龔海軍，劉昭兵，紀(jì)雄輝，彭 華

（1.岳陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，湖南 岳陽 414000；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南長(zhǎng)沙 410125；3.湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

一直以來，Cd、Pb等被認(rèn)為是最具毒害的環(huán)境污染元素[1-4]。Cd能破壞人體骨骼系統(tǒng)，引發(fā)所謂的“骨痛病”[5]，Pb可對(duì)人的骨髓造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)造成損害，引起心血管、腎臟等器官的病變[6]。Cd、Pb具有較強(qiáng)的遷移性，尤其通過污染食物鏈，對(duì)人和動(dòng)物危害極大。隨著工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)受重金屬Cd、Pb污染的耕地面積也日趨擴(kuò)大[7]，解決污染耕地糧食生產(chǎn)的品質(zhì)安全問題已刻不容緩。如何行之有效地切斷污染物的食物鏈傳遞途徑，已成為環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)已有不少利用土壤改良劑控制污染土壤水稻對(duì)Cd、Pb的吸收累積，降低糙米Cd、Pb含量的研究報(bào)道[8-11]，這對(duì)控制污染土壤重金屬的遷移，切斷污染物的食物鏈途徑具有重要的參考價(jià)值。筆者試將一種新的土壤改良劑應(yīng)用于污染土壤，研究其對(duì)水稻吸收累積Cd、Pb的影響，為污染土壤上稻米的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

供試土壤分別為采自湖南省岳陽市某礦區(qū)Cd、Pb污染的水稻土（第四紀(jì)紅壤發(fā)育的紅黃泥）和湖南省湘陰縣Cd、Pb污染的水稻土（河流沖積物形成的潮泥田）。土壤采回后經(jīng)風(fēng)干、磨細(xì)、過5mm篩后待用，土壤基本理化性狀見表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 供試水稻

水稻品種為湘早秈31號(hào)。水稻育秧于無重金屬污染土壤上進(jìn)行，3月中旬播種，4月下旬移栽秧苗，每盆2蔸，每蔸2株。水稻于7月中旬收獲。

1.3 土壤改良劑

土壤改良劑來自中國(guó)臺(tái)北的“農(nóng)大夫—地保2號(hào)”，為灰色粉末狀固體，又名“土壤還原素”。pH值（液土比 2.5∶1）為 8.62，重金屬 Cd、Pb 含量未檢出。該物質(zhì)主要含鉀0.41%、硅16.4%、鉬0.01%、鋅0.28%、硒0.0015%、硫0.02%、鑭0.06%、鈣0.02%、錳0.41%。

1.4 研究方法

1.4.1 盆栽試驗(yàn) 每盆加入經(jīng)過前處理的土壤5 kg，基肥用量為每盆加入尿素1.63 g、磷酸二氫鉀0.72 g、氯化鉀1.25 g，淹水7 d后移栽秧苗。土壤改良劑分別于水稻分蘗期和抽穗期施入土壤，每個(gè)土壤設(shè)置4個(gè)處理，代碼為H-0、H-1、H-2和 H-3，土壤改良劑用量分別為0、4、8和12 g/kg，3次重復(fù)。采用自來水灌溉，pH值6.9，水中Cd、Pb含量未檢出。

1.4.2 樣品分析 灌溉水樣Cd采用螯合萃取法（GB 7475-87）；土壤及土壤改良劑全量Cd、Pb采用HNO3-HClO4-HF消煮；有效態(tài)Cd、Pb采用DTPA提取[12]，于水稻收獲時(shí)取樣；稻谷經(jīng)去糙打粉后采用HNO3-HClO4濕法消煮，并帶標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行質(zhì)量控制。分析所用器皿均以稀硝酸溶液浸泡過夜，Cd、Pb使用原子吸收光譜法測(cè)定（AA240FS型，美國(guó)瓦里安）。其他指標(biāo)的測(cè)定采用常規(guī)方法[13]。

