施用生石灰對鎘污染酸性土壤中水稻鎘積累的影響

劉大鍔，郭明選，高漢清，劉勇軍，朱中秋，覃立群，歐陽江南

（1.桃源縣農業科學研究所，湖南 桃源 415700；2.桃源縣農業局，湖南 桃源 415700；3.桃源縣漆河鎮農業技術推廣服務站，湖南 桃源 415700）

施用生石灰對鎘污染酸性土壤中水稻鎘積累的影響

劉大鍔1，郭明選2，高漢清1，劉勇軍1，朱中秋3，覃立群1，歐陽江南1

（1.桃源縣農業科學研究所，湖南 桃源 415700；2.桃源縣農業局，湖南 桃源 415700；3.桃源縣漆河鎮農業技術推廣服務站，湖南 桃源 415700）

通過兩年的田間小區試驗，研究了生石灰基施和追施兩種方式，以及375、750和1 125 kg/hm2的施用量對鎘污染酸性土壤中水稻生長和糙米鎘含量的影響。結果表明：施用生石灰可使稻谷產量提高20～760 kg/hm2；顯著提高土壤pH值，最大提高幅度達到0.3個單位；并能有效降低糙米中鎘的含量，且追施方式的降鎘效果優于基施方式，其中追施1 125 kg/hm2生石灰處理在兩年試驗中可使糙米鎘含量均降低至國家食品衛生標準限值（0.2 mg/kg）以內。因此，在水稻孕穗末期追施1125 kg/hm2可推薦為鎘污染酸性稻田改良措施。

生石灰；鎘污染；水稻；酸性土壤；基施；追施

環保部與國土資源部聯合公布的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，鎘是我國耕地土壤最為主要的重金屬污染物，其點位超標率達到7.0%；農業部的調查結果表明，由于稻田受到鎘污染，我國稻米鎘含量超標率在10%以上，其潛在的健康風險受到廣泛關注[1-2]。同時，我國南方稻田土壤酸化問題突出，隨著土壤pH值的下降，土壤中鎘的活性大大增強，稻米等農產品受到鎘污染的風險隨之增大[3]。

前期研究顯示，施用石灰可有效提升土壤pH值，降低土壤中鎘的植物有效性，減少稻米對鎘的累積。劉瓊峰等[4]研究表明，施用生石灰0.75～1.50 t/hm2對于酸性水稻土（pH值4.5～5.4）有較好的改良效果，施用生石灰1.0 t/hm2的增產效果最佳。羅婷等[5]通過盆栽試驗研究發現，石灰添加量為0.33 g/kg時，對土壤中鎘有效性的降低效果最佳。朱奇宏等[6]開展的田間試驗結果表明，基施1.5 t/hm2的生石灰，可使土壤pH值提高0.4個單位，顯著降低土壤提取態鎘含量和稻米中鎘的累積量。陳喆等[7]研究表明，水稻孕穗末期追施0.9 t/hm2的生石灰，并結合長期淹水，可使糙米鎘含量降低39%。因此，研究擬通過兩年的田間試驗，探討鎘污染酸性稻田改良過程中，石灰的最佳施用方式和適宜用量，為鎘污染酸性稻田實現安全生產提供實用技術。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于桃源縣青林鄉白洋河村，屬中亞熱帶季風氣候，年平均降雨量為1 437 mm，多年平均氣溫16.5℃；2013～2014年選擇特性基本一致的兩丘相連田塊分別開展晚稻試驗，其種植制度為稻—稻—冬閑；供試土壤為河潮泥，肥力中等偏上，土壤pH值為5.4，全鎘含量為0.31 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗共設置7個處理，以不施石灰為對照（CK）；設基施0.75 kg/小區（B1，相當于375 kg/hm2）、1.5 kg/小區（B2, 相當于750 kg/hm2）、2.25 kg/小區（B3,相當于1 125 kg/hm2），追施0.75 kg/小區（D1）、1.5 kg/小區（D2）和2.25 kg/小區（D3）。每個處理3次重復，隨機區組排列，小區面積為4 m×5 m=20 m2，各小區以覆蓋地膜的田埂進行分割，埂寬30 cm，高15 cm，實行單排單灌。其中，基施處理按照用量在翻耕前將生石灰均勻撒施到小區土壤表面，翻耕、耙勻；追施處理，將所需生石灰在孕穗末期均勻撒施。各小區除石灰施用量和施用方式不同外，其他化肥施用品種、施用量、施用方法、施用時間及各小區的田間管理按當地推薦的施肥方案和栽培技術進行。

