稀土微肥對水稻鎘脅迫的緩解效應研究

黃楚瑜，黃運湘，劉利杉，何梨香，龍 祥

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128）

2014年4月環境保護部和國土資源部聯合發布的全國土壤污染狀況調查公報表明，我國農田土壤的重金屬污染相當嚴重，耕地土壤點位超標率達19.4%，而鎘污染又是污染物之首[1]。鎘污染土壤的修復治理成為當前環境科學和農業科學家們研究的熱點問題，目前重金屬污染修復的方式主要有工程物理、化學修復、農業化學調控及生物修復等[2]。化學鈍化修復因其具備簡單快捷、經濟高效等特點而受到越來越多的關注，但同時具備高效鈍化、又不致于產生二次污染的土壤重金屬修復調理劑還比較少，且缺乏相關技術上的指導。

稀土作為微肥或植物生長調節劑，已廣泛應用于我國農業領域[3]。有報道稱，稀土在阻控重金屬方面效果良好[4-5]。王甲辰等[6]的研究表明，在土壤中添加適當量的稀土能有效緩解鎘對青椒的毒害，并使其生理狀況得到進一步改善。曹勇[7]的研究表明，一定濃度的稀土能較好地促進芥菜的各項生理指標，且對鎘的逆境脅迫有緩解作用。賈稝[8]與任學軍[9]分別對水稻和油菜進行稀土浸種試驗，結果表明稀土浸種處理是一種可抑制及減少作物重金屬吸收和累積的有效途徑。為了探索稀土微肥對水稻鎘脅迫及鎘吸收的阻控效應，以稀土微肥“科道離不了”為材料，設計了添加外源有效態鎘的土壤盆栽試驗，以期為重金屬鎘污染土壤的修復利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗在湖南農業大學校區教學實習基地進行。供試水稻品種為陸兩優4026。供試土壤取自湖南農業大學校區教學實習基地由紅黃泥改種蔬菜12 a 的菜園土，采樣深度0～20 cm。樣品取回后曬干，錘碎，過5 mm 篩，混勻，備用。土壤基本理化性質為：土壤pH 值4.91，有機質27.3 g/kg，全氮1.46 g/kg，堿解氮115.3 mg/kg，全磷1.39 g/kg，有效磷197.8 mg/kg，全鉀10.00 g/kg，速效鉀98.4 mg/kg，緩效鉀563.5 mg/kg，土壤全鎘含量0.341 mg/kg，有效鎘含量0.175 mg/kg。

供試的稀土微肥由陜西科道生化科技發展有限公司提供，商品名稱“科道離不了”，其成分為SiO245.7%、K2O 2.18%、CaO 5.02%、MgO 5.36%、（Mn+Zn+Cu+Fe+Mo+Ti）6.21%，稀土≥200 mg/kg；有效態Si 、K、Ca、Mg、Cu、Zn 分別為2.02 g/kg、1.14 g/kg、25.96 g/kg、9.30 g/kg、4.00 mg/kg、1.00 mg/kg，膠凍樣類芽孢桿菌1.06 億/g，有效態鎘未檢出；比表面積120 m2/g，陽離子交換量19 mmol/100g，pH值7.80。

1.2 試驗設計

采用土壤盆栽試驗方法，以稀土微肥施用量為試驗因素，設置0.2、0.4、0.6 g/kg（相當于450、900、1 350 kg/hm2）3個添加水平，以不施稀土微肥處理為對照，共計4個處理，每處理重復3 次，具體實施方案見表1。

表1 土壤盆栽試驗設計

選擇高25.8 cm、內徑19.7 cm 的瓷盆，每盆裝土6.5 kg。外源有效態鎘的添加濃度為1.0 mg/kg，鎘源為CdCl2·2.5H2O（分析純）。施肥量按施N 0.20 g/kg、P 0.05 g/kg、K 0.13 g/kg 為標準計算，以尿素、磷酸二氫鉀、氯化鉀為肥源，氮、磷、鉀肥和稀土均做基肥施用。具體施用方法為：將基肥溶于水后與鎘溶液一起噴灑于供試土壤中拌勻裝盆，熟化7 d 后淹水處理。于7月30日選擇長勢一致的晚稻秧苗移栽至瓷盆中，每盆移栽3 株。根據晚稻生長特性進行田間管理，并對幼苗生長動態進行觀察記載，10月28日分稻谷、莖葉和根系進行收割取樣，帶回室內測產和考種。

