牡蠣殼粉對水稻產量和土壤重金屬鈍化的影響

羅華漢　柳開樓　余跑蘭　譚武貴　陳燕　雷媛元

（1上饒市農業局，江西上饒334000；2江西紅壤研究所/國家紅壤改良工程技術研究中心/農業部江西耕地保育科學觀測實驗站，南昌330046；3農業部植物營養與生物肥料重點實驗室/湖南泰谷生物科技股份有限公司，長沙410006；*通訊作者：liukailou@163.com）

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牡蠣殼粉對水稻產量和土壤重金屬鈍化的影響

羅華漢1柳開樓2*余跑蘭2譚武貴3陳燕2雷媛元2

（1上饒市農業局，江西上饒334000；2江西紅壤研究所/國家紅壤改良工程技術研究中心/農業部江西耕地保育科學觀測實驗站，南昌330046；3農業部植物營養與生物肥料重點實驗室/湖南泰谷生物科技股份有限公司，長沙410006；*通訊作者：liukailou@163.com）

摘要：為探討新型土壤調理劑牡蠣殼粉對水稻產量及其對土壤酸化改良和重金屬鈍化的效果，設置4種牡蠣殼粉用量的田間試驗，分析了不同用量下水稻產量、土壤pH值、交換性氫和交換性鋁的含量，以及土壤Cd、Pb全量和有效態的變化。結果表明，施用牡蠣殼粉的處理水稻產量為7 420.65～7 941.60 kg/hm2，比對照（不施）增產14.8%～22.9%；與對照相比，牡蠣殼粉將土壤pH值提高了0.18～0.33個單位（4.0%～7.3%），并使土壤交換性氫和交換性鋁分別降低了19.6%～69.2%和34.7%～93.9%，土壤有效Cd下降了40.2%～49.0%，有效Pb下降了29.9%～44.7%?？梢?，使用牡蠣殼粉可以同時實現提高水稻單產、改良土壤酸化和阻控重金屬活性的目標。

關鍵詞：牡蠣殼粉；水稻；土壤酸化；重金屬

水稻土是我國主要的耕作土壤，其面積約45.7 M hm2，占全國土壤總面積的4.9%，其中90%以上分布在秦嶺-淮河一線以南地區，主要集中在長江下游平原、四川盆地、珠江三角洲和臺灣西部平原［1］。但是，耕地面積剛性減少、人口快速增加和糧食供需矛盾日益突出的基本國情決定了我國水稻土的高度集約化種植，再加上污水灌溉、施用重金屬元素超標的畜禽糞便等不合理的農事活動造成的土壤污染等問題，嚴重威脅著我國的糧食安全、環境安全和農業可持續發展［2-5］。特別是近年來，由于酸沉降的危害加劇和生理酸性肥料的大量施用，南方地區的水稻土酸化呈加速發展的趨勢［6-7］。因此，通過合理的管理措施減緩土壤的酸化速度和阻控重金屬活性就顯得十分迫切。本研究以新型土壤調理劑牡蠣殼粉為材料，針對江西省的水稻土探討合理的牡蠣殼粉用量，以期在提高水稻產量的同時來阻控土壤酸化加劇和鈍化重金屬活性，從而最終提高水稻生產力的目標。這對于江西省的農業可持續發展、保障區域糧食安全、提高農民收入和恢復該地區退化的生態環境等具有重要的現實意義。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗地位于江西省南昌縣塔城鄉（116°17'60''E、28°35'24''N），地處中亞熱帶，年均氣溫18.1℃，≥10℃積溫6 480℃，年降雨量1 537 mm，年蒸發量1 150 mm，無霜期約289 d，年日照時數1 950 h。試驗土壤為第四紀紅粘土發育的紅壤性水稻土，試驗前土壤理化性質：耕層土壤pH值5.46，交換性氫4.13 mmol/kg，交換性鋁34.14 mmol/kg，有機碳16.22 g/kg，全氮0.95 g/ kg，全磷1.02 g/kg，全鉀15.41 g/kg，堿解氮143.70 mg/ kg，有效磷10.30 mg/kg，速效鉀125.10 mg/kg，有效硅127.9 mg/kg。