1.3 樣品采集與分析

施石灰前以及水稻收獲后用不銹鋼土鉆采集各小區耕層土樣，經自然風干后分別過1 mm和0.15 mm尼龍篩，備用。水稻收獲時，各小區單打單曬，記錄小區稻谷產量，并采集稻谷樣品，稻谷用微型脫殼機分離出糙米，烘干后用不銹鋼粉粹機粉粹，備用。土壤全鎘含量采用王水-高氯酸消化，ICP-OES測定（Varian 720，美國），土壤pH值、速效磷采用常規分析法測定[8]。土壤有效態鎘采用DTPA（1︰2.5，W/V）浸提法，ICP-OES測定[6]。糙米樣品采用硝酸-高氯酸消化，ICP-OES測定[8]。

試驗數據采用Excel 2007與SPSS18軟件進行整理分析。

2 結果與分析

2.1 施用生石灰對稻谷產量的影響

由圖1可知，雖然各處理之間稻谷產量無顯著差異，但與對照相比，無論是基施還是追施生石灰，稻谷產量均有提高的趨勢。與對照相比，2013年基施生石灰375～1 125 kg/hm2，稻谷產量提高5.7%～9.0%；而追施等量生石灰的處理稻谷產量則提高2.8%～12.0%。有意思的是，除2013年基施方式外，稻谷產量均以石灰施用量為750 kg/hm2的處理最高，而不是施用量為1 125 kg/hm2的處理。劉瓊峰等[4]研究發現，酸性稻田基施生石灰后，稻谷產量從高到低排列依次為1 125 kg/hm2處理＞750 kg/hm2處理＞1 500 kg/hm2處理＞375 kg/hm2處理。由此可見，在酸性稻田，施用一定量的生石灰可以改善水稻的生長，提高稻谷產量，但生石灰的適宜施用量則應根據土壤條件確定，施用量過高可能在一定程度上會抑制水稻的生長發育，降低稻谷產量。

圖1 施用生石灰對稻谷產量的影響

2.2 施用生石灰對土壤pH值和有效態鎘含量的影響

土壤的酸堿度是衡量土壤質量的重要指標之一，它直接影響到土壤中各種化學反應和微生物的活性，也是影響土壤中鎘等重金屬元素屬性的重要因素[9]。由圖2可知，隨著生石灰用量的增加，土壤pH值逐漸升高，對照處理土壤pH值為5.57，基施生石灰375～1 125 kg/hm2后，土壤pH值提高了0.03～0.16個單位；而追施等量生石灰后土壤pH值也呈相似的變化趨勢，但其提高幅度（-0.01～0.07個單位）要小于基施方式。2014年的試驗結果與2013年的略有不同，基施生石灰375～1 125 kg/hm2后，土壤pH值提高了0.21～0.32個單位，而追施等量生石灰后，土壤pH值則提高了0.14～0.24個單位；在追施方式下，pH值增幅最大的是375 kg/hm2處理，而750 kg/hm2處理的增幅則最小。總體來看，土壤pH值的提升幅度隨石灰施用量的增加而增大，基施方式效果強于追施方式。周相玉等[10]也觀測到相似的效應。由此可見，施用生石灰是提升酸性水稻土pH值的有效措施。

圖2 施用生石灰對土壤pH值的影響

在酸性土壤上，隨著土壤pH值的提升，土壤中鎘的有效性通常會隨之降低。從圖3中可以看出，除基施375和1 125 kg/hm2生石灰處理外，其他處理的土壤有效態鎘含量比對照均有所降低；2014年的結果也呈相似的變化趨勢，但兩年的試驗結果均顯示處理間的差異未達顯著水平（P＞0.05）。這可能與該研究采用DTPA提取法來表示土壤有效態鎘含量有關。雖然DTPA提取法被我國列為土壤有效態鎘測定的標準方法（GB/T 23739—2009），但該方法最開始主要用于測定中性或偏堿性土壤中的有效態重金屬含量，由于其提取劑具有較強的緩沖能力，當其用于測定酸性土壤中有效態鎘含量時，除水溶性和交換態鎘外，部分碳酸鹽結合態和鐵錳氧化物結合態鎘也會被提取出來[11]。然而，施用生石灰后，土壤中鎘有效性的降低主要是由于有效性較高的水溶性和交換態鎘轉化為有效性相對較低的碳酸鹽結合態和鐵錳氧化物結合態鎘[12]，而這種變化難以通過DTPA提取的方法反映出來。

