胡青云，唐佑根，張志強，羅 穎，張小毅，肖 歡，敖和軍

（1. 衡南縣農業(yè)農村局，湖南 衡陽 421131；2.湖南農業(yè)大學農學院，湖南 長沙 410128）

我國有將近三分之二的人口以大米為主食，水稻作為中國第一大糧食作物對保障糧食安全具有重要作用。據(jù)近年的稻米安全性抽檢結果顯示，我國稻米中的鎘含量超過了國標的28.4%[1]。研究表明，土壤中的鎘不僅對水稻有毒害作用，還能通過食物鏈進入人和動物體內，長期食用鎘超標的稻米會危害人體健康[2-4]。衡陽作為全國糧食生產先進市和全國商品糧基地，在保障國家糧食安全和促進農業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。由于湘江沿岸工農業(yè)生產發(fā)展和人口增長，特別是采選、冶煉、化工等高污染企業(yè)多分布于湘江兩岸，重金屬污染物排放不斷積累，致使湘江水體富營養(yǎng)化程度日趨嚴重，而湘江是衡陽的主要灌溉水源，通過灌溉許多重金屬沉積到土壤中?，F(xiàn)今，污染源已經(jīng)切斷，但是土壤中的重金屬還一直存在[5-6]。因此，為保證糧食安全，農田鎘污染治理刻不容緩。

由于稻田鎘污染具有長期性和累積性[7]，同時鎘在水稻體內的積累受鎘形態(tài)[8]、品種和溫度[9-10]等多種因素的影響，因此不同地區(qū)應根據(jù)當?shù)貙嶋H情況來制定治理修復方案。針對衡陽市土壤重金屬污染情況，筆者選擇了4種不同類型的修復劑進行試驗，探究不同修復劑及其用量對土壤鎘活性及稻米鎘含量的影響，以篩選出適合當?shù)氐男迯筒牧?，為保護鎘污染農田糧食生產安全提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗于2016年在湖南省衡陽市衡南縣松江鎮(zhèn)黃塘村燈甲組進行。試驗前土壤pH值為6.8～7.7，全鎘含量為3.10 mg/kg，根據(jù)土壤環(huán)境質量標準GB15618—1995，該土壤屬于重度鎘污染土壤。

供試水稻品種為秈型兩系雜交水稻隆兩優(yōu)華占。試驗選擇4種修復劑：DG葉面阻控劑（液體硅肥）、SMA微生物菌劑（側孢短芽孢桿菌，地衣芽孢桿菌，生物活性鈣，有機物載體）、XFJ有機肥（發(fā)酵腐熟有機質物料，高活性功能菌，飼料級沸石粉、淀粉）和LXM鈣硅類鈍化劑（有效硅≥15%；有效鈣≥40%）。

1.2 試驗設計

采用隨機區(qū)組設計，具體見表1，分為11個處理，每個處理3次重復，共33個小區(qū)，每個小區(qū)面積為20 m2，小區(qū)間起田埂并覆農膜隔開，單排單灌。田間管理和施肥按當?shù)爻Ｒ?guī)方式進行，除DG葉面阻控劑在水稻孕穗初期和灌漿初期進行葉面噴施外，其他修復劑隨基肥在翻耕前施入，翻耕4～7 d后移栽水稻。

表1 修復劑材料及施用量

1.3 樣品采集與測定

在水稻成熟期采用5點取樣法采集0～20 cm耕作層土壤樣品和植株樣品。土壤樣品取回后在室內分攤自然晾干后磨碎，剔除石礫及植物殘茬等雜物，過10目和100目尼龍篩，備用。植株樣品取回后脫粒裝袋，于烘箱中于105℃殺青30 min，再經(jīng)80℃烘干到恒重，將籽粒打成糙米，并用不銹鋼粉碎機粉碎，過100目尼龍篩，備用。

