不同农艺措施对稻谷镉含量的影响

张春燕，胡海荣，杨 青，田晓莉，刘 云，周 鑫，唐永嘉

（1.宜昌市耕地质量和肥料管理站，湖北宜昌 443000；2.宜昌市农产品质量安全监督检测站，湖北宜昌 443000；3.五峰县农业生态环境保护站，湖北五峰 443400）

耕地土壤是不可再生的自然资源，是粮食生产的根基。过去几十年，中国农业发展主要以农业增产、高产为主要目标，农药、化肥过量使用［1］，改变了耕地土壤生态环境，造成有害物质在农作物中积累，并通过食物链进入人体后危害人体健康［2］。污染耕地治理与修复已经成为绿色发展的迫切需要［3］。

研发的镉钝化功能材料主要为腐殖质、生物炭等有机材料、微生物菌剂，以及将无机材料、有机材料、微生物菌剂组合成的复合材料［4］，成本高，不易推广。为研究农民可接受、政府可承受、产业可发展、易于大面积推广的技术［4］，该研究借鉴国内外镉污染治理技术［5-10］，选用草木灰、微生物菌剂、土壤调理剂、熟石灰、叶面硅钛肥、有机肥、配方肥和40%含氯复合肥等材料，根据土壤环境状况和水稻生长习性，应用测土配方和酸化治理技术，优化有机肥、化肥的种类与施用量，组合成不同农艺措施，设置田间小区试验，研究9 种不同农艺措施对水稻产量、土壤pH、有机质、全镉、有效态镉、稻谷镉含量的影响，筛选能够有效降低农产品重金属含量的技术组合，旨在为耕地土壤污染防治提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验场地与供试材料

试验场地位于五峰县渔洋关镇沙埫村水稻试验田，供试土壤为碳酸盐岩母质发育的潜育型水稻土，又称烂泥田，总面积433.55 m2。试验水稻品种为天优华占，试验面积160.08 m2。上茬为空闲田，灌溉水为山泉水。试验前取耕作层土壤和稻谷进行检测，土壤、稻谷理化性质检测结果见表1。

表1 土壤理化性质和稻米检测结果

供试材料为宜施壮40%（22-6-12）含氯复合肥、内蒙古金沃缘肥业有限公司生产的硅钛肥、富之源土壤调理剂（湖北富之源生物科技有限公司）、中向生物微生物菌剂（湖北中向生物工程有限公司）、富冠农用熟石灰（宜昌富冠农业科技有限公司）、俏牛儿有机肥（湖北俏牛儿肥业有限公司）、配方肥（尿素12 kg+磷酸二铵8 kg+硫酸钾5 kg）等，草木灰由当地农户提供。

1.2 试验设计

采用随机区组设计，试验共设9 个处理，3 次重复。每小区长2.44 m，宽2.44 m，小区面积5.953 6 m2，四周用木芯板隔离保护，保证各小区单排单灌，避免各小区间串水串肥。试验小区外围设空白区，为不施肥处理。9 个处理的具体农艺措施见表2。

表2 组合的不同农艺措施

各处理按肥料数量品种一次性施底肥，不追肥。移栽前3 d，按照试验设计，将不同配方的肥料施入小区中，人工用耙齿均匀混入泥中。该试验用稻谷于2021 年4 月16 日播种，5 月23 日整田，5 月24 日施基肥，5 月25 日施肥后再次耙田，5 月27 日插秧，7 月14 日、7 月21 日、7 月29 日分别在处理②喷施浓度200 倍的叶面硅钛肥3 次。田间栽培、病虫害防治、管理由农户按常规技术统一管理。

1.3 样品采集与检测

土壤样品：水稻收获后采集土壤样品，按梅花5点取样法采集0~20 cm 土层样品，并混合，采集量约1 kg；取样土壤在室内自然风干，除去土壤中杂质，研磨过筛，测定指标为pH、有机质、氮、磷、钾、镉、砷、全镉、有效态镉。

