譚美 易百科 劉文 江濤 戴美玲 陽美雪

摘要：為研究“眾望”土壤調(diào)理劑在湘中地區(qū)早稻上的施用效果，在湘潭和株洲分別開展田間小區(qū)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)常規(guī)施肥（T1）、常規(guī)施肥+生石灰（T2）、常規(guī)施肥+“眾望”土壤調(diào)理劑（T3）3個(gè)處理，研究土壤調(diào)理劑對(duì)湘中地區(qū)早稻生長和重金屬吸收的影響。結(jié)果表明：“眾望”土壤調(diào)理劑可有效促進(jìn)湘中地區(qū)早稻生長，提高產(chǎn)量的效果不明顯，但能顯著提高土壤pH值，緩解土壤酸化，顯著降低土壤和稻米的重金屬鎘含量，與常規(guī)施肥相比，施用生石灰降低土壤總鎘15.74%～20.64%，施用“眾望”土壤調(diào)理劑降低土壤總鎘18.45%～23.25%。

關(guān)鍵詞：土壤調(diào)理劑；生石灰；土壤理化性狀；重金屬

中圖分類號(hào)：X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-060X（2024）03-0015-04

Effects of Soil Conditioner on the Physiological Characteristics and Heavy

Metal Uptake of Early Rice

TAN Mei1，2，YI Bai-ke1，2，LIU Wen1，2，JIANG Tao1，2，DAI Mei-ling1，2，YANG Mei-xue1，2

（1. Hunan Jinye Zhongwang Technology Co.， Ltd.， Linxiang 414300， PRC; 2. Hunan Engineering Research Center of Organic， Inorganic， and Compound Fertilizers， Linxiang 414300， PRC）

Abstract： Field plot experiments were carried out in Xiangtan and Zhuzhou to study the effect of applying "Zhongwang" soil conditioner on early rice in central Hunan. Three treatments were designed， including conventional fertilization， conventional fertilization + quicklime， and conventional fertilization + "Zhongwang" soil conditioner， to study the effects of soil conditioner on the growth and heavy metal uptake of early rice in central Hunan. The results showed that the soil conditioner promoted the growth of early rice in central Hunan， with insignificant yield-increasing effect. However， it significantly increased soil pH， alleviated soil acidification， and reduced the cadmium content in soil and rice grain. Compared with conventional fertilization， the additional application of quicklime and "Zhongwang" soil conditioner reduced the total cadmium in soil by 15.74%–20.64% and 18.45%–23.25%， respectively.

Key words：soil conditioner; quicklime; soil physical and chemical properties; heavy metal

土壤是作物吸收重金屬的最主要來源，重金屬難降解、易積累、毒性大，不利于作物的生長發(fā)育，對(duì)其產(chǎn)量和品質(zhì)均有較大影響，還存在被作物吸收，進(jìn)入食物鏈危害人體健康的潛在威脅[1]。我國農(nóng)田土壤污染的情況嚴(yán)重，大宗谷類作物中，水稻吸附重金屬的能力最強(qiáng)，某些地區(qū)所種植水稻大米中重金屬鎘的質(zhì)量比超過了食品安全標(biāo)準(zhǔn)（≤0.2 μg/g）[2]。全國農(nóng)田土壤平均鎘質(zhì)量比為0.23 μg/g，而湖南地區(qū)土壤中的鎘含量達(dá)到0.73 μg/g[3]。湖南省作為傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)省份，水稻是主流糧食作物，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占主導(dǎo)地位，其重金屬鎘污染農(nóng)田狀況及其防控措施是社會(huì)的關(guān)注焦點(diǎn)[4]。

針對(duì)農(nóng)田土壤受到日益嚴(yán)重的重金屬污染而引發(fā)的各類安全問題，國內(nèi)外的學(xué)者針對(duì)不同的修復(fù)技術(shù)做了大量的研究[5-11]，同時(shí)，對(duì)于土壤調(diào)理劑對(duì)降低土壤重金屬及稻谷重金屬含量也展開了相關(guān)研究[12-13]，但針對(duì)土壤調(diào)理劑在湘中地區(qū)水稻田應(yīng)用效果鮮見報(bào)道。筆者利用“眾望”土壤調(diào)理劑在湘潭和株洲分別開展田間小區(qū)試驗(yàn)，以探明“眾望”土壤調(diào)理劑的應(yīng)用效果，旨在為治理湘中地區(qū)土壤重金屬污染和推廣“眾望”土壤調(diào)理劑提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與材料

