張超凡，張道微，黃艷嵐，周 虹，張 亞，董 芳

（1. 湖南省作物研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2. 中南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

鎘污染稻田甘薯種植專用土壤調(diào)理劑的應(yīng)用研究

張超凡1,2，張道微1，黃艷嵐1，周 虹1，張 亞1，董 芳2

（1. 湖南省作物研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410125；2. 中南大學(xué)研究生院隆平分院，湖南 長(zhǎng)沙 410125）

生態(tài)農(nóng)業(yè)修復(fù)是最直接有效的鎘污染農(nóng)田污染治理的方法。該方法在篩選鎘低積累農(nóng)作物品種的同時(shí)，還需配套合理的土壤處理措施和栽培方法，以更有效的實(shí)現(xiàn)鎘污染大田的利用和生態(tài)修復(fù)。試驗(yàn)在篩選出鎘低積累甘薯品種“浙紫3號(hào)”的基礎(chǔ)上，分析了不同土壤調(diào)理劑、對(duì)甘薯生長(zhǎng)、大田土壤和甘薯鎘積累的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)腐植酸不僅能促使“浙紫3號(hào)”增產(chǎn)，還能有效抑制甘薯對(duì)土壤鎘的吸收和積累，同時(shí)可以有效改良土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤單位重量的鎘含量，可做為鎘污染大田土壤調(diào)理劑的最優(yōu)選擇。

鎘污染；生態(tài)農(nóng)業(yè)修復(fù)；土壤調(diào)理劑；浙紫3號(hào)

重金屬鎘污染是目前全球面臨的重大環(huán)境問(wèn)題，我國(guó)農(nóng)田污灌區(qū)以鎘污染面積最大，有接近3.85萬(wàn)hm2，占重金屬超標(biāo)面積的59.6% 。由于鎘金屬對(duì)土壤的污染在自然環(huán)境中是不可逆的，會(huì)通過(guò)食物鏈在人體富集，危害人類健康。目前治理土壤鎘污染的方法除了物理轉(zhuǎn)移、化學(xué)處理、生物修復(fù)等方法外，最直接有效的思路來(lái)源于農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)[1]。甘薯地上部莖葉和地下部塊根的鎘積累能力差異明顯，莖葉鎘積累能力遠(yuǎn)大于塊根。按照國(guó)家蔬菜中污染物限值標(biāo)準(zhǔn)≤0.2 mg/kg（GB2726—2008），目前已經(jīng)在鎘中度污染區(qū)稻田篩選了一批薯塊鎘積累量低于安全值的甘薯品種[2]。由于甘薯薯塊鎘積累量低，鮮薯產(chǎn)量高，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)，能在重金屬污染耕地農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)中擔(dān)任重要角色。

作物對(duì)土壤鎘的吸收與積累，除品種間差異因素外，還受土壤pH值、土壤氧化還原電位（Eh值）、土壤陽(yáng)離子交換量等因素影響，與作物栽培模式也存在較大關(guān)系[3]。因此在篩選農(nóng)作物鎘低積累品種的同時(shí)，還需配套合理的栽培管理，以實(shí)現(xiàn)鎘污染區(qū)稻田農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)和治理。研究采用多種土壤調(diào)理劑處理鎘中度污染土壤，配合種植甘薯品種“浙紫3號(hào)”（在鎘含量為0.628 mg/kg的土壤中種植，鮮薯鎘平均含量為0.0361 mg/kg），以期實(shí)現(xiàn)土壤鎘污染治理和利用，為生態(tài)農(nóng)業(yè)修復(fù)提供數(shù)據(jù)支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與小區(qū)設(shè)計(jì)

選用“浙紫3號(hào)”甘薯品種，栽培按照湖南地方標(biāo)準(zhǔn)《甘薯栽培技術(shù)規(guī)程》（標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)DB43/T451—2009）進(jìn)行，實(shí)施地點(diǎn)為湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院長(zhǎng)沙縣北山鎮(zhèn)榮和橋村試驗(yàn)基地，試驗(yàn)地為黏壤土，地勢(shì)平坦，排灌方便。試驗(yàn)設(shè)12個(gè)處理，采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。小區(qū)面積20 m2，栽插密度54 000株/hm2，壟寬1 m（包溝），高壟雙行，四周設(shè)保護(hù)行l(wèi) m。除施肥管理外，其他田間管理水平一致。