稻谷样品：每个处理小区采集稻谷样1.5 kg，在室外自然风干，测定指标为稻谷主要重金属含量。

样品检测：将风干的土壤和稻谷样品寄送至黑龙江省华测检测技术有限公司进行检测。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻分蘖的影响

在水稻分蘖末期，7 月19 日对9 个处理随机选择16 株水稻进行分蘖计数调查。结果表明，与处理①农民习惯施肥水稻分蘖数相比，处理⑦、⑧、⑨、⑥、⑤、④、③水稻分蘖数分别增加48.1%、38.1%、30%、18.1%、17.5%、16.9%、15.6%，处理②比处理①分蘖数减少1.9%（表3）。

表3 不同处理小区水稻分蘖情况

2.2 不同处理对稻谷产量的影响

在水稻收获期，于9 月28-30 日，对各个小区产量分别进行了现场测产验收。从测产结果看，与处理①农民习惯施肥小区稻谷产量相比，处理⑥、⑦、③、⑨、⑤、⑧、④、②小区稻谷产量分别增加26.8%、20.97%、17.4%、16.1%、14.7%、14.2%、12.2%、9.2%（表4）。

表4 不同施肥处理小区稻谷产量

2.2.1 不同处理稻谷产量方差分析 对各处理小区稻谷产量进行F测验，根据表5 中的F值分析，处理间的差异达极显著水平，重复间的差异不显著，说明水稻施用添加草木灰、土壤调理剂、熟石灰、微生物菌剂、有机肥、配方肥、叶面硅钛肥的处理产量增产均达极显著水平。

表5 不同处理稻谷产量结果方差分析

2.2.2 不同处理稻谷产量多重比较分析 进一步对产量结果进行多重比较分析发现，处理⑥、⑦、③、⑨相对处理①、②差异极显著，处理④相对处理②达到显著水平，处理③相对处理⑨之间差异不显著，处理⑨相对处理⑤、⑧、④之间差异不显著（表6）。

表6 不同处理平均产量新复极差测验

2.3 不同处理对土壤pH 的影响

根据表7 土壤理化性状检测结果可知，与试验前土壤pH 相比，仅处理④pH 提升0.3，其他处理pH均不同程度下降；与空白区pH 相比，所有处理土壤pH 均不同程度下降。与处理①相比，处理④、⑧、⑦的pH 分别提升1.2、0.2、0.1，处理③pH 无变化，处理②、⑨、⑤、⑥的pH 分别下降0.3、0.3、0.4、0.4。

2.4 不同处理对土壤有机质的影响

根据表7 土壤理化性状检测结果可知，与试验前土壤有机质相比，处理⑥、⑧、①土壤有机质分别增加0.9、0.5、0.4 g/kg；其他处理的土壤有机质均不同程度下降；与空白区相比，处理⑥、⑧、①、④土壤有机质分别增加3.6、3.2、3.1、2.2 g/kg，其他处理的土壤有机质均不同程度下降；与处理①相比，处理⑥、⑧土壤有机质分别增加0.5、0.1 g/kg，其他处理的土壤有机质均不同程度下降。

2.5 不同处理对土壤全镉和有效态镉的影响

根据表7 土壤理化性状检测结果可知，所有处理土壤镉含量都超过风险管控值。与试验前相比，处理①、⑥、⑤、⑨、⑦、④、③土壤中全镉含量分别下降0.16、0.12、0.08、0.08、0.06、0.03、0.01 mg/kg，处理②土壤全镉含量增加0.03 mg/kg，处理⑧无变化；与空白区相比，处理⑦土壤有效镉下降0.247 mg/kg，⑨、②、①、⑤、⑥、⑧、③、④土壤有效镉分别增加0.359、0.357、0.324、0.317、0.284、0.260、0.250、0.191 mg/kg；与处理①相比，处理②、⑧、③、④、⑦、⑤、⑨、⑥土壤中全镉含量分别增加0.19、0.16、0.15、0.13、0.10、0.08、0.08、0.04 mg/kg，处理⑦、④、③、⑧、⑥有效态镉 分别下降0.551、0.113、0.054、0.044、0.020 mg/kg，其他处理的土壤有效态镉均不同程度增加。