土壤pH值采用點位法測定（水土比2.5∶1）；土壤有效態(tài)鎘采用DTPA試劑提取，振蕩后過濾經(jīng)電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS，Agilent7700x，USA）測定溶液中鎘濃度；糙米鎘采用微波消解后用電感耦合等離子體質譜儀測定溶液中的鎘濃度；水稻成熟期每小區(qū)全收全打測產，按13.5%含水量計算小區(qū)產量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2016進行數(shù)據(jù)處理，用SPSS 25.0進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 不同種類修復劑對土壤pH值的影響

從圖1可知，施用SMA微生物菌劑顯著降低了土壤pH值，與CK相比土壤pH值下降0.93～1.07個單位，下降幅度為12.4%～13.3%；而施用XFJ有機肥和LXM鈣硅類鈍化劑后土壤pH值提高了0.2～0.3個單位，上升幅度為2.7%～4.0%，顯著高于施用SMA微生物菌劑的處理；而DG葉面阻控劑的施用方式為葉面噴霧，對土壤pH值沒有直接影響；同一修復劑的不同施用劑量對土壤pH值的影響不顯著。

圖1 不同修復劑對土壤pH值的影響

2.2 不同種類修復劑對土壤有效態(tài)鎘含量的影響

由圖2可知，施用XFJ有機肥和LXM鈣硅類鈍化劑能降低土壤有效態(tài)鎘含量，與CK相比，平均降幅分別為2.82%和6.79%；而施用DG葉面阻控劑和SMA微生物菌劑（3 000 kg/hm2處理除外）后土壤有效態(tài)鎘含量不降反增，表明這2種修復劑活化了部分鎘，增加了土壤中有效態(tài)鎘的含量。同一修復劑的不同施用劑量對土壤有效態(tài)鎘含量的影響表現(xiàn)出不同的趨勢。與CK相比，施用低濃度的SMA微生物菌劑、XFJ有機肥和LXM鈣硅類鈍化劑處理均能提高土壤有效態(tài)鎘含量，但未到達顯著水平；SMA處理中以SMA2的土壤有效態(tài)鎘含量最低，為2.353 mg/kg，與CK相比降低了8.59%；施用XFJ有機肥和LXM鈣硅類鈍化劑后土壤有效態(tài)鎘含量均以高濃度處理（XFJ3、LXM3）最低，中濃度處理（XFJ2、LXM2）次之；與其他處理相比，XFJ3與LXM3處理土壤中有效態(tài)鎘含量較低，分別為2.332和2.199 mg/kg，較對照分別降低9.40%和14.57%。

圖2 不同修復劑對土壤有效態(tài)鎘含量的影響

2.3 不同種類修復劑對稻米鎘含量的影響

如圖3所示，施用修復劑能夠降低糙米中鎘含量，但不同修復劑的效果不同。與CK相比，施用DG葉面阻控劑和SMA微生物菌劑能夠降低糙米中鎘含量，但效果不顯著；而XFJ有機肥和LXM鈣硅類鈍化劑顯著降低糙米鎘含量，與CK相比，平均降幅分別為50.88%和69.99%，2種修復劑之間差異不顯著。同一修復劑的不同施用劑量對糙米鎘含量的影響不顯著，但隨著修復劑施用劑量的增加，糙米鎘含量存在逐漸降低的趨勢；施用3種修復劑后糙米鎘含量均以高濃度處理（SMA3、XFJ3、LXM3）最低，中濃度處理（SMA2、XFJ2、LXM2）次之，其中XFJ3與LXM3處理糙米鎘含量顯著低于CK和DG處理，其中與對照相比分別降低了57.28%和71.57%。