1.3 檢測項目與方法

土壤基本理化性質采用常規分析法測定。土壤全量鎘采用四酸消解（HCl-HNO3-HF-HClO4）石墨爐原子吸收分光光度法測定；有效態鎘含量采用0.1 mol/L HCl 浸提、原子吸收分光光度法測定。土壤標準物質采用四川紫色土，標準號為GBW（E）070010。

稀土微肥Ca、Mg、K、Zn、Cu 含量采用土壤調理劑鈣、鎂含量的測定方法（NY/T 2272-2012）。

稻米、莖稈和根系經烘干、磨細后，過40 目篩。Ca、Mg、Zn、P、K、Cu、Cd 含量采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸全消解，用Perkinelmer 公司生產的iptima 8300 電感耦合等離子體發射光譜法測定Ca、Mg、Zn、Cu 含量，采用原子吸收分光光度法測定Cd含量。植株分析采用的標準物質由中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所提供，大米為湖南大米，標準號GBW 10045（GBS-23），莖稈和根系采用綠茶，標準號GBW 10052（GBS-30）。

1.4 數據處理

采用SPSS 17.0 軟件進行方差分析，采用Duncan新復極差法進行差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 稀土微肥對鎘脅迫水稻生長發育的影響

2.1.1 對水稻株高的影響 圖1 為稀土微肥對鎘脅迫水稻株高的動態影響。從圖1 中可知，隨著水稻生育期的延長，水稻株高逐漸增加，至9月5日達最大值，不同處理之間差異不顯著。這表明在添加1.0 mg/kg有效態鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥對水稻株高無顯著影響。

圖1 稀土微肥對鎘脅迫水稻株高的動態影響

2.1.2 對水稻分蘗動態的影響 從圖2 中可知，在添加1.0 mg/kg 有效態鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg

圖2 不同處理下水稻的分蘗動態

（數據為9 株水稻的平均值，不同小寫字母表示處理間差異顯著P<0.05。）稀土微肥對水稻生育前期分蘗無顯著影響，至分蘗末期，稀土微肥處理的水稻分蘗個數均高于對照，且處理之間達顯著差異水平。這表明在低濃度鎘脅迫下，施用稀土微肥有促進水稻分蘗的作用。

2.2 稀土微肥對鎘脅迫水稻產量和經濟性狀的影響

由表2 可知，在添加1.0 mg/kg 有效態鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥，可提高稻谷產量、增加千粒重和根系干質量，且隨施用量的增加而逐漸增加；而谷草比以0.4 g/kg 的處理最大，其稻谷產量、千粒重、根系干質量和谷草比分別比對照增加14.6%，6.3%、22.7%和46.7%。

表2 不同用量稀土微肥對鎘脅迫水稻經濟性狀的影響

2.3 稀土微肥對鎘脅迫水稻礦質養分含量的影響

2.3.1 對根系吸收礦質養分的影響 從表3 中可知，在添加1.0 mg/kg 有效態鎘的土壤條件下，施用0.2～0.4g/kg 稀土微肥，均可提高水稻根系對P、K、Mg、Zn、Cu 元素的吸收，施用量增加至0.6 g/kg，根系P、Cu 含量降低，Ca 含量增加，但均未達差異顯著水平。

表3 稀土微肥對鎘脅迫水稻根系吸收礦質養分的影響

2.3.2 對水稻秸稈礦質養分含量的影響 由表4可知，在添加1.0 mg/kg 有效態鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥均降低了秸稈中的Ca 含量，提高了其P、K、Mg、Zn、Cu 元素的含量，但均未達顯著水平。當稀土微肥施用量為0.2g/kg 時, 秸稈中P、Zn、Cu的含量最高；施用量為0.4g/kg 時，秸稈中K、Mg 含量最高。

