水稻品種及典型土壤改良措施對稻米吸收鎘的影響

[摘要]一直以來，水稻鎘污染是影響我國目前農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的重要因素之一。本文對我國南方水稻地區(qū)的鎘污染特性進(jìn)行了“鎘大米”的相關(guān)治理技術(shù)研究，結(jié)果表明，當(dāng)?shù)刂饕苑N的水稻品種的鎘含量平均值分別是0.127mg/kg和0.167mg/kg，其余品種僅占20%。加強(qiáng)對礦物肥以及石灰的處理工作可以有效降低稻米中的鎘含量，降幅為20%～30%;對照稻米中的硅肥葉面肥、生物炭以及覆膜，其范圍降低了80%左右;采用葉面肥和追肥配合施用以及硅肥葉面肥單獨(dú)施用的方法，可以有效降低稻米中的鎘含量。根據(jù)“BCR”分析法，實(shí)驗(yàn)農(nóng)田中的鎘弱酸能夠提取的比例非常高，而且大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)樣品都可以達(dá)到55%以上。鑒于此，土壤中的pH值與鎘含量是改良典型水稻土壤的關(guān)鍵因素。

[關(guān)鍵詞]水稻品種;典型土壤;鎘大米

中圖分類號：S511? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20190513

典型土壤中的改良措施主要是利用鎘低積累品種以及土壤改良劑融合使用，是我國當(dāng)前階段解決“鎘大米”的主要手段之一。最新的研究結(jié)果表明，稻米籽粒中大約有60%的隔來源于花期前植株長期累積的鎘，另外40%的源于水稻在自成熟期間的吸收。考慮到稻米對于鎘的吸收主要是受到土壤鎘的總量、水稻品種、農(nóng)業(yè)水肥管理措施以及有效態(tài)含量等多種因素的影響，不同品種的水稻對鎘的吸收也具有差異。本文首先從具體材料以及措施入手，對不同品種水稻進(jìn)行對比，從中得出有效的分析結(jié)果[1-2]。

1? 材料與方法

1.1? 樣品采集

首先，采用隨機(jī)抽取的方式篩選主要的水稻栽種品種，本文主要是以湖南省株洲市攸縣的大同橋鎮(zhèn)以及網(wǎng)嶺鎮(zhèn)為主要栽種區(qū)域作為實(shí)驗(yàn)案例。在當(dāng)?shù)胤謩e采集了5個村落、近18戶農(nóng)家的水稻樣品，主要的水稻栽種品種分別是株兩優(yōu)06、湘旱秈24號、陵兩優(yōu)4024、珍山一號等。同時，涉及調(diào)查區(qū)域的水稻典型土壤中的鎘含量為0.100～0.304 mg/kg，具體的土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)在0.3 mg/kg以內(nèi)。水稻田土壤降鎘措施與處理見表1。

讓每一個試驗(yàn)組之間的試驗(yàn)農(nóng)田連接成整片，將每個組級之間的面積劃分為0.27 hm2，然后利用田埂包塑料薄膜將不同的試驗(yàn)田塊進(jìn)行不同的處理，在每一個片區(qū)之間的同一處理不進(jìn)行分區(qū)，而且僅在采樣的時候分成3個區(qū)域。各個區(qū)域之間的表層以及稻米（0～10 cm）的土壤樣品利用“5點(diǎn)混合法”來進(jìn)行處理。同時，所有水稻處理品種的試驗(yàn)田表層土壤（0～10 cm）的鎘平均量約在0.479 mg/kg。根據(jù)相關(guān)的土壤調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行土壤鎘污染的分級劃分。其中實(shí)驗(yàn)典型土壤的為電導(dǎo)率為84.3 μS/cm，平均pH值為6.06，砂粒含量為1.32%，土壤黏粒含量為74.1%[3-4]。

1.2? 試驗(yàn)方案

1.2.1? 石灰試驗(yàn)方案

（1）本次試驗(yàn)采用的石灰種類為生石灰。（2）需要施用的具體時間范圍：為了確保犁田（打田）時混合能夠保持均勻，必須在翻耕土壤前施入，同時要在插秧前的10～15 d施入。（3）需要的施用量為150 kg/hm2。（4）主要運(yùn)用的措施為“均勻撒播”。（5）化肥管理、試驗(yàn)農(nóng)藥以及其他水分等皆依據(jù)常規(guī)水稻栽培手法進(jìn)行。

1.2.2? 生物炭試驗(yàn)方案

（1）具體的生物炭種類為水稻秸稈生物炭，要將煅燒的溫度控制在400～450 ℃。（2）具體的施用時間要在翻耕土壤前展開，要保證犁田的均勻，插秧前10～15 d內(nèi)施入為最佳時機(jī)。（3）需要的施用量為1 000 kg/hm2。（4）主要采取“均勻撒播”的方式進(jìn)行。（5）化肥管理、試驗(yàn)農(nóng)藥以及其他水分等皆同樣依據(jù)常規(guī)水稻栽培手法進(jìn)行[5-6]。

1.2.3? 礦物肥試驗(yàn)方案

（1）礦物肥為“多元素微孔礦物肥”，是一種富含天然鉀硅酸鹽的巖石，在生石灰200℃的水溫條件之下形成，主要的元素包括鎂、硼、鈉、錳、鉀、硅、鈣、鐵等（具體的礦物肥由中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所提供）。（2）具體的底肥施用。（3）施用量為1 200 kg/hm2。（4）主要施用措施：利用有機(jī)肥或者復(fù)合肥進(jìn)行混勻撒施。（5）化肥管理、試驗(yàn)農(nóng)藥以及其他水分等皆同樣依據(jù)常規(guī)水稻栽培手法進(jìn)行[7]。