1.2試驗設計

試驗材料為加工研磨的牡蠣殼粉，其中CaO≥45%，pH值為9.8。試驗設4個牡蠣殼粉用量處理：CK，不施牡蠣殼粉；LO，750 kg/hm2；MO，1 500 kg/hm2；HO，2 250 kg/hm2。每個處理均施用相同用量的氮、磷、鉀肥，3次重復，小區面積35 m2（7 m×5 m）。牡蠣殼粉和肥料具體用量見表1。氮肥（尿素）和鉀肥（氯化鉀）40%作基肥，60%在分蘗期作追肥施用，牡蠣殼粉和磷肥（鈣鎂磷肥）作基肥一次性施入。注意病蟲害管理。種植作物為早稻，品種為優Ⅰ156，株行距20 cm×20 cm。

1.3測定指標

1.3.1水稻產量

在水稻成熟期每個小區單獨收獲和脫粒，曬干稱重，然后計算產量。

1.3.2土壤酸性指標

表1　牡蠣殼粉和肥料用量（kg/hm2）

表2　不同牡蠣殼粉用量下水稻產量的變化

表3　不同牡蠣殼粉用量下土壤pH值和交換性氫鋁的變化

表4　不同牡蠣殼粉用量下土壤Cd、Pb全量和有效態的變化

在試驗結束后每個小區采集土壤樣品，土壤pH值在2.5：1的水土比下直接用pH計讀取。土壤交換性氫、鋁用氯化鉀交換-中和滴定法測定［8］。

1.3.3土壤重金屬活性

在試驗結束后每個小區采集土壤樣品，風干后過篩，采用王水消煮、原子吸收分析土壤Cd、Pb的全量，用0.1 mol/L浸提土壤，原子吸收分析土壤Cd、Pb的有效態含量［7］。

1.4數據處理

所有試驗數據采用Excel進行整理分析，用SPSS 18.0進行統計分析，用LSD法比較各個處理之間的差異顯著性（p＜0.05）。

2　結果與分析

2.1牡蠣殼粉對早稻產量的影響

從表2可見，在江西省雙季稻區，施用牡蠣殼粉可以顯著提高早稻產量，各處理間產量大小依次為HO＞MO＞LO＞CK；其中，LO、MO和HO處理的產量分別比不施牡蠣殼粉的處理增加14.8%、21.2%和22.9%。說明施用牡蠣殼粉可以提高早稻產量，且用量越高，增產幅度越大。

2.2牡蠣殼粉對土壤酸化改良的影響

從表3可以看出，與不施牡蠣殼粉相比，LO處理的土壤pH值增幅不顯著，但交換性氫和交換性鋁分別降低19.6%和34.7%；MO和HO處理的土壤pH值分別提高0.18單位（4.0%）和0.33單位（7.3%），交換性氫分別降低50.8%和69.2%，交換性鋁分別下降69.8% 和93.9%?？梢姡┯媚迪牃し劭梢愿牧嫉咎锏耐寥浪峄瘑栴}。

2.3牡蠣殼粉對土壤Cd和Pb鈍化的影響

從表4可見，施用牡蠣殼粉可以顯著降低土壤Cd 和Pb的有效態含量。與不施牡蠣殼粉相比，雖然土壤全量Cd和全量Pb得到一定程度的減少，但差異不顯著。而在土壤有效Cd和有效Pb含量上，LO、MO和HO處理的有效Cd含量分別比對照下降了40.2%、47.1% 和49.0%；有效Pb含量分別比對照下降了29.9%、37.2%和44.7%。這表明施用牡蠣殼粉可以有效鈍化稻田Cd和Pb活性。

3　討論

在江西省雙季稻區，受不合理施肥、灌水、氮沉降和土壤母質特性的影響，稻田土壤的酸化和重金屬累積是影響水稻產量提升和品質安全的重要因素之一［9-12］。許多研究表明，施用石灰、黑炭等調理劑可以顯著降低土壤酸化程度和重金屬活性，從而為作物高產和品質安全提供良好的土壤環境［13-15］。施用海藻液硅肥不僅能提高早稻產量，也能降低早稻對鎘的吸收［16］。在本研究中，施用牡蠣殼粉的早稻產量比對照增加了14.82% ～22.89%，且用量越高增產效果越好。