1.4.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì) 運(yùn)用Excel 2003和DPS 3.01專業(yè)版進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施土壤改良劑對(duì)土壤pH值的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用土壤改良劑對(duì)兩種供試土壤的pH值均有顯著影響（圖1）。潮泥田和紅黃泥隨土壤改良劑施用量的增加pH值上升，當(dāng)改良劑施用量達(dá)到8 g/kg時(shí)兩種土壤的pH值均顯著高于對(duì)照（H-0），說明施用土壤改良劑對(duì)提高酸性土壤的pH值作用更明顯，而其堿性（pH值 8.62）是導(dǎo)致土壤pH值升高的主要原因。

圖1 施土壤改良劑后土壤pH值變化

2.2 施土壤改良劑對(duì)土壤有效態(tài)Cd、Pb含量的影響

由圖2可以看出，施用土壤改良劑對(duì)兩種供試土壤的有效態(tài)Cd、Pb含量影響顯著。潮泥田有效態(tài)Cd含量隨土壤改良劑施用量的增加而降低，當(dāng)土壤改良劑施用量達(dá)到4 g/kg時(shí)有效態(tài)Cd含量低于對(duì)照（H-0）30.8%（P＜0.05）；有效態(tài) Pb含量的變化趨勢(shì)略有不同，隨土壤改良劑施用量的增加先降低，后略有升高，當(dāng)土壤改良劑施用量達(dá)到8 g/kg時(shí)有效態(tài)Pb含量比對(duì)照降低21.9%（P＜0.05）。紅黃泥施用土壤改良劑后有效態(tài)Cd含量的變化趨勢(shì)與潮泥田基本相同，當(dāng)土壤改良劑施用量達(dá)到8 g/kg時(shí)，與對(duì)照相比有效態(tài)Cd含量的降幅達(dá)30.7%（P＜0.05）；有效態(tài)Pb含量的變化趨勢(shì)更為明顯，隨土壤改良劑施用量的增加而降低，當(dāng)土壤改良劑施用量達(dá)到8 g/kg時(shí)有效態(tài)Pb含量比對(duì)照低24.4%（P＜0.05），當(dāng)其施用量增至12 g/kg時(shí)，土壤有效態(tài)Pb含量的降幅達(dá) 54.3%（P＜0.01）。

圖2 施土壤改良劑后土壤有效態(tài)Cd、Pb含量變化

土壤有效態(tài)Cd、Pb是指以離子狀態(tài)吸附在帶電荷的土壤膠體表面，可被植物吸收利用的那部分[14]。該土壤改良劑堿性可提高土壤pH值，并對(duì)土壤理化性狀產(chǎn)生一定影響，甚至引發(fā)一系列的氧化還原反應(yīng)。施用土壤改良劑后，導(dǎo)致土壤有效態(tài)Cd、Pb含量發(fā)生顯著變化的原因與土壤pH值的變化及土壤理化性狀得以改善有關(guān)。一方面土壤pH值的提高直接導(dǎo)致了土壤有效態(tài)Cd、Pb含量下降，另一方面土壤理化性狀的改善可能增強(qiáng)了土壤對(duì)Cd、Pb的吸附能力，從而降低其生物有效性。

2.3 施土壤改良劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

施用土壤改良劑后，兩種土壤的水稻產(chǎn)量變化基本相似（圖3）。與對(duì)照相比，在土壤改良劑施用量為4 g/kg時(shí)兩種土壤的水稻產(chǎn)量略有增加，但均未達(dá)到顯著性水平，此后隨著土壤改良劑施用量的增加，水稻產(chǎn)量降低，在其施用量為12 g/kg時(shí)兩種土壤的水稻產(chǎn)量顯著低于對(duì)照，說明土壤改良劑在低用量水平時(shí)有一定增產(chǎn)作用，超過一定用量后反而導(dǎo)致水稻減產(chǎn)。其對(duì)水稻產(chǎn)量的影響與諸多因素有關(guān)，有待進(jìn)一步探明。

