镉污染稻田土壤调理剂效果研究

张兰 黑儿平 武娟 陈柏桦

摘 要：为了验证土壤调理剂对降低稻米镉含量和提高水稻产量的作用，于2018年7月-11月进行了该产品在水稻上的田间试验。结果表明：与不施土壤调理剂的对照相比，施用土壤调理剂能改善水稻多项经济性状，水稻株高、有效穗、穗长、穗总粒数、穗实粒数、结实率和千粒重均有所增加。根据水稻产量构成性状计算的理论产量看，稻谷增产率在11.1%-15.4%，增产效果显著，对降低土壤有效镉有一定的效果;同时还能有效降低稻谷中镉含量，土壤调理剂施用量为50 kg/667 m2，降幅为42.4%，土壤调理剂施用量为100 kg/667 m2时，降幅为56.8%，降幅效果十分明显，稻谷中有效镉含量随施用量增加而显著下降。这说明土壤调理剂可有效改善水稻经济性状，提高稻谷产量，降低土壤镉含量和可移动性以及稻谷中镉含量，进而提高经济效益。

关键词：土壤调理剂 镉 土壤 水稻 修复效果

中图分类号：S511        文献标识码：A

Remediation Effect of Soil Conditioner on Cadmium-contaminated Paddy Soil

ZHANG Lan1， HEI Erping2， WU Juan1， CHEN Baihua1

（1 Cultivated Land Quality and Fertilizer Workstation of Sichuan Province， Chengdu， Sichuan 610041， China; 2 Institute of  Soil and Fertilizer， Sichuan Academy of Agricultural Sciences， Chengdu， Sichuan 610066， China ）

Abstract：To verify the effect of soil conditioner on reducing cadmium in rice and increasing rice yield， field experiments were carried out from July to November 2018. The results showed that application of soil conditioner could improve many economic traits， and increase the plant height， effective ear， ear length， total grain number， grain number， seed setting rate and 1000-grain weight of rice. According to the theoretical yield calculated by rice yield component traits， the yield increasing rate was 11.1% ～15.4%， and the yielding effect was remarkable. The soil conditioner could decrease the cadmium in soil in a certain degree. The cadmium in rice decreased 42.4% and 56.8% when the application rate of soil conditioner was 50 kg/667 m2 and 100 kg/667 m2， respectively. The decline was apparent， and the available cadmium content in rice decreased significantly with the increase of soil conditioner. The soil conditioner can effectively improve rice economic properties， increase rice yield， reduce cadmium content in soil and its mobility， and increase economic benefits.

Key words：Soil conditioner; cadmium; soil; rice; remediation effect

鎘是在自然界中存在的5大重金属元素之一，其在环境中具有非常强的迁移性和危害性，存在严重的安全隐患[1]。目前，稻田镉污染已经成为严重影响粮食安全生产的问题。稻田中重金属镉元素又很容易被水稻吸收累积，而且还可以沿着食物链进行传递以及通过生物体内富集作用，影响农产品质量安全和品质，对人体健康造成严重威胁[2]，因而稻米镉给人类社会造成的健康风险，已引起了广大的社会响应和高度的关注[3]。

对污染的耕地土壤进行治理修复[4]，是解决安全高效的农业生产问题的一个紧急措施。采取传统的物理机械或化学药剂治理方法，成本高、见效不明显、对环境不友好，且容易造成环境污染。施肥是农业生产中的增产措施之一，对土壤中各种重金属的生物有效性有明显的影响。有关试验已表明，在农田中镉元素含量浓度高时，影响植物正常生长发育，并且还会通过植物其他矿质营养元素影响进而抑制植物对水分的吸收和运输、气孔开放、蒸腾作用、光合作用、呼吸作用及其他生理功能等，从而导致减产;而在低浓度下，有利于作物的生长和发育[5]。

