水稻品种及典型土壤改良措施对稻米吸收镉的影响

[摘要]一直以来，水稻镉污染是影响我国目前农产品质量安全的重要因素之一。本文对我国南方水稻地区的镉污染特性进行了“镉大米”的相关治理技术研究，结果表明，当地主要栽种的水稻品种的镉含量平均值分别是0.127mg/kg和0.167mg/kg，其余品种仅占20%。加强对矿物肥以及石灰的处理工作可以有效降低稻米中的镉含量，降幅为20%～30%;对照稻米中的硅肥叶面肥、生物炭以及覆膜，其范围降低了80%左右;采用叶面肥和追肥配合施用以及硅肥叶面肥单独施用的方法，可以有效降低稻米中的镉含量。根据“BCR”分析法，实验农田中的镉弱酸能够提取的比例非常高，而且大多数的实验样品都可以达到55%以上。鉴于此，土壤中的pH值与镉含量是改良典型水稻土壤的关键因素。

[关键词]水稻品种;典型土壤;镉大米

中图分类号：S511                     文献标识码：A                  DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190513

典型土壤中的改良措施主要是利用镉低积累品种以及土壤改良剂融合使用，是我国当前阶段解决“镉大米”的主要手段之一。最新的研究结果表明，稻米籽粒中大约有60%的隔来源于花期前植株长期累积的镉，另外40%的源于水稻在自成熟期间的吸收。考虑到稻米对于镉的吸收主要是受到土壤镉的总量、水稻品种、农业水肥管理措施以及有效态含量等多种因素的影响，不同品种的水稻对镉的吸收也具有差异。本文首先从具体材料以及措施入手，对不同品种水稻进行对比，从中得出有效的分析结果[1-2]。

1  材料与方法

1.1  样品采集

首先，采用随机抽取的方式筛选主要的水稻栽种品种，本文主要是以湖南省株洲市攸县的大同桥镇以及网岭镇为主要栽种区域作为实验案例。在当地分别采集了5个村落、近18户农家的水稻样品，主要的水稻栽种品种分别是株两优06、湘旱籼24号、陵两优4024、珍山一号等。同时，涉及调查区域的水稻典型土壤中的镉含量为0.100～0.304 mg/kg，具体的土壤質量标准在0.3 mg/kg以内。水稻田土壤降镉措施与处理见表1。

让每一个试验组之间的试验农田连接成整片，将每个组级之间的面积划分为0.27 hm2，然后利用田埂包塑料薄膜将不同的试验田块进行不同的处理，在每一个片区之间的同一处理不进行分区，而且仅在采样的时候分成3个区域。各个区域之间的表层以及稻米（0～10 cm）的土壤样品利用“5点混合法”来进行处理。同时，所有水稻处理品种的试验田表层土壤（0～10 cm）的镉平均量约在0.479 mg/kg。根据相关的土壤调查数据进行土壤镉污染的分级划分。其中实验典型土壤的为电导率为84.3 μS/cm，平均pH值为6.06，砂粒含量为1.32%，土壤黏粒含量为74.1%[3-4]。

1.2  试验方案

1.2.1  石灰试验方案

（1）本次试验采用的石灰种类为生石灰。（2）需要施用的具体时间范围：为了确保犁田（打田）时混合能够保持均匀，必须在翻耕土壤前施入，同时要在插秧前的10～15 d施入。（3）需要的施用量为150 kg/hm2。（4）主要运用的措施为“均匀撒播”。（5）化肥管理、试验农药以及其他水分等皆依据常规水稻栽培手法进行。

1.2.2  生物炭试验方案

（1）具体的生物炭种类为水稻秸秆生物炭，要将煅烧的温度控制在400～450 ℃。（2）具体的施用时间要在翻耕土壤前展开，要保证犁田的均匀，插秧前10～15 d内施入为最佳时机。（3）需要的施用量为1 000 kg/hm2。（4）主要采取“均匀撒播”的方式进行。（5）化肥管理、试验农药以及其他水分等皆同样依据常规水稻栽培手法进行[5-6]。

1.2.3  矿物肥试验方案

（1）矿物肥为“多元素微孔矿物肥”，是一种富含天然钾硅酸盐的岩石，在生石灰200℃的水温条件之下形成，主要的元素包括镁、硼、钠、锰、钾、硅、钙、铁等（具体的矿物肥由中国科学院地质与地球物理研究所提供）。（2）具体的底肥施用。（3）施用量为1 200 kg/hm2。（4）主要施用措施：利用有机肥或者复合肥进行混匀撒施。（5）化肥管理、试验农药以及其他水分等皆同样依据常规水稻栽培手法进行[7]。

1.2.4  覆膜技术

（1）试验采用的膜规格：5～7 μm厚，1.7 m宽，颜色为黑色。（2）涉及的农田整地方式采用常规耕地的方式进行。（3）施底肥要在施入时一次施足，后期不再进行施肥操作，试验农田的P肥[过磷酸钙，Ca（H2PO4）2含量44%]含量控制在11.5 kg/hm2，K肥（95%的KCl）为75 kg/hm2，N肥（尿素23%）为345 kg/hm2，同时可以适当地施用有机肥。（4）起沟处理：深约20 cm，沟宽10～15 cm，厢面宽为1.5 m。（5）打孔处理：水稻秧苗间距必须依据实际的品种来裁定，栽培方式与常规手段保持一致。（6）催芽阶段：采用传统的育秧、催芽方式进行。（7）插秧处理：每穴移栽2株苗，秧龄30 d左右，在进行插秧操作时必须保持厢面能够完全露出水面。（8）化肥管理、试验农药以及其他水分等皆依据常规水稻覆膜手法进行[8]。