試驗(yàn)于2023年在湖南省湘潭市湘潭縣梅林橋鎮(zhèn)白云村（試驗(yàn)地A）和湖南省株洲市攸縣大同橋鎮(zhèn)大同村（試驗(yàn)地B）展開。試驗(yàn)地屬于亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，四季分明，雨量充沛，光照充足，較適合農(nóng)作物生長。試驗(yàn)地A土壤為板頁巖發(fā)育的黃泥田，試驗(yàn)地B土壤為第四紀(jì)紅色粘土發(fā)育的紅黃泥田。試驗(yàn)前農(nóng)田0～20 cm土壤基本理化性質(zhì)及土壤重金屬含量見表1。

試驗(yàn)地A和試驗(yàn)地B的供試早稻品種分別為株兩優(yōu)819和陵兩優(yōu)268。供試土壤調(diào)理劑分別為生石灰、湖南金葉眾望科技股份有限公司生產(chǎn)的“眾望”牌土壤調(diào)理劑（pH值 9.76，K2O 4.95%，CaO 25.7%，SiO2 21.6%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

每個(gè)試驗(yàn)地設(shè)計(jì)3個(gè)處理，T1：常規(guī)施肥（25%復(fù)合肥750 kg/hm2+尿素225 kg/hm2）；T2：常規(guī)施肥+生石灰（1 500 kg/hm2）；T3：常規(guī)施肥+“眾望”土壤調(diào)理劑（1 500 kg/hm2）。每個(gè)試驗(yàn)處理重復(fù)3次，共18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為30 m2，小區(qū)間用覆薄膜的田埂隔開，小區(qū)間單排單灌。試驗(yàn)小區(qū)均采用移栽，移栽密度為15 cm×30 cm。

土壤調(diào)理劑施用方法為試驗(yàn)田先翻耕、耙碎、整平后，把試驗(yàn)小區(qū)的田埂做好，蓋好塑料薄膜，然后按照處理把土壤調(diào)理劑均勻撒施在對(duì)應(yīng)小區(qū)內(nèi)，隨機(jī)耙勻。隔1～2 d后再施肥料，再移栽水稻。

1.3 指標(biāo)測(cè)定與方法

1.3.1 生物學(xué)性狀及產(chǎn)量 記錄水稻的生育期，在水稻成熟后，各小區(qū)單采單收，曬干后稱取稻谷重量；每個(gè)小區(qū)選擇10株水稻作為測(cè)量株，測(cè)量株高、有效穗，取平均值；每株隨機(jī)選取3穗測(cè)量穗長、穗粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)，取平均值；隨機(jī)選取3份種子，每份1000粒，分別稱重求平均值。

1.3.2 土壤理化性質(zhì)及重金屬 水稻收完后，立即采集各小區(qū)耕層（0～20 cm）土壤，每個(gè)小區(qū)采集5個(gè)點(diǎn)，按“S”形法取土樣。土樣放置于實(shí)驗(yàn)室陰涼處，風(fēng)干后磨碎、過篩。土壤pH測(cè)定采用酸度計(jì)法（土∶水=2.5∶1）；土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用濃硫酸-重鉻酸鉀消煮-硫酸亞鐵滴定法；土壤全氮測(cè)定采用半微量凱式定氮法；土壤堿解氮測(cè)定采用堿解擴(kuò)散-稀硫酸滴定法；土壤有效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測(cè)定采用乙酸銨-原子吸收火焰光度法；土壤硅鋁率采用試劑盒法；土壤陽離子交換量采用三氯化六氨合鈷浸提-分光光度法；土壤和植物中重金屬采用原子吸收光譜法。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

