不同改良剂对土壤有效镉含量及小麦镉吸收的影响

何玉亭, 李 浩, 谢丽红, 钟文挺, 孙 娟, 陈敏智，杨 杰

(成都市农业技术推广总站，四川 成都 610041)

由于工业飞速发展带来的废气、废水、废渣过度排放，农业生产中含镉肥料和农药的大量使用及引用工业污水灌溉所导致的农田土壤镉污染问题严峻[1-2]。镉进入土壤后由根系吸收进入植物体内影响其生长发育并通过食物链进入人体，危害人类健康[3]。大量研究表明土壤pH值与重金属有效性存在显著负相关性，施用改良剂可降低土壤重金属有效态含量及其生物有效性[4-6]。但是，相同的改良剂在不同镉污染程度、不同类型土壤、不同作物上的表现存在差异[7-8]。因此，本文选择了5种改良剂在成都平原与丘陵过渡地带紫潮田轻度镉污染土壤上开展大田试验，研究不同改良剂对土壤镉的生物有效性和小麦对镉吸收累积的影响，以期为相似区域镉污染土壤的修复和小麦的安全生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

根据2006～2009年成都市耕地质量普查结果，初步选择了一个重金属镉轻度污染田块。该田块位于平原与丘陵过渡地带，紫潮田土种, 地势平坦、灌排方便、土壤肥力均匀。试验前采集0～20mm耕层土样，检测结果表明：土壤pH值为6.33、总镉含量为0.45mg/kg。根据国家土壤环境质量二级标准(GB15618-1995)，pH值小于6.5时镉限量为0.3mg/kg，试验地属于轻度镉污染土壤。

表1 试验地土壤镉污染情况

1.2 供试作物与改良剂

本试验供试作物为小麦，品种为川农25。供试基础肥料为硫钾型三元复合肥(15-15-15)。供试改良剂有石灰、鸡粪为主要原料的有机肥(N:1.4% 、P2O5:3.5%、K2O:1.8%)、菌渣为主要原料的有机肥(N:1.8% 、P2O5:0.7%、K2O:1.8%)、钾长石(P2O5:7.5%、K2O:3.5%)、土壤调理剂(主要成分为大分子聚合物)。参照肥料产品无害化的国家相关标准(GB/T23349-2009)，所选用的基础肥料与改良剂均符合重金属的限量要求，其pH值及总镉含量见表2。

表2 基础肥料及改良剂pH值及总镉含量

1.3 试验设计

试验设置6个处理，其中不施改良剂的处理为对照(CK)，其他处理分别为土壤调理剂、钾长石、石灰、鸡粪型有机肥、菌渣型有机肥处理，重复3次，随机区组排列，小区面积20m2，具体处理情况见表3，本试验于2014年10月开始至2015年5月完成，在小麦生育期内按照当地生产习惯进行管理并防治病虫害。

1.4 样品采集

2015 年5月小麦收获时，采集各小区耕层土壤样品以及小麦籽粒样品。土壤样品风干后，过0.15mm塑料筛，保存备用，籽粒样品烘干粉碎过0.15mm塑料筛后保存备用。

表3 试验处理

1.5 测定指标及方法

测定指标包括小麦籽粒镉含量、土壤有效镉及pH值。小麦籽粒镉的测定参照《食品安全国家标准 食品中镉的测定》(GB/T 5009.15-2003)，土壤有效态镉检测参照国家标准《土壤质量 有效态铅和镉的测定 原子吸收法》(GB/T23739-2009)，仪器使用德国耶拿火焰-石墨炉原子吸收光谱仪(jena-ZEEnit700P型)。采用赛多利斯(PB-10型)pH值测量计测定土壤pH值(水土比为1：2.5)。

1.6 数据处理及评价方法

所得数据用统计软件DPS15.1进行方差分析和LSD 多重比较，检验不同处理间差异的显著性，用Microsoft Excel 2010 进行图表制作。本试验作物产品重金属污染评价参照《食品安全国家标准 食品中污染物限量》标准(GB2762-2012)。

2 结果与分析

2.1 不同改良剂对土壤pH值含量的影响

图1可知，与对照相比，添加了改良剂的处理土壤pH值均有不同程度的增高，增幅表现为石灰>菌渣>钾长石>鸡粪>土壤调理剂，以石灰处理效果最佳。石灰处理下，pH值提升1.35，与对照处理差异达到显著。各改良剂pH 值从大到小依次为石灰>钾长石>土壤调理剂>鸡粪>菌渣，施入土壤后，土壤pH值表现与改良剂本身pH值有一定差异，这可能与改良剂的施用量有关。