表7 收获后重复2 不同处理小区土壤理化性状

2.6 不同处理对稻谷镉含量的影响

在每个处理小区收获稻谷中取稻谷样品1 kg 用于检测稻谷重金属含量，共取稻谷样品28 个，送黑龙江省华测检测技术有限公司检测。由表8 及表9可知，所有处理的稻谷镉含量均在标准范围内。与空白区（不施肥处理）相比，所有农艺措施对稻谷镉含量都有影响，镉含量明显降低；与处理①平均值相比，处理⑧、③、⑥、④稻谷中镉含量平均值分别降低54.7%、49.9%、24.9%、9.7%，处理⑦、⑨、②、⑤稻谷中镉含量平均值增加52.0%、45.6%、41.3%、26.8%。以处理⑧、处理③降镉效果明显，处理⑧比空白区（不施肥处理）降低0.153 mg/kg，降幅90.1%，比处理①（农民习惯施肥）降低0.02 mg/kg，降幅54.7%，变异系数为64.7%；处理③比空白区（不施肥处理）降低0.151 3 mg/kg，降幅89.0%，比处理①（农民习惯施肥）降低0.018 6 mg/kg，降幅49.9%，变异系数为43.5%。

3 小结与讨论

在中度污染水稻田采用熟石灰、土壤调理剂、微生物菌剂、配方施肥、有机肥、草木灰等材料组合成的农艺措施均能促进水稻分蘖。效果从高到低依次为习惯施肥+微生物菌剂+有机肥>草木灰+有机肥+配方肥>习惯施肥+有机肥>熟石灰+有机肥+配方肥>配方施肥>习惯施肥+土壤调理剂>习惯施肥+熟石灰。

在中度污染水稻田采用叶面硅钛肥、熟石灰、土壤调理剂、微生物菌剂、配方施肥、有机肥、草木灰等材料组合成的农艺措施均能促进水稻增产。增产效果从高到低依次为熟石灰+有机肥+配方肥>习惯施肥+微生物菌剂+有机肥>习惯施肥+熟石灰>习惯施肥+有机肥>配方施肥>草木灰+有机肥+配方肥>习惯施肥+土壤调理剂>习惯施肥+叶面硅钛肥。

在中度污染水稻田采用土壤调理剂、草木灰、微生物菌剂等材料组合成的农艺措施能提升土壤pH。提升效果从高到低依次为习惯施肥+土壤调理剂>草木灰+有机肥+配方肥>习惯施肥+微生物菌剂+有机肥。

在中度污染水稻田采用熟石灰、草木灰等农艺措施能增加土壤有机质。效果从高到低依次为熟石灰+有机肥+配方肥>草木灰+有机肥+配方肥。

在中度污染水稻田采用不同农艺措施均能不同程度地钝化土壤中重金属镉的活性，阻止根际活性镉向稻谷的传输，降低稻谷中镉的含量。降低土壤有效态镉效果以添加微生物菌剂组合成的农艺措施效果最好，即习惯施肥+微生物菌剂+有机肥。降低稻谷镉含量效果以添加熟石灰、土壤调理剂、草木灰等材料组合成的农艺措施效果最好，从高到低依次为草木灰+有机肥+配方肥>习惯施肥+熟石灰>熟石灰+有机肥+配方肥>习惯施肥+土壤调理剂。

综上所述，采用以上不同农艺措施，均能增加水稻产量，钝化土壤中重金属镉的活性，阻止根际活性镉向稻谷的传输，降低稻谷中镉的含量。降低稻谷镉含量效果以添加熟石灰、土壤调理剂、草木灰等材料组合成的农艺措施效果最好，其中草木灰+有机肥+配方肥的农艺措施既能促进水稻生长，增加水稻产量，又能改善耕地质量，效果明显。以上结果仅为1 年的田间试验效果，还有待于进一步验证。