試驗(yàn)結(jié)果用Excel 2019軟件進(jìn)行處理，利用SPSS 26.0對(duì)每個(gè)測(cè)定項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果進(jìn)行顯著性方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同土壤調(diào)理劑對(duì)早稻生物學(xué)性狀的影響

由表2可知，早稻生育期主要由早稻品種和種植地域氣候影響，不同土壤調(diào)理劑對(duì)湘中地區(qū)早稻生育期影響不大。

由表3可知，不同試驗(yàn)地內(nèi)T2處理在株高、穗長、有效穗、結(jié)實(shí)率和產(chǎn)量上均較T1和T3低，說明生石灰作為土壤調(diào)理劑對(duì)湘中地區(qū)早稻生長和產(chǎn)量產(chǎn)生不良影響；不同試驗(yàn)地內(nèi)T3處理在株高、穗長、結(jié)實(shí)率上均最高，其他指標(biāo)與T1差異不大，說明“眾望”土壤調(diào)理劑能有效促進(jìn)湘中地區(qū)早稻生長，但對(duì)產(chǎn)量影響不大。

2.2 不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH值及理化性狀的影響

有大量試驗(yàn)研究表明，土壤 pH 值與土壤重金屬活性密切相關(guān)，pH值升高，重金屬活性顯著降低，作物吸收重金屬的量也顯著降低[14-15]。由表4可知，施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調(diào)理劑（T3）均能有效提高土壤pH值，在2處試驗(yàn)地中均與種植前土壤pH值呈顯著差異，且施用“眾望”土壤調(diào)理劑的土壤pH值整體要高于其他處理。

由表4可知，在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，施用生石灰或“眾望”土壤調(diào)理劑能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，但差異不顯著（P＞0.05），對(duì)其他土壤理化性狀的影響不明顯。

2.3 不同土壤調(diào)理劑對(duì)土壤重金屬含量的影響

由表5可知，不同試驗(yàn)地中T2和T3與種植前土壤總鎘均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05），且不同試驗(yàn)地中T2和T3總鎘、總鉛和總鉻較種植前均有所降低，而T1較種植前各重金屬含量均有所增高。與對(duì)照（T1）相比，試驗(yàn)地A中T2和T3分別降低15.74%和18.45%、2.71%和3.15%、1.07%和1.36%；試驗(yàn)地B中T2和T3分別降低20.64%和23.25%、1.87%和3.28%、2.26%和4.54%，說明施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調(diào)理劑（T3）均能有效降低水稻田土壤重金屬含量，且“眾望”土壤調(diào)理劑對(duì)湘中水稻田土壤重金屬降解效果最佳。

2.4 不同土壤調(diào)理劑對(duì)早稻植株中重金屬含量的影響

由表6可知，施用不同類型土壤調(diào)理劑（T2和T3）對(duì)于降低稻米中重金屬鎘和鉛含量的效果明顯，與對(duì)照（T1）相比差異顯著。施用“眾望”土壤調(diào)理劑的（T3）對(duì)于降低稻米中的重金屬總鎘含量比生石灰（T2）的效果更顯著，其中“眾望”土壤調(diào)理劑的（T3）在試驗(yàn)地A和試驗(yàn)地B稻米中總鎘的含量分別比對(duì)照（T1）降低了0.143、0.117 mg/kg，降幅分別為45.69% 和35.78%；而施用生石灰（T2）在試驗(yàn)地A和試驗(yàn)地B稻米中總鎘的含量分別比對(duì)照（T1）降低了0.093、0.094 mg/kg，降幅分別為29.71% 和28.75%。不同試驗(yàn)地稻草中總鎘含量則相同，施用“眾望”土壤調(diào)理劑的（T3）對(duì)于降低稻草中的重金屬總鎘含量比生石灰（T2）的效果更顯著。

施用“眾望”土壤調(diào)理劑的（T3）對(duì)于降低稻米和稻草中的重金屬總鉛含量的效果比生石灰（T2）效果較好，但差異不顯著（P＞0.05）。

3 小結(jié)與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用“眾望”土壤調(diào)理劑可有效促進(jìn)湘中地區(qū)早稻生長，提高產(chǎn)量的效果不明顯，但能有效調(diào)節(jié)土壤pH值，緩解土壤酸化，顯著降低土壤和稻米的重金屬鎘含量。與常規(guī)施肥相比，施用生石灰降低土壤總鎘15.74%～20.64%，施用“眾望”土壤調(diào)理劑降低土壤總鎘18.45%～23.25%。

