中的迁移[7]。课题组基于离子拮抗理论，研发了一种水稻降镉剂（HR），在盆栽试验中效果明显，为验证大田环境及在不同水分管理下的效果，试验探究了HR降镉剂及水分管理对早稻产量及稻米镉含量的影响，以期为稻米安全生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试水稻品种供试品种为株两优819（籼型两系杂交稻，全生育期106 d），该品种在2014年被湖南省农业委员会评定为应急性镉低积累早稻品种。

1.1.2 供试土壤试验地点位于长沙县北山镇荣和桥社区，土壤为花岗岩风化物发育成的水稻土，按对角线法取样土样，测得供试土壤pH值5.4，有机质2.9%，土壤全镉、土壤有效镉、速效氮、有效磷和速效钾的含量分别为0.53、0.26、150、10.9和95 mg/kg。

1.1.3 供试降镉剂土壤修复剂为石灰和HR降镉剂，石灰由长沙县北山镇农业技术推广中心提供，HR降镉剂由湖南省水稻研究所研制，其基本性质见表1。

1.2 试验设计

试验于2016年3～7月在长沙县北山镇荣和桥社区早稻田进行。采用2因子裂区设计，因子A为水分管理方式：A1常规灌溉，即水分管理同一般大田管理；A2淹水灌溉，即除分蘖末期不灌水外，水稻生育期内土壤表层保持淹水3 cm深，至收获前一周水层落干。因子B为土壤修复剂，不同水分管理下设3个不同处理：B0（不施土壤修复剂），B1（基施石灰50 kg/667m2），B2（基施HR降镉剂450 kg/667m2），共得到6个处理组合，重复3次。小区面积为15.18 m2，以20 cm高田埂划分小区，田埂覆膜防止防止处理间水肥、降镉剂互串。不同土壤修复剂在水稻移栽前7 d施用，人工翻耕、整平。于4月30日选取长势一致的秧苗移栽，每蔸3株。水肥管理及病虫草害管理同一般大田。

表1供试土壤修复剂理化性状（mg/kg）

1.3 测定项目及方法

1.3.1 室内考种成熟期各处理中取代表性植株5蔸，考种。测定每穗总粒数、每穗实粒数、千粒重等。

1.3.2 稻米镉含量测定水稻成熟期各处理单独收割，取稻谷样品1 kg，用于镉含量测定。稻谷研磨成糙米，采用不锈钢粉碎机粉碎，并过60目筛，准确称取0.5 g样品，加入消化罐中，并加入3 mL优级纯硝酸、5 mL去离子水和2滴优级纯双氧水，采用CEM高通量密闭微波消解系统消化样品，定容至50 mL，用石墨炉原子吸收法测定镉含量[8]。

1.4 测定项目及方法

一般数据统计采用Excel软件，数据分析采用DPS软件。

2 结果与分析

2.1 降镉剂和水分管理对早稻植株及稻米镉含量的影响

株两优819茎叶及糙米镉含量如表2所示。分析可知，不同处理下茎叶及糙米镉含量存在显著或极显著差异，不同处理下糙米镉含量变化范围为0.04～0.37 mg/kg，茎叶镉含量的变化范围在0.11～1.84 mg/kg；除B0处理外，其他处理稻米镉含量均低于国家标准（0.2 mg/kg），6个处理中以A2B2稻米平均镉含量最低，为0.04 mg/kg，与A2B0处理（空白对照）相比，降低0.17 mg/kg，降幅达81.0%，达到显著差异，以A1B0处理稻米平均镉含量最高，为0.37 mg/kg，为A2B2处理稻米镉含量的9.25倍，镉含量超标严重；不同处理下茎叶镉含量表现同糙米镉含量一致，以A2B2稻米平均镉含量最低，以A1B0处理稻米平均镉含量最高。

由表3可知，水分管理对糙米及茎叶镉含量存在显著影响，均表现为淹水灌溉小于常规灌溉，淹水灌溉下糙米及茎叶镉含量较常规灌溉分别低52.5%和37.1%；调理剂种类对糙米及茎叶镉含量存在极显著影响，施用石灰和HR降镉剂情况下，糙米和茎叶镉含量降幅分别在48.5%～78.9%和70.7%～90.6%之间，总体上HR降镉剂降镉效果优于石灰，HR降镉剂较施用石灰处理，糙米及茎叶镉含量分别低37.3%和66.3%；水分和调理剂互作对茎叶镉含量也存在极显著影响，通过合理搭配可显著降低茎叶镉积累量。