根據(jù)不同土壤調(diào)理劑影響作物對(duì)重金屬鎘的吸收和積累原理，采用5種作用機(jī)理不同且具有代表性的土壤調(diào)理劑進(jìn)行試驗(yàn)，其中土壤修復(fù)劑復(fù)合共聚OH型（簡(jiǎn)稱土壤修復(fù)劑）、土壤調(diào)理劑（調(diào)酸、降鎘）和堿性緩釋復(fù)合肥來(lái)源于湖南興湘科技開(kāi)發(fā)有限公司，腐植酸來(lái)源于廣東大眾農(nóng)業(yè)科技股份有限公司。試驗(yàn)根據(jù)土壤調(diào)理劑的用量肥力補(bǔ)施復(fù)合肥，設(shè)置一組空白處理組為實(shí)驗(yàn)對(duì)照，具體施用量如表1所示。

表1 土壤調(diào)理劑用量與實(shí)驗(yàn)區(qū)施肥方法 （kg/667m2）

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集內(nèi)容與方法

試驗(yàn)于2015年5月10日進(jìn)行栽插，一周后補(bǔ)苗1次，考種時(shí)間為2015年11月1日，收獲時(shí)間為2015年11月15日，收獲時(shí)對(duì)小區(qū)進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。

樣品重金屬鎘含量檢測(cè)方法為：使用化肥前每個(gè)小區(qū)取1次土樣；收獲前每個(gè)小區(qū)取第2次土樣，與甘薯樣品一并送實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)重金屬含量；考種時(shí)分別取薯塊地上地下部分樣品，測(cè)完干率后粉碎檢測(cè)鎘含量。土壤取樣時(shí)，用測(cè)土配方施肥專用采樣器，在試驗(yàn)田每個(gè)小區(qū)采集混合土壤，采樣深度0～20 cm。每個(gè)混合樣品約1 kg，測(cè)定土壤全鎘、土壤有效鎘、土壤有機(jī)質(zhì)含量和pH值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤調(diào)理劑對(duì)甘薯生長(zhǎng)的影響

對(duì)收獲期甘薯地上部生長(zhǎng)主要農(nóng)藝性狀分析，從表2可發(fā)現(xiàn)，土壤修復(fù)劑和土壤調(diào)理劑主要影響“浙紫3號(hào)”分枝數(shù)，相對(duì)于對(duì)照組其分枝數(shù)有顯著增加；而堿性緩釋肥和腐植酸促使“浙紫3號(hào)”莖粗的顯著增加；相對(duì)于生石灰處理對(duì)“浙紫3號(hào)”莖長(zhǎng)造成的顯著抑制作用，腐植酸處理能有效促進(jìn)莖的生長(zhǎng)。從地上部分的產(chǎn)量看，相對(duì)于對(duì)照組，腐植酸促進(jìn)甘薯地上部分生物量增加的效果最為顯著，生石灰處理會(huì)造成“浙紫3號(hào)”地上部分生物量的顯著降低。不同處理都降低了“浙紫3號(hào)”地上莖葉干率，其中堿性緩釋肥和腐植酸處理效果最為顯著。

表2 各試驗(yàn)組甘薯地上部分主要農(nóng)藝性狀

對(duì)地下部生長(zhǎng)指標(biāo)分析，從表3可發(fā)現(xiàn)，施用腐植酸小區(qū)“浙紫3號(hào)”產(chǎn)量最高；施用土壤修復(fù)劑和土壤調(diào)理劑也能獲得比對(duì)照組高的產(chǎn)量；施用生石灰造成“浙紫3號(hào)”產(chǎn)量的下降，各試驗(yàn)組產(chǎn)量平均值相對(duì)于對(duì)照組都存在極顯著差異，有明顯的增產(chǎn)或者減產(chǎn)的作用。各小區(qū)對(duì)“浙紫3號(hào)”薯塊干率的影響不大，影響“浙紫3號(hào)”薯塊產(chǎn)量的主要因素為單株結(jié)薯個(gè)數(shù)和大中薯率。生石灰處理嚴(yán)重影響了甘薯結(jié)薯個(gè)數(shù)和大中薯率，進(jìn)而造成了甘薯減產(chǎn)；腐植酸處理后結(jié)薯個(gè)數(shù)和大中薯率增加最為顯著。

表3 各試驗(yàn)組甘薯地下部分主要農(nóng)藝性狀

耐性指數(shù)是指污染物脅迫下植物某組織的干重與對(duì)照植物對(duì)應(yīng)組織干重的比值。耐性指數(shù)越大，植物生物量所受影響越小，對(duì)污染物的耐性越大。盡管“浙紫3號(hào)”對(duì)土壤鎘含量的耐受閾值檢測(cè)目前尚在試驗(yàn)階段，根據(jù)前期試驗(yàn)結(jié)果分析，土壤鎘含量約為0.628 mg/kg的中度污染大田區(qū)對(duì)“浙紫3號(hào)”的生長(zhǎng)無(wú)明顯影響，屬于耐受范圍內(nèi)，因此可以排除土壤調(diào)理劑篩選試驗(yàn)土壤背景毒素的干擾因素。在試驗(yàn)過(guò)程中，適量生石灰處理雖然導(dǎo)致甘薯減產(chǎn)，但是相對(duì)于對(duì)照組耐性指數(shù)仍為0.852，說(shuō)明在25 kg/667m2生石灰用量處理下甘薯存在較好的耐性，屬于安全施用范圍內(nèi)。