有研究表明，施用土壤調(diào)理劑能一定程度降低土壤重金屬含量和稻米重金屬含量[16]，但對(duì)水稻產(chǎn)量增產(chǎn)效果并不顯著[17]，此研究中“眾望”土壤調(diào)理劑能有效促進(jìn)湘中地區(qū)早稻生長，但對(duì)產(chǎn)量影響不大。

土壤pH值在作物根系對(duì)鎘的吸附以及鎘在土壤溶液中的形態(tài)、溶解度和遷移率方面起著最重要的作用[18]。隨著pH值變化鎘形態(tài)含量占比也在發(fā)生變化，導(dǎo)致其生物有效性、遷移性及毒性發(fā)生變化[19]。此研究中施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調(diào)理劑（T3）均能有效提高土壤pH值，在兩個(gè)試驗(yàn)地中均與種植前土壤pH值呈顯著差異（P＜0.05），且施用“眾望”土壤調(diào)理劑的土壤pH值整體要高于其他處理。

有機(jī)質(zhì)是影響鎘環(huán)境行為的關(guān)鍵土壤成分之一，土壤有機(jī)質(zhì)中含有大量能夠與鎘發(fā)生絡(luò)合或螯合反應(yīng)的官能團(tuán)，如羧基、醌基、羰基、酚基等含氧官能團(tuán)[20]，此研究在常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，施用生石灰或“眾望”土壤調(diào)理劑能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量，但差異不顯著（P＞0.05），這是由于生石灰和“眾望”土壤調(diào)理劑本身不含有機(jī)質(zhì)，后期可在此基礎(chǔ)上對(duì)“眾望”土壤調(diào)理劑進(jìn)行優(yōu)化和升級(jí)，提高其降低土壤重金屬的效果。

施用土壤調(diào)理劑可以改善土壤組分的物理性狀和化學(xué)性狀，進(jìn)而降低重金屬在土壤環(huán)境中的生物有效性，適合于大面積農(nóng)田污染的修復(fù)[21]。此研究結(jié)果顯示不同試驗(yàn)地中施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調(diào)理劑（T3）與種植前土壤總鎘均表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05），與對(duì)照（T1）相比，土壤總鎘分別降低15.74%～20.64%和18.45%～23.25%；施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調(diào)理劑（T3）均能降低土壤總鉛和總鉻含量，但效果不顯著（P＞0.05），說明施用生石灰（T2）和“眾望”土壤調(diào)理劑（T3）均能有效降低水稻田土壤重金屬含量，且“眾望”土壤調(diào)理劑對(duì)湘中水稻田土壤重金屬降解效果最佳。

水稻稻米中Cd濃度與稻草中Cd積累量、Cd向地上部分的分配比以及從地上部分到籽粒Cd分配比呈正相關(guān)關(guān)系[22]。此研究結(jié)果顯示，施用“眾望”土壤調(diào)理劑的（T3）比對(duì)照（T1）稻米和稻草中總鎘含量顯著降低，而稻米中總鎘含量降低幅度更大，從地上部分到籽粒Cd分配呈現(xiàn)越往上越少的趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 何鳳鵬，谷雨，馮光輝，等. 不同類型土壤調(diào)理劑對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)重金屬含量的影響[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（5）：31-34.

[2] LI X Y，ZHANG J R，GONG Y W，et al. Status of mercury accumulation in agricultural soils across China （1976–2016）[J]. Ecotoxicology and Environmental Safety，2020，197：110564.

[3] 陳基旺，屠乃美，易鎮(zhèn)邪，等. 湖南鎘污染稻區(qū)再生稻發(fā)展需解決的重點(diǎn)問題[J]. 農(nóng)學(xué)學(xué)報(bào)，2020，10（1）：32-36.