表4 稀土微肥對鎘脅迫水稻秸稈礦質養分含量的影響

2.3.3 對糙米礦質養分含量的影響 從表5 中可以看出，在添加1.0 mg/kg 有效態鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥均有降低了糙米Ca 含量、提高糙米P、K、Mg、Zn、Cu 含量的作用；其中，施用0.2～0.4 g/kg 稀土微肥，水稻糙米中的P 含量顯著高于對照；施用0.4～0.6 g/kg 稀土微肥，水稻糙米中的Zn含量顯著高于對照；其他元素的差異均不顯著。施用0.4 g/kg 稀土微肥（處理3），糙米Ca 含量較對照降低6.23%，P、K、Mg、Zn、Cu 含量較對照分別提高15.38%、13.81%、14.41%、2.40%、20.51%。

表5 稀土微肥對鎘脅迫水稻糙米礦質養分含量的影響

2.4 稀土微肥對水稻鎘吸收和分布的影響

由表6 可知，水稻吸收的鎘主要分布在根系，其次是秸稈，糙米中鎘含量相對較低，根系鎘含量為糙米的3.25～4.25 倍。在添加1.0 mg/kg 外源有效態鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥未對水稻吸鎘均起抑制作用，反而促進了水稻對鎘的吸收并向地上部轉移，處理間根系和秸稈的鎘含量差異不顯著，糙米中鎘含量差異達顯著水平。當稀土微肥施用量為0.4 g/kg 時，水稻吸鎘能力最強，根系和秸稈鎘含量均高于其他處理；施用量達0.6 g/kg 時，根系和秸稈鎘含量下降，糙米鎘含量上升，均高于或顯著高于對照。其原因是稀土微肥的施用促進了水稻根系的生長發育，從而增強了水稻對鎘的吸收。

表6 稀土微肥對鎘脅迫水稻不同部位鎘含量的影響

3 結論與討論

試驗結果表明，供試土壤添加1.0 mg/kg 外源有效態鎘，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥，緩減了鎘脅迫對水稻生長發育的影響，提高了稻谷產量；促進了水稻對P、K、Mg、Zn、Cu 的吸收，抑制水稻對Ca 的吸收。從水稻經濟性狀和效益分析，稀土微肥施用量以為0.4 g/kg 為宜，相當于900 kg/hm2。

在添加1.0 mg/kg 外源有效態鎘的環境條件下（相當于中、輕度鎘污染土壤），施用0.2 ～0.6 g/kg 稀土微肥并未抑制水稻對鎘的吸收，反而促進了水稻對鎘的吸收并使鎘元素向地上部轉移，其原因是稀土微肥的施用促進了水稻根系的生長發育，從而增加了鎘的吸收。當稀土微肥施用量為0.6 g/kg 時，根系吸鎘量有減少的趨勢，若進一步提高稀土微肥的施用量，是否能降低稻米鎘含量，有待進一步研究。

研究采用的是添加外源有效鎘的土壤盆栽試驗方法，土壤鎘的生物有效性高，糙米鎘含量高達5.98～9.41 mg/kg，遠高于相同污染水平的大田土壤，嚴重超出了國家規定的大米鎘含量標準。故在該試驗條件下，施用0.2 ～0.6 g/kg 稀土微肥，未表現降鎘效應。如果在大田試驗條件下，增加稀土微肥的施用量，是否有降鎘效果有待進一步驗證。

[1]環境保護部，國土資源部. 全國土壤污染狀況調查公報[R]. 中國：環境保護部 國土資源部，2014.

[2]彭少邦，蔡 樂，李泗清. 土壤鎘污染修復方法及生物修復研究進展[J]. 環境與發展，2014，23（3）：86-90.

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[5]Huang X H，Zhou Q. A lleviation effect of lanthanum on cadmium stress in seedling hydroponic culture of kidney bean and corn[J]. J. Rare Earths，2006，24（2）：248.

[6]王甲辰，左 強，鄒國元，等. 添加稀土對鎘污染土壤上青椒生長與鎘吸收分布的影響[J].中國稀土學報，2013，31（3）：353-362.

[7]曹 勇. 稀土鑭對重金屬鎘污染芥菜的生理生化活性影響[J]. 安慶師范學院學報（自然科學版），2014，20（3）：109-103.

[8]賈 稝，邢 勇，周亞俊，等. 水稻抗重金屬污染栽培研究[J]. 中國稀土學報，1997，15：401.

[9]任學軍，任艷軍，杜 彬，等. 輕稀土浸種對油菜鎘鉻脅迫的生物學效應[J]. 南方農業學報，2011，42（12）：1503.