土壤调理剂作为一种经济、高效、安全、操作简单，易于实施的治理土壤重金属污染的方法之一，能改善土壤理化性质，提高微生物活性和土壤酶活性，对农田土壤重金属的污染及污染源有较好的改良、消除或预防的作用，改善作物生长发育的环境条件，促进根系的生长，提高作物产量、提升农产品质量等方面有一定的显著效果，提高经济效益[6]。为了验证土壤调理剂对降低稻米镉含量和提高水稻产量的作用，开展田间试验研究土壤调理剂产品各组分对重金属污染土壤和水稻的作用，为安全生产、提升重金属污染耕地修复效果提供科学技术指导。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

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，土壤肥力呈中等水平，其中土壤碱解氮为149 mg/kg、有效磷为7.3 mg/kg、速效钾86 mg/kg、有机质34.3 g/kg，pH值5.1，土壤全镉含量为0.84 mg/kg。

土壤調理剂，含K2O≥6.0%，SiO2≥20.0%，CaO≥20.0%，MgO≥5%。主要原料为钾长石、白云石。

1.2 供试作物及品种

供试作物为水稻，供试品种为川优6203，从四川科瑞种业有限公司购置。

1.3 试验方法

本试验共设3个处理，3次重复，共9个小区，随机区组排列，每小区面积30 m2。小区间做土埂包地膜隔离，四周设置1.5 m宽保护行。

CK：对照（CK），常规施肥（40%复合肥30 kg/667 m2）;

T50：每 667 m2施供试土壤调理剂50 kg+常规施肥;

T100：每667 m2施供试土壤调理剂100 kg+常规施肥。

1.4 试验田间管理

田间管理遵循“最适”和“一致”的原则，各处理之间除施肥措施以外，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。试验田水稻2018年6月18日播种，7月19日整地，7月20日-21日作埂覆膜，7月22日分处理按方案施基肥。各处理其他各项管理措施保持一致，10月24日采集试验田各小区耕作层土壤样、稻谷样，10月29日试验田收割，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。

1.5 土壤样品测定方法

土壤样品彩集后带回实验室，检出肉眼可见的植物残体、根系、外来物等，捏碎，平铺在塑料样品盘中，在室温条件下风干，磨碎，分别过1 mm和0.25 mm筛，装入塑料瓶中备用。

土壤全镉和全铅采用王水-高氯酸消煮-原子吸收光谱法;土壤全汞采用硫酸-五氧化二钒-冷原子吸收光谱法;土壤全砷采用氢化物发生原子吸收光谱法;土壤全铬采用氢氟酸-高氯酸-硝酸消煮-原子吸收光谱法;有效态镉的测定采用原子吸收法（GB/T23739-2009）。土壤pH采用水提玻璃的电极法测定;土壤理化性状的测定采用常规分析方法进行[7-8]。

1.6 植株样品的测定方法

水稻植株样品采集后，带回实验室，经拷种，分为茎叶和稻谷两部分，在80 ℃杀青30 min，然后在65 ℃烘干，用不锈钢粉碎机磨碎，过40目筛，装入塑料瓶中备用。植株样品经风干、研磨后，采用石墨炉原子吸收光谱法测定其籽粒和秸秆中的全镉。样品经磨碎过40目尼龙筛，然后分析镉含量。分析方法采用HNO3-HClO4湿法消煮，消煮样品时，同时消煮空白和标准样品（GBW10010）进行质量控制和结果校正[10]。

2 试验结果与分析

2.1 不同处理对水稻经济性状的影响

从表1中分析可知，水稻施用供试土壤调理剂的处理与对照区相比较，株高增加5.6～7.5 cm，有效穗增加0.3～0.4万/667 m2，穗长平均增加0.7～0.8 cm，穗平均总粒数增加7.0～8.4粒，穗平均实粒数增加9.8～13.4粒，结实率提高2.8%～4.4%，千粒重增加0.2～0.3 g。根据水稻产量构成性状计算的理论产量看，稻谷增产率在11.1%～15.4%。

2.2 不同处理对水稻产量的影响

从表2中可以看出，施用供试土壤调理剂的处理水稻平均产量在550.6～569.2 kg/667 m2之间，比对照增产42.2～60.8 kg/667 m2，增产率为8.3%～12.0%。

从表3中可以看出，经方差分析与多重比较表明，处理T50和T100之间的水稻产量没有显著差异，处理CK与处理T50之间达显著差异，处理CK与处理T100之间达极显著差异。