[4] 文金花. 湖南省重金屬鎘污染農(nóng)田狀況及其防治措施[J]. 農(nóng)業(yè)科技與信息，2016（20）：102.

[5] LI D W，YANG K，F(xiàn)AN M．Research progress on heavy metal pollution control and remediation[J]. Research Journal of Chemistry & Environment，2013，17（2）：76-83．

[6] 劉穎. 我國污染土壤修復(fù)技術(shù)及產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀[J]. 皮革制作與環(huán)?？萍?，2021，2（14）：110-111.

[7] 王泓博，茍文賢，吳玉清，等. 重金屬污染土壤修復(fù)研究進(jìn)展： 原理與技術(shù)[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2021，40（8）：2277-2288.

[8] 丁禺喬，柳曉光. 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)及展望[J]. 資源節(jié)約與環(huán)保，2021（6）：77-78.

[9] ZHANG Y N，ZHANG Y J，AKAKURU O U，et al. Research progress and mechanism of nanomaterials-mediated in situ remediation of cadmium-contaminated soil： a critical review[J]. Journal of Environmental Sciences，2021，104：351-364.

[10] 宋波，張?jiān)葡?，田美玲，? 應(yīng)用籽粒莧修復(fù)鎘污染農(nóng)田土壤的潛力[J]. 環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2019，13（7）：1711-1719.

[11] 章紹康. 三種土壤改良劑強(qiáng)化黑麥草修復(fù)銅鎘污染紅壤研究[D]. 南昌：南昌大學(xué)，2020.

[12] 廖建勛，顧祝禹，涂圣梅，等. 土壤調(diào)理劑對(duì)鎘污染稻田土壤理化性質(zhì)和水稻不同部位鎘富集的影響[J]. 中南農(nóng)業(yè)科技， 2023（9）： 6-10.

[13] 黃衛(wèi)，莊榮浩，劉輝，等. 農(nóng)田土壤鎘污染現(xiàn)狀與治理方法研究進(jìn)展[J]. 湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào)，2022，45（1）：49-56.

[14] 陳誠，鐵柏清. 土壤調(diào)理劑對(duì)不同成土母質(zhì)Cd污染稻田的修復(fù)效果[J]. 湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016（6）：26-29， 35.

[15] 陳立偉，楊文弢，周航，等. 土壤調(diào)理劑對(duì)土壤-水稻系統(tǒng)Cd、Zn遷移累積的影響及健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2018，38（4）：1635-1641.

[16] 周利軍，武琳，林小兵，等. 土壤調(diào)理劑對(duì)鎘污染稻田修復(fù)效果[J]. 環(huán)境科學(xué)，2019，40（11）：5098-5106.

[17] 李林峰，王艷紅，李義純，等. 調(diào)理劑耦合水分管理對(duì)雙季稻鎘和鉛累積的阻控效應(yīng)[J]. 環(huán)境科學(xué)，2022，43（1）：472-480.

[18] ZHAO K L，ZHANG W W，ZHOU L，et al. Modeling transfer of heavy metals in soil–rice system and their risk assessment in paddy fields[J]. Environmental Earth Sciences，2009，59（3）：519-527.

[19] HUSSAIN B，ASHRAF M N，SHAFEEQ-UR-RAHMAN，et al. Cadmium stress in paddy fields： effects of soil conditions and remediation strategies[J]. Science of the Total Environment，2021，754：142188.

[20] 成志軍，肖慶駒，代玉豪，等. 土壤調(diào)理劑對(duì)農(nóng)田鎘污染的治理修復(fù)研究進(jìn)展[J]. 植物醫(yī)學(xué)，2022（6）：12-19.

[21] 唐樂斌，劉新彩，宋波，等. 基于大田試驗(yàn)的土壤-水稻鎘對(duì)不同調(diào)理劑的響應(yīng)[J]. 環(huán)境科學(xué)，2024，45（1）：429-438.

[22] LIU J G，QIAN M，CAI G L，et al. Uptake and translocation of Cd in different rice cultivars and the relation with Cd accumulation in rice grain[J]. Journal of Hazardous Materials，2007，143（1/2）：443-447.

（責(zé)任編輯：張煥裕）