2.2 不同降鎘肥處理對(duì)大田土壤的影響

對(duì)處理前和處理后的土壤鎘含量檢測(cè)，從表4可以看出，施用腐植酸肥對(duì)土壤鎘含量的影響最大，能大幅度降低單位重量土壤中鎘的含量；施用生石灰也能造成土壤鎘含量的顯著降低；施用土壤修復(fù)劑、土壤調(diào)理劑都能一定程度降低土壤鎘含量；施用堿性緩釋復(fù)合肥對(duì)土壤鎘含量的影響相對(duì)最小。盡管不同試驗(yàn)區(qū)土壤鎘含量存在差異，但是其變化幅度很小，相對(duì)于平均值0.628 mg/kg，只存在0.05 mg/kg的差異，可以認(rèn)為鎘含量處于同一水平。

表4 不同土壤調(diào)理劑對(duì)大田鎘含量的影響 （mg/kg）

2.3 不同降鎘肥處理對(duì)甘薯鎘積累的影響

從表5可以看出，施用腐植酸既能降低土壤單位鎘含量，同時(shí)又能降低甘薯莖葉、薯塊鎘的積累，為五類土壤鎘污染調(diào)理劑中效果最佳；土壤修復(fù)劑和土壤調(diào)理劑能降低土壤鎘含量，卻增加了甘薯薯塊鎘的吸收和積累；堿性緩釋復(fù)合肥對(duì)甘薯莖葉鎘吸收、積累有抑制作用；生石灰雖然能降低土壤中有效鎘含量，但對(duì)甘薯薯塊鎘積累的影響最不明顯，且對(duì)甘薯本身生長(zhǎng)存在抑制作用。

表5 不同土壤調(diào)理劑對(duì)鮮薯鎘積累的影響 （mg/kg）

3 討 論

紫薯兼有糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物和藥用作物的多重特性。紫薯塊根幾乎含有普通甘薯的所有營(yíng)養(yǎng)成分和活性物質(zhì)，而且營(yíng)養(yǎng)成分還高出普通甘薯數(shù)倍，尤其是富含特有的花青素，具有顯著的抗氧化功能、抗腫瘤功能和抗高血糖功能，備受廣大消費(fèi)者青睞。紫薯經(jīng)濟(jì)效益為普通甘薯的3倍以上，加工后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益更大，目前紫薯加工產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)上十分暢銷，具有廣闊的市場(chǎng)和良好的經(jīng)濟(jì)效益，能形成特色產(chǎn)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)民增收，必將推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，成為農(nóng)民致富的“金薯”。采用安全種植模式在鎘污染大田種質(zhì)紫薯，既能提高農(nóng)耕的產(chǎn)值，又能有效改良土壤重金屬污染問(wèn)題，為重金屬污染大田生態(tài)農(nóng)業(yè)修復(fù)的有效備選方案。

試驗(yàn)以“浙紫3號(hào)”紫薯為實(shí)驗(yàn)材料，選擇了幾種具有代表性的土壤調(diào)理劑，分別通過(guò)影響土壤pH值、Eh值、陽(yáng)離子交換率等因素來(lái)調(diào)節(jié)甘薯對(duì)鎘的吸收與積累。生石灰、鈣鎂磷肥等成分對(duì)土壤鎘的作用原因相對(duì)明確，但是只能從單一因素上改良土壤和降低作物對(duì)鎘的吸收，而腐植酸等調(diào)理劑雖然對(duì)土壤鎘的作用和對(duì)植物鎘吸收的影響相對(duì)更復(fù)雜，但是在改良土壤鎘含量的同時(shí)，促進(jìn)了作物的生長(zhǎng)，抑制了作物對(duì)鎘的吸收，屬于較理想的土壤調(diào)理劑。

作物對(duì)鎘的吸收能力都受土壤pH值的影響，在適于作物生長(zhǎng)的范圍內(nèi)，土壤微環(huán)境pH值和植物鎘的積累量呈顯著負(fù)相關(guān)[4]。石灰對(duì)鎘污染治理的主要依據(jù)是提高了土壤微環(huán)境pH值，從而降低土壤中有效態(tài)鎘含量，抑制作物對(duì)鎘的吸收和積累。但生石灰等堿性物質(zhì)的施用也存在對(duì)植物毒害的副作用，適量的生石灰等堿性物質(zhì)的使用雖然能降低作物對(duì)鎘的吸收和積累，卻影響植物正常的生長(zhǎng)。