圖3 不同修復劑對糙米鎘含量的影響

2.4 不同種類修復劑對水稻產量的影響

由圖4可知，除XFJ1處理外，其余處理都能不同程度地提高水稻產量，增產幅度為0.37%～5.63%。各處理產量由高到低排列依次為SMA2＞SMA3＞DG＞LXM3＞XFJ2＞LXM2＞LXM1＞SMA1＞XFJ3＞CK＞XFJ1。同一修復劑的不同施用劑量對水稻產量的影響表現(xiàn)不一致。SMA（微生物菌劑）、XFJ（有機肥）、LXM（鈣硅類鈍化劑）3種修復劑均以低濃度處理產量最低，其中XFJ1處理產量最低，與CK相比減產7.59%。而以SMA2處理產量最高，為9 160.95 kg/hm2，較CK增產5.63%。

圖4 不同修復劑對水稻產量的影響

3 結論與討論

水稻吸收鎘受土壤pH值、CEC、有機質和離子互作等因素的影響，而土壤pH值是影響重金屬鎘有效性的主要因素之一，土壤pH值越高，土壤中鎘的活性越弱[11]。結果表明，施用XFJ有機肥和LXM鈣硅類鈍化劑可以提高土壤pH值，降低土壤中有效態(tài)鎘含量。這是因為土壤施用有機肥后，會產生大量的銨離子，使土壤pH值升高[12]，同時施用有機肥能夠增加土壤中有機質含量，而有機質中的官能團（如羧基和酚羥基等）能夠有效吸附土壤中的Cd元素[13]，從而使土壤中有效態(tài)鎘含量降低；而添加鈣硅類鈍化劑后，因其本身富含Ca、Si等堿性金屬化合物，在水解作用下釋放出大量的氫氧根離子，從而能夠提高土壤pH值[14]，另外硅與鎘存在吸附作用，能夠形成硅鎘聚合物[15]，從而降低土壤中有效態(tài)鎘含量。這2種修復劑能依靠自身營養(yǎng)元素或通過提高土壤pH值的方式來降低土壤中的有效態(tài)鎘含量。而施用SMA微生物菌劑后土壤pH值顯著降低，是因為產酸菌的生長繁殖導致有機酸、無機酸積累[16]，故SMA1和SMA3處理有效態(tài)鎘含量增加，而SMA2處理的有效態(tài)鎘含量不升反降的原因有待進一步研究。

降低水稻糙米中鎘含量主要有2種途徑，一是降低土壤中鎘的生物有效性，二是阻控水稻各器官向籽粒轉運鎘[17]。試驗所采用的4種修復劑，主要成分都含有鈣元素和硅元素。鈣與鎘存在競爭作用，這種競爭不僅表現(xiàn)在根細胞膜上，還表現(xiàn)在水稻體內的轉運蛋白上，從而降低了水稻對鎘的吸收[18]。硅能在植物體內與鎘形成硅鎘復合氧化物，抑制水稻體內鎘向地上部轉運，從而降低糙米鎘含量[19]。試驗中施用4種修復劑對土壤有效態(tài)鎘含量并無顯著影響，但顯著降低了糙米中的鎘含量，可能是施用修復劑抑制了水稻對鎘的吸收和轉運，但這需進一步研究證實。

LXM鈣硅類鈍化劑（有效硅≥15%；有效鈣≥40%）對糙米鎘的阻控效果最好，糙米鎘含量隨著施用量的增加而降低。在6 000 kg/hm2LXM鈣硅類鈍化劑處理下，糙米鎘含量最低，但尚未達到國家安全食用標準，一方面是因為該試驗地屬于鎘重度污染地區(qū)，土壤本身鎘含量高，另一方面是因為采用修復劑降鎘不能一蹴而就，需要連續(xù)多年施用才能達到理想效果。同時施用修復劑后土壤理化性狀得到明顯改善，提高土壤有機質含量和鈣、硅等微量元素的含量[20-21]，從而有利于水稻正常生長發(fā)育。

一種適宜推廣的修復劑既能夠降低糙米鎘含量，又不會對水稻的生長、產量等指標產生負面影響。試驗結果表明，施用4種修復劑都能降低糙米鎘含量，特別是施用6 000 kg/hm2的LXM鈣硅類鈍化劑時降米鎘效果最好，同時能夠提高稻米產量。