图1 不同改良剂对土壤pH值含量的影响

2.2 不同改良剂对土壤有效镉含量的影响

图2可知，与对照相比，除土壤调理剂外，其余各改良剂的处理土壤有效镉均不同程度降低，降幅表现为石灰>钾长石>菌渣>鸡粪，以石灰和钾长石处理效果最佳。石灰和钾长石处理下，土壤有效镉含量分别较对照显著降低36.4%和26.0%，与对照处理差异达到显著。说明石灰和钾长石在降低土壤有效镉含量上效果显著，具有推广应用价值。两种有机肥施用下，土壤有效镉含量有所降低，但是与对照差异不显著。

图2 不同改良剂对土壤有效镉含量的影响

2.3 改良剂对小麦籽粒镉含量的影响

图3可知，与对照相比，添加了改良剂的处理小麦籽粒镉含量有不同程度的降低，降幅表现为石灰>钾长石>土壤调理剂>鸡粪>菌渣，以石灰处理效果最佳。石灰处理下，小麦籽粒镉含量与对照差异达显著，较对照降低42.0%，其次为钾长石，较对照降低26.3%，但差异未达显著。除石灰处理外，其余各处理小麦籽粒镉含量均高于国家安全限值(0.1mg/kg)，说明在轻度镉污染土上施用石灰对降低小麦籽粒镉含量效果明显，具有推广价值。2种有机肥对降低小麦籽粒镉含量无显著效果，在降低土壤镉生物有效性作用上不具有推广应用价值。

图3 改良剂对小麦籽粒镉含量的影响

2.4 土壤pH值及有效镉含量与小麦籽粒镉的皮尔逊相关分析

表4可知，将土壤pH值 、有效镉含量与小麦籽粒镉进行皮尔逊相关分析可见，土壤pH值与土壤有效镉含量呈极显著负相关(r=-0.86**，P<0.01)，与小麦籽粒镉含量呈负相关(r=-0.73,P>0.05)，相关关系不显著。说明pH值的变化能极显著的影响土壤有效镉含量，但可能对镉的生物有效性影响不显著。土壤有效镉与小麦籽粒镉含量呈正相关关系，相关系数为0.49，但在本试验条件下，相关关系不显著。作物籽粒中镉主要来源于土壤，作物镉吸收量与土壤镉含量及形态密切相关。有研究表明，小麦籽粒镉含量与土壤中水溶交换态镉含量极显著相关，与其他形态相关性不显著[9]。本文中小麦籽粒镉含量与土壤有效镉相关性不显著，可能是由于土壤中水溶态有效镉含量较低，其余形态镉含量较高所致。

3 结论

试验结果表明：在平原与丘陵过渡地带轻度镉污染的紫潮田土上施用鸡粪和菌渣2种有机肥的处理对降低土壤有效镉含量效果不显著，施用石灰可以显著提高土壤pH值，石灰和钾长石能够显著降低土壤有效镉含量，土壤有效镉含量与土壤pH值呈极显著负相关关系。添加了改良剂的处理小麦籽粒镉含量均不同程度降低，以石灰处理效果最好。因此，在平原与丘陵过渡地带轻度镉污染土壤施用石灰可以显著降低土壤镉的生物毒性，进而有效防控小麦生产的镉污染风险。

参考文献：

[1]顾继光, 周启星, 王新. 土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J]. 应用基础与工程科学学报, 2003, 11(2):143-151.

[2] 樊霆, 叶文玲, 陈海燕,等. 农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J]. 生态环境学报, 2013(10):1727-1736.

[3] 刘晓宇, 梁琼, 高如泰,等. 长期污灌条件下农田土壤重金属污染环境风险评价[J]. 生态与农村环境学报, 2015, 31(4):572-578.

[4] 易亚科, 周志波, 陈光辉. 土壤酸碱度对水稻生长及稻米镉含量的影响[J]. 农业环境科学学报, 2017, 36(3):428-436.

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[6] 秦余丽, 熊仕娟, 徐卫红,等. 不同镉浓度及pH值条件下纳米沸石对土壤镉形态及大白菜镉吸收的影响[J]. 环境科学,2016,37(10):4030-4043.

[7]李丹，李俊华，何婷,等.不同改良剂对石灰性镉污染土壤的镉形态和小白菜镉吸收的影响[J].农业环境科学学报，2015,34(9):1679-1685.

[8]易秀,刘意竹,姜凌,等.不同改良剂对重金属污染土壤中小麦镉吸收的影响[J].水土保持学报,2015,29(6)：292-300.

[9]喻华,秦鱼生,陈琨,等.水稻土镉形态分布特征及其生物效应研究[J].西南农业学报,2017,30(2):452-457.