2  结果与分析

2.1  不同水稻品种的镉含量比对

实验区域主要采集了4个主要水稻栽种品种，分别是陵两优4024、株两优06、中早39、湘早籼24号，分析了当中稻米的镉含量。其中湘早籼24号、陵两优4024以及中早39一共采集了6个样品，镉含量为0.632～0.804 mg/kg。结果显示，所有采集样品的镉含量都超出了国家稻米标准规定的0.2 mg/kg，超出的平均值为0.759 mg/kg。同时，在株两优06中一共采取了4个样品，当中仅有1个样品的含量是0.305 mg/kg，超出了国家稻米标准规定的0.2 mg/kg，其余试验样品的镉含量为0.075～0.155 mg/kg，平均镉含量为0.162 mg/kg，大约只有20%的品种在国家稻米标准规定的0.2 mg/kg范围之内。

2.2  各种处理过的土壤中稻米样品镉含量

具体的试验土壤经过矿物肥、钝化剂石灰、生物炭处理之后，对应的稻米镉含量为0.118 mg/kg，表明经过矿物肥及石灰处理之后稻米的镉含量已得到改善，其中镉含量的平均值分别是0.041 mg/kg与0.032 mg/kg，降幅范围为20%～30%。同时，与之前的数据相比，反向生物炭对于镉的隔离效用并不是非常明显，产生的数值是0.152 mg/kg，生物炭与石灰配合使用的为0.043 mg/kg。经过科学的统计分析，发现每一个处理手段都没有对稻米中的镉含量产生明显的影响。现阶段我国关于生物炭施用效果的报道比较少，对离子带电荷特性增加以及生物炭多空表面对于土壤镉离子的吸附性依旧缺乏相应的针对性研究[9]。

试验数据中稻米镉含量为0.305 mg/kg，其中叶面肥处理、叶面硅肥及土壤硅肥的处理手段可以明显地降低稻米中的镉含量，分别降低0.001 mg/kg、0.076 mg/kg。对比单独利用土壤追施硅肥降镉的效果，可以发现实际的差别并不是非常明显，具体数据为0.313 mg/kg。对比经过叶面硅肥处理之后的稻米镉含量，可发现其效果还是不如土壤追加硅肥，由于叶片中的硅会阻碍水稻茎部的镉向叶片中转运，导致具体的镉直流在茎叶部位，可以有效改变根细胞中的镉分布，减少镉在根部细胞中的含量[10]。

3  结  论

（1）对于土壤钝化剂的处理，可以从总体上减少稻米对镉的吸收量，其中矿物肥以及石灰的处理手段可以将镉浓度降低70%～80%。

（2）典型水稻土壤中镉的有效性特别高，所有对照与处理之后的土壤弱酸的提取率在50%以上，采用石灰处理的手段可有效降低土壤中镉含量，还可提高残渣比例，具体的变化幅度约为20%。

（3）本次选用的试验农田土壤pH值在5.8～6.8，二期土壤中镉含量大部分在0.3～0.6 mg/kg，具体的土壤pH值及稻米镉含量与土壤镉含量并没有呈现出明显的线性关联。不过经过试验分析，实际上pH值是影响稻田土壤中的镉含量的重要因素之一。

参考文献

[1]冉洪珍，郭朝晖，肖细元，等.改良剂连续施用对农田水稻Cd吸收的影响[J].中国环境科学，2019（3）：1117-1123.

[2]匡家兰.水稻品种集中展示试验研究[J].江西农业，2018（24）：11-13.

[3]金华，魏祥东，邹慧玲，等.土壤改良剂对镉向水稻中迁移转运的影响[J].安徽农业科学，2018（31）：53-55+76.

[4]陈楠，张昊，杨慧敏，等.土壤pH对土壤镉形态及稻米镉积累的影响[J].湖南农业大学学报（自然科学版），2018（2）：176-182+209.

[5]郭健，姚云，趙小旭，等.粮食中重金属铅离子、镉离子的污染现状及对人体的危害[J].粮食科技与经济，2018（3）：33-35+85.

[6]刘旸，易翠平.稻米中镉的分布规律及降镉方法研究进展[J].粮食科技与经济，2018（1）：110-113.

[7]赵梦霖.土壤和叶面调控措施缓解黄红壤稻田镉污染的效果研究[D].武汉：华中农业大学，2017.

[8]崔静雅.我国典型茶园土壤硝化特征及其N2O和NO排放规律[D].南京：南京师范大学，2017.

[9]黄旭，唐拴虎，杨少海，等.酸性硫酸盐土壤改良对不同品种水稻生育性状的影响[J].中国土壤与肥料，2015（6）：48-56.

[10]王美娥，彭驰，陈卫平.水稻品种及典型土壤改良措施对稻米吸收镉的影响[J].环境科学，2015（11）：4283-4290.

收稿日期：2019-04-02

作者简介：王谟东，男，大专，助理农艺师，研究方向为农作物信息技术。