土壤酸化可以導致有效養分大量淋失、土壤質量退化，從而嚴重影響該區域的作物產量［17］，因此，阻控土壤酸化是提高稻田土壤質量的重要途徑。目前，有關阻控土壤酸化的主要方法仍是施用石灰，已開發的改良土壤酸化的調理劑也由于工藝、成本等問題而不能大面積推廣［18］。因此，開發廣適性的牡蠣殼粉就顯得十分重要。在本研究中，利用牡蠣殼粉深加工而成的生物源石灰已實現大規模量產，因此具有十分廣闊的推廣前景。本試驗結果表明，與對照相比，施牡蠣殼粉處理的土壤pH值提高了0.18～0.33個單位，交換性氫和交換性鋁分別降低了19.6%～69.2%和34.7%～93.9%。因此，施用牡蠣殼粉可以較好地阻控稻田土壤的酸化。在我國雙季稻稻田，土壤重金屬累積是影響稻米品質的重要因子，稻田土壤Cd和Pb累積和活性的提升將導致稻米安全風險，從而威脅人體健康［19-21］。大量研究表明，通過施用石灰等酸化改良劑可以明顯鈍化土壤中的重金屬活性，從而顯著阻控稻米的重金屬吸收能力。本試驗結果表明，施用牡蠣殼粉后土壤有效Cd和有效Pb含量分別下降了40.2%～49.0%和29.9%～44.7%。這可能是由于牡蠣殼粉提高了土壤pH值，從而導致有效態的Cd和Pb失活，但具體原因還有待進一步研究。

4　結論

在江西省雙季稻區，施用牡蠣殼粉可以同時實現水稻增產、阻控土壤酸化和鈍化重金屬活性的目標。與對照相比，土壤施用牡蠣殼粉可以使水稻產量增加14.8%～22.9%，同時將土壤pH值提高0.18～0.33個單位，且顯著降低土壤交換性氫和交換性鋁含量，使土壤的有效Cd和Pb含量減少40.2%～49.0%和29.9%～44.7%。

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Effects of Oyster Shell Powder on Rice Yield and Heavy Metal Stabilization in Paddy Soil

LUO Huahan1，LIU Kailou2*，YU Paolan2，TAN Wugui3，CHEN Yan2，LEI Yuanyuan2
（1Agriculture Bureau of Shangrao City，Shangrao，Jiangxi 334000，China；2Jiangxi Institute of Red Soil，National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement/ Scientific Observational and Experimental Station of Arable Land Conservation in Jiangxi，Ministry of Agriculture，Nanchang 330046，China；3Key Laboratory of Plant Nutrition and Bio-fertilizer，Ministry of Agriculture / Hunan Taigu Biotechnology Co.，Ltd.，Changsha 410006，China；*Corresponding author: liukailou@163.com）

Abstract:In order to investigate the effects of a new soil conditioner oyster shell powder on rice yield，soil acidification improvement and availability of heavy metals in paddy soil，the grain yield，soil pH，exchangeable hydrogen and aluminum，concentrations of soil total and available Cd，Pb contents were analyzed after the application of oyster shell powder with four addition rates in 2014. The results showed that the grain yield and soil pH were increased by 14.8%～22.9%and 0.18～0.33 units（4.0%～7.3%）after application of soil conditioner compared with the control. Moreover，the soil exchangeable hydrogen and aluminum were decreased by 19.6%～69.2% and 34.7%～93.9%，the soil available Cd and Pb contents were significantly decreased by 40.2%～49.0%and 29.9%～44.7%compared with the control. Therefore，oyster shell powder could increase the rice yield，improve soil acidification and reduce activity of heavy metals.

Key words:oyster shell powder；rice yield；soil acidification；heavy metals

中圖分類號：S511.062

文獻標識碼：B

文章編號：1006-8082（2016）03-0030-04

收稿日期：2015-12-04

基金項目：江西省自然科學基金（20151BAB214008）；農業部植物營養與肥料學科群開放基金（201408）；公益性行業（農業）科研專項（201203030）