表2不同处理株两优819糙米及茎叶镉含量

表3降镉剂和水分管理对株两优819糙米及茎叶镉含量影响的统计分析

2.2 降镉剂和水分管理对早稻产量及产量构成的影响

不同处理株两优819产量及其构成要素如表4所示。分析可知，水分管理和降镉剂对早稻品种株两优819产量影响差异不显著。总体上，常规水分管理下产量高于淹水管理，实际产量提高2.4%～7.4%，差异未达到显著水平，不同处理中以A1B2产量最高，实际产量达406.8 kg/667m2，以A2B0处理产量最低，为347.6 kg/667m2，处理间差异不显著；淹水处理较常规水分管理产量降低，主要是有效穗数降低，常规水分管理下，各处理平均有效穗达17.2万/667m2，淹水管理下为16.4万/667m2，较常规水分管理降低4.8%；HR降镉剂和石灰具有促进水稻增产的效果，施用HR降镉剂和石灰分别较对照增产9.6%和4.3%，但差异不显著；不同处理对产量构成要素有一定影响，但均未达到显著水平。

表4不同处理株两优819产量及产量构成

3 讨 论

石灰及其他土壤调理剂的施用对土壤理化性质产生显著影响，主要是通过改变pH值来影响土壤重金属的生物有效性。大量研究表明，土壤pH值的变化能显著影响土壤中重金属交换态含量，随着土壤pH值升高，Cd、Pb和Zn等重金属交换态含量逐渐降低，且存在显著的负线性相关关系，因此提高土壤pH值可以降低植物镉积累量[9-10]。研究中通过施用石灰和HR降镉剂，调节土壤pH值，对糙米镉含量及植株镉含量具有显著或极显著的抑制作用，HR降镉剂对降低糙米及植株镉含量的效果优于石灰，HR降镉剂较施用石灰处理，糙米及茎叶镉含量分别低37.3%和66.3%，其主要原因在于HR降镉剂中含有硅、锌等元素，对镉的吸收具有抑制作用。

全生育期淹水灌溉能降低污染土壤中镉的活性，从而控制其在土壤—植物系统中的迁移[7]。研究表明，淹水灌溉下糙米及水稻茎叶镉含量均小于常规灌溉，淹水灌溉下糙米及茎叶镉含量比常规灌溉分别低53.4%和37.1%。施用土壤调理剂控制土壤pH值及控制水分管理等农艺措施均能降低土壤有效态镉含量，这可能由于土壤pH值控制土壤—溶液系统中重金属的溶解及不同形态之间的溶解平衡及转换，影响其生物有效性[11-12]。

张青等[13]研究发现施用石灰可以显著降低小油菜对镉的吸收积累，而且对小油菜的生长具有一定的改善作用；Li等[14]研究表明施用石灰使水稻籽粒增产12.5～16.5 kg。但张丽娜等[15]研究表明淹水灌溉较常规水分管理产量降低。根据研究表明，常规水分管理下产量高于淹水管理，实际产量提高2.4%～7.4%，但差异未达到显著水平。这可能与不同水稻品种有关。

4 结 论

通过大田试验，确定了石灰和HR降镉剂及淹水灌溉在大田实际应用中具有降低稻米及茎叶镉含量的作用，淹水灌溉下糙米及茎叶镉含量较常规灌溉分别低52.5%和37.1%；调理剂种类对糙米及茎叶镉含量存在极显著影响，均表现为HR降镉剂降镉效果优于石灰和空白对照，HR降镉剂较施用石灰处理，糙米及茎叶镉含量分别低37.3%和66.3%；水分和调理剂互作对茎叶镉含量也存在极显著影响，通过合理搭配可显著降低茎叶镉积累量。不同处理还能提高水稻产量，增产幅度在2.5%～10.2%；综合考虑稻米镉含量及产量情况，认为A1B2和A2B2处理稻米镉含量低且产量水平较高。

[1] Arunakumara K，Walpola B C，Yoon M H. Current status of heavy metal contamination in Asia’s rice lands [J]. Reviews in Environmental Science and Bio/Technology，2013，12（4）：355-377.