圖3 施用生石灰對土壤有效態鎘含量的影響

2.3 施用生石灰對糙米鎘含量的影響

從圖4可以看出，2013年，基施和追施375～1 125 kg/hm2的生石灰均能降低糙米鎘含量，降幅為7.7%～53.1%，其中以追施1 125 kg/hm2生石灰的處理（D3）降鎘效果最好，糙米鎘含量降至0.183 mg/kg，低于國家糧食衛生標準（0.2 mg/kg）。在2014年，與對照相比，基施375 kg/hm2生石灰的處理（B1）糙米鎘含量無明顯變化，而基施750 kg/hm2生石灰的處理（B2）則提高了28.8%，其他處理則不同程度降低了糙米鎘含量，其中B3、D2和D3這3個處理的糙米鎘含量分別降至0.167、0.147和0.183 mg/kg，均達到國家食品衛生標準的限值以內。從總體來看，無論基施還是追施，生石灰施用量為1 125 kg/hm2的處理降低糙米鎘含量效果較好，而追施方式的降鎘效果優于基施方式。朱奇宏等[8]的研究結果也顯示，基施750～2 250 kg/hm2的生石灰可有效降低糙米鎘含量，且其效果隨石灰施用量的增大而增強。由此可見，施用生石灰是一種簡便廉價的降低糙米鎘含量的技術措施，而在水稻孕穗末期追施1 125 kg/hm2的生石灰降鎘效果較好。

3 結 論

圖4 施用生石灰對糙米鎘含量的影響

通過2 a的田間小區試驗研究發現，在酸性鎘污染稻田，采用基施和追施375～1 125 kg/hm2生石灰的技術措施能夠明顯提高土壤pH值，在一定程度上改善水稻生長，提高稻谷產量，有效降低糙米中鎘含量。考慮到稻谷產量和降低稻米鎘含量的綜合效應，以孕穗末期追施1 125 kg/hm2的生石灰，降低糙米鎘含量的效果最佳，且有一定的增產作用，可推薦作為酸性鎘污染稻田的改良措施。

[1] 環境保護部，國土資源部. 全國土壤污染狀況調查公報[EB/OL]. http：//www.mlr.gov.cn/xwdt/jrxw/201404/t20140417_1312998.htm，2014-04-17.

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（責任編輯：成 平）

Effects of Lime Application on Cadmium Accumulation of Rice in Acidiccd-Confaminated Paddy Soils

LIU Da-e1，GUO Ming-xuan2，GAO Han-qing1，LIU Yong-jun1，ZHU Zhong-qiu3，QIN Li-qun1，OUYANG Jiang-nan1
（1. Taoyuan Agricultural Research Institute, Taoyuan 415700, PRC; 2. Agricultural Bureau of Taoyuan County, Taoyuan 415700, PRC; 3. Agricultural Technology Extension and Service Station of Qihe Town, Taoyuan 415710, PRC）

To investigate the application methods and rates of lime on rice grain yield and content of Cd in brown rice, feld experiments were conducted in acidic Cd-contaminated paddy soils in 2013 and 2014. The lime was applied using basal application and dressing application at rates of 375, 750 and 1 125 kg/hm2. The results indicated that application of lime increased the rice grain yield by 20 to 760 kg/hm2. Soil pH was signifcantly increase by lime application, reaching the largest value of 0.3. And the content of Cd in brown rice reduced by the application of lime. Moreover, the reduce effect was better in dressing application than in basal application. In two years, the content of Cd in brown rice in dressing application of lime at 1 125 kg/hm2treatment was lower than National Food & Health Standard limit (0.2 mg/kg). In conclusion, the dressing application of lime at 1 125 kg/hm2during last booting stage could be recommended for acidic Cd-contaminated paddy soil.

lime; Cd pollution; rice; acid soil; basal application; dressing application

book=24,ebook=32

S156.99

A

1006-060X（2016）12-0024-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.012.008

2016-09-14

中央財政農業技術推廣與服務補助資金項目（湘財農指[2013]184號）

劉大鍔（1963-），男，湖南桃源縣人，研究員，主要從事農業技術推廣與農業科研管理工作。