改良措施对稻田土壤和水稻镉累积的相关影响探析

闫全辉

摘要：为研究稻草移除、还田、截断大气沉降、清洁水灌溉以及石灰调控等路径对土壤和水稻镉积累的影响，近些年在各地选择典型镉污染稻田实施田间小区综合实验。从结论上看，各种处理对土壤中镉总含量没有显著影响。石灰调控下土壤pH平均提升了0.87个百分点，土壤中有效态镉含量均降低了33.7%，水稻根、茎叶和糙米镉累计量分别降低了47.9%、46.7%以及54.8%，水稻根、茎叶和糙米镉富集系数均明显低于对比，清洁水灌溉和截断大气沉降对土壤pH的影响整个呈现出上升势头，分别上升了0.44和0.49个百分点，土壤有效镉含量分别降低了18.2%以及14.5%，水稻根、茎叶以及糙米镉累积量比对照分别降低了32.6%、24.2%、18.0%和17.6%、11.3%、25.4%。不过，稻草还田对晚稻土壤pH影响情况不显著，但是土壤中有效态镉含量上升6.1%，水稻植株镉累积量同样整体有显著上升趋势。

关键词：稻田土壤；水稻镉累积；田间试验

农田生态系统是一种人工干预下的半自然陆地生态系统，伴随着城市化与工业化过程迅速发展，重金属污染物可以经过各种途径不断输入农田生态系统，严重威胁农产品质量安全问题，农田土壤重金属污染已经成为所关注的首要问题之一。据了解，我国大概约2.0×107 hm2 耕地遭受了重金属污染，其中受镉污染的农田面积达2. 8×105 hm2，每年产镉含量超标农产品达14. 6×105 t，农田土壤重金属污染形势严峻，我国南方区域更加受长年礦冶以及其他相关工业活动影响的地区，稻田土壤镉污染问题尤为严重。根据前期掌握的农田系统镉污染特点和可能污染路径等状况，选择湖南地区典型农田，在处于设计不同污染控制和改良措施条件下进行长期田间试验，以期为稻田土壤镉污染控制以及治理水稻中镉污染治理与监管提供科学合理依据。

1.材料与方法

1.1区域概况

长株潭地区是湖南省经济发展和城市化的中心区域，经济总量占全省33.75%，属于中亚热带东部湿润季风气候区，四季分明，热量充沛，每年平均气温16°至18°，每年平均降水量达到1200mm至1450mm。地域主要地势属湘江下游河谷和丘陵带，成土母质主要为第四纪红土，稻田土壤基本呈酸性，土壤肥沃适合耕种。该地区水稻耕作规律分为两季，早稻周期一般为4月中旬至7月中旬，晚稻周期基本处在7月下旬至10月中旬。

1.2试验设计

近期分别在湘潭地区、株洲地区、醴陵地区选择典型稻田展开田间研究试验，分别每个试点放置5个处理分别为稻草去除、清洁水灌溉、截断大气沉降和石灰调控，每个处理阶段都需要重复3次，总共15次处理。大约每个小区面积为5mx6m=30m2聚乙烯加厚塑料膜让小区田埂保护来消除各区之间干扰，稻草去除以及稻草还田就是在水稻成熟收获时期让该微区收获水稻秸秆全都去除和还田，稻草还田需要在早稻收获后期间进行，灌溉使用当地水源作为清洁水用于灌溉，然后在与自然灌溉水形成对比。而截断大气沉降则是在小区采用透明胶板作顶以及细纱网作围墙建成简易棚，高为3.5m，隔离成为无大气沉降区，石灰投加量约0.15kg·m-2，每个小区大概4.5kg，小区翻耕后再施放在田中，注意要一周后再插秧。田间试验过程中，复合肥按照0.11kg·m-2比例施加，3个基地早稻种植品种都是来自淦鑫203，湘潭、醴陵以及株洲晚稻种植品种分别是H优159、金优498以及天优华占。于4月至10月进行田间试验，湘潭试验点耕层土壤镉平均含量为1.01mg·kg-1，平均土壤PH值维持在5.13，醴陵试验点耕层土壤镉平均含量为1.48mg·kg-1，平均土壤PH值为5.12，株洲耕层土壤镉平均含量为4.23mg·kg-1平均土壤PH值维持在6.21。

2.结果和结论

控源和改良措施对土壤PH和土壤镉含量的影响，分别针对3个试验点水稻成熟期对土壤样品进行分析，得出结论显示，石灰调控措施对稻田土壤PH和有效态镉均有明显影响、石灰调控后2个稻季土壤PH平均提高16%，即0.87个单位，土壤里镉含量有效态降低了33.7%。相关研究数据显示，石灰处理的弱酸性稻田土壤从播种前再到灌浆期PH提升了约15%，土壤有效镉明显降低，石灰处理后土壤镉的形态分析证明土壤中的弱酸可提取态和可以还原生态比例降低，残渣态比例增加，变化幅度大概在 20% 左右[19，24]. 其原因：石灰施用增强土壤胶体表面负电荷，对重金属离子的附着能力增强；另一方面土壤 pH 提高使 铁、锰离子形成的羟基化合物为重金属提供更多的附着力，从而导致土壤中镉活性降低。清洁水灌溉和截断大气沉降对土壤pH的影响整体呈现上升势头，分别上升了0. 44 和0. 49 个百分点，但土壤有效镉均降低18. 2% 和 14. 5%、田间试验清洁水是使用的当地用水，水pH为6. 65至7. 34 高于当地土壤pH为4. 91至 5. 75和雨水pH 4. 04至6. 84，镉质量浓度为0. 015至0. 027μg·L - 1，低于当地灌溉水 Cd 质量浓度0. 28 至1. 98μg·L- 1和雨水 Cd 质量浓度0. 14至7. 67 μg·L- 1，低于农田灌溉水水质标准值 10 μg·L- 1，有助于降低灌溉水对土壤镉输入；截断大气沉降区水稻生物量与对照区没有显著区别，显示该处理条件下水稻生长没有受到明显影响。稻草还田对早稻、晚稻土壤 pH 影响不明显，但土壤中有效态镉含量上涨6. 1%，相反而言稻草移除有利于土壤有效态镉含量的降低。研究显示镉污染稻草可以提高土壤溶解性有机碳的含量，促进了土壤镉 的有效性。所有稻草还田促进土壤中有效态镉含量略微上升可能是因为稻草还田促进了土壤镉的溶出。

3.结束语

（1）石灰调控措施对提升稻田土壤pH和降低土壤中有效态镉含量均有明显效果，水稻各部分镉含量及富集系数也均有明显下降趋势。

（2）清洁水灌溉和截断大气沉降对土壤 pH 的影响整体呈上升趋势，而土壤中有效镉含量均呈降低趋势，水稻各部分镉积累量和富集系数均比对照降低，即两种处理均能降低镉从土壤到水稻的迁移性。

参考文献

[1]封文利，郭朝晖，史磊，等.控源及改良措施对稻田土壤和水稻镉累积的影响[J].环境科学，2018，39（1）：399-405.

[2]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.

（作者单位：广西桂林全州县龙水镇农业技术推广站）