改良措施對稻田土壤和水稻鎘累積的相關影響探析

閆全輝

摘要：為研究稻草移除、還田、截斷大氣沉降、清潔水灌溉以及石灰調控等路徑對土壤和水稻鎘積累的影響，近些年在各地選擇典型鎘污染稻田實施田間小區綜合實驗。從結論上看，各種處理對土壤中鎘總含量沒有顯著影響。石灰調控下土壤pH平均提升了0.87個百分點，土壤中有效態鎘含量均降低了33.7%，水稻根、莖葉和糙米鎘累計量分別降低了47.9%、46.7%以及54.8%，水稻根、莖葉和糙米鎘富集系數均明顯低于對比，清潔水灌溉和截斷大氣沉降對土壤pH的影響整個呈現出上升勢頭，分別上升了0.44和0.49個百分點，土壤有效鎘含量分別降低了18.2%以及14.5%，水稻根、莖葉以及糙米鎘累積量比對照分別降低了32.6%、24.2%、18.0%和17.6%、11.3%、25.4%。不過，稻草還田對晚稻土壤pH影響情況不顯著，但是土壤中有效態鎘含量上升6.1%，水稻植株鎘累積量同樣整體有顯著上升趨勢。

關鍵詞：稻田土壤；水稻鎘累積；田間試驗

農田生態系統是一種人工干預下的半自然陸地生態系統，伴隨著城市化與工業化過程迅速發展，重金屬污染物可以經過各種途徑不斷輸入農田生態系統，嚴重威脅農產品質量安全問題，農田土壤重金屬污染已經成為所關注的首要問題之一。據了解，我國大概約2.0×107 hm2 耕地遭受了重金屬污染，其中受鎘污染的農田面積達2. 8×105 hm2，每年產鎘含量超標農產品達14. 6×105 t，農田土壤重金屬污染形勢嚴峻，我國南方區域更加受長年礦冶以及其他相關工業活動影響的地區，稻田土壤鎘污染問題尤為嚴重。根據前期掌握的農田系統鎘污染特點和可能污染路徑等狀況，選擇湖南地區典型農田，在處于設計不同污染控制和改良措施條件下進行長期田間試驗，以期為稻田土壤鎘污染控制以及治理水稻中鎘污染治理與監管提供科學合理依據。

1.材料與方法

1.1區域概況

長株潭地區是湖南省經濟發展和城市化的中心區域，經濟總量占全省33.75%，屬于中亞熱帶東部濕潤季風氣候區，四季分明，熱量充沛，每年平均氣溫16°至18°，每年平均降水量達到1200mm至1450mm。地域主要地勢屬湘江下游河谷和丘陵帶，成土母質主要為第四紀紅土，稻田土壤基本呈酸性，土壤肥沃適合耕種。該地區水稻耕作規律分為兩季，早稻周期一般為4月中旬至7月中旬，晚稻周期基本處在7月下旬至10月中旬。

1.2試驗設計

近期分別在湘潭地區、株洲地區、醴陵地區選擇典型稻田展開田間研究試驗，分別每個試點放置5個處理分別為稻草去除、清潔水灌溉、截斷大氣沉降和石灰調控，每個處理階段都需要重復3次，總共15次處理。大約每個小區面積為5mx6m=30m2聚乙烯加厚塑料膜讓小區田埂保護來消除各區之間干擾，稻草去除以及稻草還田就是在水稻成熟收獲時期讓該微區收獲水稻秸稈全都去除和還田，稻草還田需要在早稻收獲后期間進行，灌溉使用當地水源作為清潔水用于灌溉，然后在與自然灌溉水形成對比。而截斷大氣沉降則是在小區采用透明膠板作頂以及細紗網作圍墻建成簡易棚，高為3.5m，隔離成為無大氣沉降區，石灰投加量約0.15kg·m-2，每個小區大概4.5kg，小區翻耕后再施放在田中，注意要一周后再插秧。田間試驗過程中，復合肥按照0.11kg·m-2比例施加，3個基地早稻種植品種都是來自淦鑫203，湘潭、醴陵以及株洲晚稻種植品種分別是H優159、金優498以及天優華占。于4月至10月進行田間試驗，湘潭試驗點耕層土壤鎘平均含量為1.01mg·kg-1，平均土壤PH值維持在5.13，醴陵試驗點耕層土壤鎘平均含量為1.48mg·kg-1，平均土壤PH值為5.12，株洲耕層土壤鎘平均含量為4.23mg·kg-1平均土壤PH值維持在6.21。