圖3 施土壤改良劑后水稻產(chǎn)量變化

圖4 施土壤改良劑后水稻糙米Cd、Pb含量變化

2.4 施土壤改良劑對(duì)水稻糙米Cd、Pb含量的影響

施用土壤改良劑后，兩種供試土壤的水稻糙米Cd、Pb含量隨其施用量的增加而降低（圖4）。對(duì)于潮泥田而言，當(dāng)土壤改良劑施用量達(dá)到8 g/kg時(shí)，水稻糙米 Cd、Pb含量分別比對(duì)照（H-0）降低18.4%（P＜0.05）和 20.3%（P＜0.05）；而當(dāng)改良劑施用量增加到12 g/kg時(shí)，糙米Pb含量略有增加，這與土壤有效態(tài)Pb含量的變化趨勢(shì)相同。紅黃泥施用土壤改良劑后水稻糙米Cd、Pb含量的變化趨勢(shì)基本相同，當(dāng)土壤改良劑施用量為4 g/kg時(shí)水稻糙米Cd、Pb含量已顯著低于對(duì)照，降幅分別為22.8%和24.2%；當(dāng)其施用量增加到12 g/kg時(shí)，水稻糙米Cd、Pb含量分別低于對(duì)照40.2%（P＜0.01）和51.7%（P＜0.01）。

作物吸收重金屬與眾多因素有關(guān)，而土壤中有效態(tài)重金屬的含量水平是影響其吸收累積的關(guān)鍵因素之一。分析認(rèn)為，施用土壤改良劑后土壤有效態(tài)Cd、Pb含量下降是導(dǎo)致糙米中其含量降低的主要原因；此外，土壤改良劑中存在的某些拮抗元素（如鋅、鑭等）以及施入土壤后土壤理化性狀的改善均有可能降低作物對(duì)Cd、Pb的吸收累積，但其作用機(jī)理還有待進(jìn)一步探明。

2.5 土壤有效態(tài)Cd、Pb含量與水稻糙米Cd、Pb含量的相關(guān)性分析

已有大量的研究表明，土壤有效態(tài)重金屬含量與植物吸收量具有良好的相關(guān)性[15]。從表2的分析結(jié)果可以看出，施用土壤改良劑后，兩種供試土壤（潮泥田和紅黃泥）的有效態(tài)Cd、Pb含量與水稻糙米Cd、Pb含量呈極顯著線性正相關(guān)，隨土壤有效態(tài)Cd、Pb含量的降低，水稻糙米Cd、Pb含量下降。但兩種土壤的試驗(yàn)結(jié)果存在較大差異，潮泥田有效態(tài)Cd含量對(duì)水稻糙米累積Cd的影響程度要高出紅黃泥近2倍，對(duì)Pb而言其影響程度甚至高出紅黃泥近10倍。推測(cè)認(rèn)為，造成這種差異的原因可能與土壤理化性質(zhì)及重金屬Cd、Pb含量有關(guān)，而其中土壤pH值的差異（潮泥田pH值 5.04，紅黃泥pH值7.20）可能是最主要的原因，因此，利用土壤改良劑降低污染土壤Cd、Pb的有效性，減少水稻糙米的Cd、Pb累積，可能對(duì)酸性土壤更有效。

表2 水稻糙米Cd、Pb含量(y)與土壤有效態(tài)Cd、Pb含量(x)的回歸分析

3 小 結(jié)

（1）施用土壤改良劑能顯著提高兩種土壤（潮泥田和紅黃泥）的pH值，降低土壤有效態(tài)Cd、Pb及水稻糙米Cd、Pb含量。

（2）土壤改良劑對(duì)污染土壤水稻吸收累積Cd、Pb的影響程度與其用量、土壤pH值及土壤Cd、Pb含量有關(guān)；對(duì)兩種土壤的有效態(tài)Cd、Pb含量與水稻糙米Cd、Pb含量相關(guān)性的進(jìn)一步比較分析認(rèn)為，利用土壤改良劑降低污染土壤Cd、Pb的有效性，減少水稻糙米Cd、Pb累積，可能對(duì)酸性土壤更有效。

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