2.3 不同处理对土壤镉含量的影响

从表4中可以看出，试验前后土壤样品检测结果表明：施用土壤调理剂后对降低土壤有效镉有一定效果，处理T50和处理T100与试验前相比分别降低了0.2～0.3 mg/kg，对于土壤中全量重金属含量没有明显的影响。pH值有一定程度的提高，最高提高了0.3个值。

2.4 不同处理对稻谷镉含量的影响

从表5中可以看出，据采集稻谷样品检测，结果表明，处理T50和处理T100稻谷镉含量平均值分别为0.453 mg/kg和0.34 mg/kg，较处理CK对照区稻谷含量0.787 mg/kg分别下降0.334 mg/kg、0.447 mg/kg，降幅分别为42.4%、56.8%，降镉效果十分明显。

2.5 经济效益分析

从表6中可以看出，水稻施用土壤调理剂的处理与常规对照比较，稻谷产量增加42.2～60.8 kg/667 m2，有一定经济效益。

3 结论与讨论

3.1 结论

试验结果表明，土壤调理剂在我地水稻上施用后，能明显改善水稻多项经济性状，水稻株高、有效穗、穗长、穗总粒数、穗实粒数、结实率和千粒重均有所增加。施用供试土壤调理剂的处理水稻平均产量在550.6～569.2 kg/667 m2之间，比对照增产42.2～60.8 kg/667 m2，增产率为8.3%～12.0%，增产效果显著，有一定经济效益。并且土壤pH值有一定程度的提高，最高提高了0.3个值，对降低土壤有效镉有一定效果，处理试验前相比分别降低了0.2～0.3 mg/kg。此外，还能有效降低稻谷中镉含量，土壤调理剂施用量为50 kg/667 m2时，降幅为42.4%，土壤调理剂施用量为100 kg/667 m2时，降幅为56.8%，降幅效果十分明显，稻谷中有效镉含量随施用量增加而显著下降。

3.2 讨论

3.2.1 施用土壤调理剂能明显改善水稻经济性状，增产效果显著

试验结果表明，水稻施用土壤调理剂处理与对照区相比较，根据水稻产量构成性状计算的理论看，稻谷增产率在11.1%～15.4%。这可能与土壤调理剂的主要成分有关。本试验施用的土壤调理剂以钾长石、白云石为主要原料生产制备，富含钾、钙、镁、硅等营养元素，主要通过提高土壤pH值、改良土壤酸性等特性，改善水稻生长环境條件，能够同时更好的满足和协调水稻生长所必需的各种元素，从而改善水稻经济性状，提高产量。

3.2.2 施用土壤调理剂对土壤有一定的降镉效果，能明显降低稻谷中镉含量

土壤调理剂施用后能提高土壤pH值，Cd2+在土壤中迁动转移受土壤pH值的影响[10]。通常土壤pH值与Cd的关系呈负相关，主要原因是pH值升高可促进Cd由有效态向络合态与残渣态转化，降低了Cd的有效态含量[11-15]。同时，提高土壤pH值，可以提高土壤当中相关羟基态阳离子的亲和力，对重金属形成相关碳酸盐、硅酸盐等沉淀物有良好的推动作用，从而进一步降低土壤当中土壤重金属含量[16-20]。同时试验材料本身钙、镁、钠和钾等离子，能与土壤溶液和矿物颗粒中相关离子进行离子交换作用，进而与提高土壤中的Cd发生离子交换作用，不仅降低了土壤中Cd浓度，而且增加了土壤中的阳离子交换量[21-27]。

试验结果表明，施用土壤调理剂后对降低土壤有效镉有一定效果，处理试验前相比分别降低了0.2～0.3 mg/kg，对于土壤中全量重金属含量没有明显的影响。pH值有一定程度的提高，最高提高了0.3个值。此外，施用土壤调理剂后，与对照区相比较，稻谷中Cd含量降幅分别为42.4%、56.8%，降镉效果十分明显。这说明施用土壤调理剂能提高土壤pH值，降低土壤中和稻谷中Cd含量。增加施用量，土壤中有效Cd含量下降越明显。

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