2.結果和結論

控源和改良措施對土壤PH和土壤鎘含量的影響，分別針對3個試驗點水稻成熟期對土壤樣品進行分析，得出結論顯示，石灰調控措施對稻田土壤PH和有效態鎘均有明顯影響、石灰調控后2個稻季土壤PH平均提高16%，即0.87個單位，土壤里鎘含量有效態降低了33.7%。相關研究數據顯示，石灰處理的弱酸性稻田土壤從播種前再到灌漿期PH提升了約15%，土壤有效鎘明顯降低，石灰處理后土壤鎘的形態分析證明土壤中的弱酸可提取態和可以還原生態比例降低，殘渣態比例增加，變化幅度大概在 20% 左右[19，24]. 其原因：石灰施用增強土壤膠體表面負電荷，對重金屬離子的附著能力增強；另一方面土壤 pH 提高使 鐵、錳離子形成的羥基化合物為重金屬提供更多的附著力，從而導致土壤中鎘活性降低。清潔水灌溉和截斷大氣沉降對土壤pH的影響整體呈現上升勢頭，分別上升了0. 44 和0. 49 個百分點，但土壤有效鎘均降低18. 2% 和 14. 5%、田間試驗清潔水是使用的當地用水，水pH為6. 65至7. 34 高于當地土壤pH為4. 91至 5. 75和雨水pH 4. 04至6. 84，鎘質量濃度為0. 015至0. 027μg·L - 1，低于當地灌溉水 Cd 質量濃度0. 28 至1. 98μg·L- 1和雨水 Cd 質量濃度0. 14至7. 67 μg·L- 1，低于農田灌溉水水質標準值 10 μg·L- 1，有助于降低灌溉水對土壤鎘輸入；截斷大氣沉降區水稻生物量與對照區沒有顯著區別，顯示該處理條件下水稻生長沒有受到明顯影響。稻草還田對早稻、晚稻土壤 pH 影響不明顯，但土壤中有效態鎘含量上漲6. 1%，相反而言稻草移除有利于土壤有效態鎘含量的降低。研究顯示鎘污染稻草可以提高土壤溶解性有機碳的含量，促進了土壤鎘 的有效性。所有稻草還田促進土壤中有效態鎘含量略微上升可能是因為稻草還田促進了土壤鎘的溶出。

3.結束語

（1）石灰調控措施對提升稻田土壤pH和降低土壤中有效態鎘含量均有明顯效果，水稻各部分鎘含量及富集系數也均有明顯下降趨勢。

（2）清潔水灌溉和截斷大氣沉降對土壤 pH 的影響整體呈上升趨勢，而土壤中有效鎘含量均呈降低趨勢，水稻各部分鎘積累量和富集系數均比對照降低，即兩種處理均能降低鎘從土壤到水稻的遷移性。

參考文獻

[1]封文利，郭朝暉，史磊，等.控源及改良措施對稻田土壤和水稻鎘累積的影響[J].環境科學，2018，39（1）：399-405.

[2]陳喆，鐵柏清，劉孝利，等.改良-農藝綜合措施對水稻吸收積累鎘的影響[J].農業環境科學學報，2013，32（7）：1302-1308.

（作者單位：廣西桂林全州縣龍水鎮農業技術推廣站）