Eh值是溶液氧化性或還原性強(qiáng)弱的衡量指標(biāo)，土壤中有許多氧化還原體系，氧化條件下（Eh值高時(shí)）比還原條件下（Eh值低時(shí)）更容易促進(jìn)作物對(duì)鎘的吸收。鈣鎂磷肥因?yàn)橛绊懙酵寥乐械腅h值，已成為重要的重金屬污染土壤改良劑。土壤調(diào)理劑和土壤修復(fù)劑主要含鈣鎂磷肥，在堿性土壤上施用能達(dá)到改良土壤環(huán)境、增產(chǎn)和緩解鎘毒害的作用[5]。試驗(yàn)中檢測(cè)發(fā)現(xiàn)試用適量土壤調(diào)理劑和土壤修復(fù)劑對(duì)甘薯的生長(zhǎng)有顯著促進(jìn)影響，又能調(diào)節(jié)甘薯對(duì)重金屬鎘的吸收和積累，可以開(kāi)發(fā)作為甘薯在鎘污染大田栽培的配套調(diào)理劑。

腐植酸對(duì)植物體的生長(zhǎng)發(fā)育有明顯的促進(jìn)作用，并能提高植物的抗性能力。腐植酸鈉能抑制作物對(duì)鎘污染區(qū)土壤中鎘的吸收，延緩無(wú)機(jī)肥的釋放，減少養(yǎng)分的損失同時(shí)也改善了甘薯的品質(zhì)，是一種較理想的環(huán)保型高效肥料[6]。此外腐植酸既能促進(jìn)甘薯生長(zhǎng)，增加甘薯產(chǎn)量，抑制甘薯對(duì)重金屬鎘的吸收和積累，又能有效降低耕地中鎘含量，調(diào)節(jié)和改良耕地土壤結(jié)構(gòu)，能在生態(tài)農(nóng)業(yè)修復(fù)過(guò)程中發(fā)揮較理想的作用。

[1] Huang Y Z，Hao X W，Lei M，et al. The remediation technology and remediation practice of heavy metals-contaminated soil [J]. J Agro-Envir Sci.，2013，32（3）：409-417.

[2] 張超凡， 張道微， 黃艷嵐，等. 甘薯與馬鈴薯在土壤鎘污染治理中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，（9）：87-90.

[3] Chen H，Guo D F， Guo F，et al. Research advances on cadmium absorption and accumulation of plant [J]. Chinese Agric Sci Bulletin，2013，29（3）：6-11.

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[5] 謝 素. 紅薯對(duì)芘、Cd、Pb復(fù)合污染土壤修復(fù)潛力的研究[D]. 廣州：暨南大學(xué)，2014.

[6] Chen R P，Zhang Y L，Ma A J，et al. Study on the modification of humic acid and its adsorption to cadmium [J]. J Nanjing Forestry University（Nat Sci Edition），2014，38（4）：102-106.

（責(zé)任編輯：肖彥資）

Application Research of Sweet Potato Cultivation Special Soil Conditioner in Cadmium Polluted Field

ZHANG Chao-fan1,2，ZHANG Dao-wei1，HUANG Yan-lan1，ZHOU Hong1，ZHAGN Ya1，F(xiàn)ang Dong2（1. Hunan Crop Research Institute, Changsha 410125, PRC;
2. Longping Branch Graduate School, Central South University, Changsha 410125, PRC）

The most direct and effective method for the treatment of cadmium(Cd) pollution in soil is the agricultural ecological restoration, which need to screen crop varieties with the low Cd accumulation and find reasonable measures of soil treatment and corresponding cultivation techniques, in order to achieve more effcient use and ecological restoration of the Cd polluted farmland. This trial had screened sweet potato varieties “Zhezi No.3” with low Cd accumulation. In the meanwhile, the effects of different soil conditioner on the growth of sweet potato, the Cd contamation of soil and sweet potato were studied. This trial had found that humic acid was the optimal Cd contaminated feld soil conditioner. It can promoted “Zhezi No.3” production, inhibit the Cd absorption and accumulation in sweet potato on the soil, improve soil structure effectively, reduce soil Cd content per unit weight, optimal choice Cd contaminated feld soil conditioning agent.

cadmium pollution; ecological agriculture restoration; soil conditioner; Zhezi No. 3

book=35,ebook=43

X53

A

1006-060X（2016）12-0035-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.012.012

2016-08-31

國(guó)家甘薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系資助（CARS-11-C-16）；湖南省財(cái)政專項(xiàng)（湘財(cái)農(nóng)指[2014]180號(hào)）

張超凡（1962-），男，湖南邵陽(yáng)市人，研究員，主要從事甘薯育種與甘薯栽培研究工作。