[2] 郭笃发. 环境中铅和镉的来源及其对人和动物的危害[J]. 环境科学进展，1994，2（3）：71-76.

[3] 黄益宗，郝晓伟，雷 鸣，等. 重金属污染土壤修复技术及其修复实践[J]. 农业环境科学学报，2013，32（3）：409-417.

[4] 王卫华，雷龙海，杨启良，等. 重金属污染土壤植物修复研究进展[J].昆明理工大学学报（自然科学版），2015，40（2）：114-122.

[5] 周相玉，冯文强，秦鱼生，等. 镁，锰，活性炭和石灰及其交互作用对小麦镉吸收的影响[J]. 生态学报，2013，33（14）：4289-4296.

[6] 倪中应，沈 倩，章明奎. 秸秆还田配施石灰对水田土壤铜，锌，铅，镉活性的影响[J]. 农业资源与环境学报，2017，（3）：215-225.

[7] 纪雄辉，梁永超，鲁艳红，等. 污染稻田水分管理对水稻吸收积累镉的影响及其作用机理[J]. 生态学报，2007，27（9）：3930-3939.

[8] 陈祖武，龚浩如，喻凤香，等. 全自动消解石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中的镉[J]. 作物研究，2016，30（1）：81-85.

[9] Chen S，Xu M，Ma Y，et al. Evaluation of different phosphate amendments on availability of metals in contaminated soil [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2007，67（2）：278-285.

[10] 孙约兵，徐应明，史 新，等. 海泡石对镉污染红壤的钝化修复效应研究[J]. 环境科学学报，2012，32（6）：1465-1472.

[11] Gerritse R G，Van Driel W. The relationship between adsorption of trace metals，organic matter，and pH in temperate soils [J]. Journal of Environmental Quality，1984，13（2）：197-204.

[12] Hooda P S，Alloway B J. Cadmium and lead sorption behaviour of selected English and Indian soils [J]. Geoderma，1998，84（1）：121-134.

[13] 张 青，李菊梅，徐明岗，等. 改良剂对复合污染红壤中镉锌有效性的影响及机理[J]. 农业环境科学学报，2006，25（4）：861-865.

[14] Ping L I，Xing X W，Zhang T，et al. Effects of several amendments on rice growth and uptake of copper and cadmium from a contaminated soil [J]. Journal of Environmental Sciences，2008，20（4）：449-455.

[15] 张丽娜，宗良纲，付世景，等. 水分管理方式对水稻在Cd污染土壤上生长及其吸收Cd的影响[J]. 安全与环境学报，2006，6（5）：49-52.

（责任编辑：肖彦资）

Effects of Cadmium-Reducing Agent and Water Management on Early Rice Yield and Mitigation of Cadmium in Rice

GONG Hao-ru
（Hunan Rice Research Institute, Changsha 410125, PRC）

In order to determine the control effects of cadmium-reducing agent HR and water management on cadmium pollution in brown rice, this study was conducted to investigate the effects on the early rice yield and its constituent elements and on reducing cadmium content in rice plants and rice grains by field experiment with the HR and lime. The results showed that the contents of cadmium in brown rice and in stem and leaf under submerged irrigation were 52.5% and 37.1% lower than under normal irrigation respectively; the two kinds of soil amendment could highly significantly reduce cadmium content in brown rice and stem and leaf, and the cadmium-reducing effect of the HR is better than that of lime and the CK; and different treatments could promote the increase of rice yield by 2.5% to 10.2%. Considering the cadmium content and yield of rice, the treatments A1B2and A2B2were known to be low in the content of cadmium and high in the yield level.

rice; cadmium pollution; cadmium-reducing agent; yield

S511

：A

：1006-060X（2017）08-0024-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.008.007

2017-06-29

国家农业部、财政部专项（2014）

龚浩如（1962-），男，湖南沅江市人，高级实验师，主要从事农业环境与农产品质量安全研究。