1.2.4? 覆膜技術(shù)

（1）試驗(yàn)采用的膜規(guī)格：5～7 μm厚，1.7 m寬，顏色為黑色。（2）涉及的農(nóng)田整地方式采用常規(guī)耕地的方式進(jìn)行。（3）施底肥要在施入時一次施足，后期不再進(jìn)行施肥操作，試驗(yàn)農(nóng)田的P肥[過磷酸鈣，Ca（H2PO4）2含量44%]含量控制在11.5 kg/hm2，K肥（95%的KCl）為75 kg/hm2，N肥（尿素23%）為345 kg/hm2，同時可以適當(dāng)?shù)厥┯糜袡C(jī)肥。（4）起溝處理：深約20 cm，溝寬10～15 cm，廂面寬為1.5 m。（5）打孔處理：水稻秧苗間距必須依據(jù)實(shí)際的品種來裁定，栽培方式與常規(guī)手段保持一致。（6）催芽階段：采用傳統(tǒng)的育秧、催芽方式進(jìn)行。（7）插秧處理：每穴移栽2株苗，秧齡30 d左右，在進(jìn)行插秧操作時必須保持廂面能夠完全露出水面。（8）化肥管理、試驗(yàn)農(nóng)藥以及其他水分等皆依據(jù)常規(guī)水稻覆膜手法進(jìn)行[8]。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同水稻品種的鎘含量比對

實(shí)驗(yàn)區(qū)域主要采集了4個主要水稻栽種品種，分別是陵兩優(yōu)4024、株兩優(yōu)06、中早39、湘早秈24號，分析了當(dāng)中稻米的鎘含量。其中湘早秈24號、陵兩優(yōu)4024以及中早39一共采集了6個樣品，鎘含量為0.632～0.804 mg/kg。結(jié)果顯示，所有采集樣品的鎘含量都超出了國家稻米標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.2 mg/kg，超出的平均值為0.759 mg/kg。同時，在株兩優(yōu)06中一共采取了4個樣品，當(dāng)中僅有1個樣品的含量是0.305 mg/kg，超出了國家稻米標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.2 mg/kg，其余試驗(yàn)樣品的鎘含量為0.075～0.155 mg/kg，平均鎘含量為0.162 mg/kg，大約只有20%的品種在國家稻米標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的0.2 mg/kg范圍之內(nèi)。

2.2? 各種處理過的土壤中稻米樣品鎘含量

具體的試驗(yàn)土壤經(jīng)過礦物肥、鈍化劑石灰、生物炭處理之后，對應(yīng)的稻米鎘含量為0.118 mg/kg，表明經(jīng)過礦物肥及石灰處理之后稻米的鎘含量已得到改善，其中鎘含量的平均值分別是0.041 mg/kg與0.032 mg/kg，降幅范圍為20%～30%。同時，與之前的數(shù)據(jù)相比，反向生物炭對于鎘的隔離效用并不是非常明顯，產(chǎn)生的數(shù)值是0.152 mg/kg，生物炭與石灰配合使用的為0.043 mg/kg。經(jīng)過科學(xué)的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)每一個處理手段都沒有對稻米中的鎘含量產(chǎn)生明顯的影響。現(xiàn)階段我國關(guān)于生物炭施用效果的報道比較少，對離子帶電荷特性增加以及生物炭多空表面對于土壤鎘離子的吸附性依舊缺乏相應(yīng)的針對性研究[9]。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)中稻米鎘含量為0.305 mg/kg，其中葉面肥處理、葉面硅肥及土壤硅肥的處理手段可以明顯地降低稻米中的鎘含量，分別降低0.001 mg/kg、0.076 mg/kg。對比單獨(dú)利用土壤追施硅肥降鎘的效果，可以發(fā)現(xiàn)實(shí)際的差別并不是非常明顯，具體數(shù)據(jù)為0.313 mg/kg。對比經(jīng)過葉面硅肥處理之后的稻米鎘含量，可發(fā)現(xiàn)其效果還是不如土壤追加硅肥，由于葉片中的硅會阻礙水稻莖部的鎘向葉片中轉(zhuǎn)運(yùn)，導(dǎo)致具體的鎘直流在莖葉部位，可以有效改變根細(xì)胞中的鎘分布，減少鎘在根部細(xì)胞中的含量[10]。

3? 結(jié)? 論

（1）對于土壤鈍化劑的處理，可以從總體上減少稻米對鎘的吸收量，其中礦物肥以及石灰的處理手段可以將鎘濃度降低70%～80%。

（2）典型水稻土壤中鎘的有效性特別高，所有對照與處理之后的土壤弱酸的提取率在50%以上，采用石灰處理的手段可有效降低土壤中鎘含量，還可提高殘渣比例，具體的變化幅度約為20%。

（3）本次選用的試驗(yàn)農(nóng)田土壤pH值在5.8～6.8，二期土壤中鎘含量大部分在0.3～0.6 mg/kg，具體的土壤pH值及稻米鎘含量與土壤鎘含量并沒有呈現(xiàn)出明顯的線性關(guān)聯(lián)。不過經(jīng)過試驗(yàn)分析，實(shí)際上pH值是影響稻田土壤中的鎘含量的重要因素之一。

參考文獻(xiàn)

[1]冉洪珍，郭朝暉，肖細(xì)元，等.改良劑連續(xù)施用對農(nóng)田水稻Cd吸收的影響[J].中國環(huán)境科學(xué)，2019（3）：1117-1123.

[2]匡家蘭.水稻品種集中展示試驗(yàn)研究[J].江西農(nóng)業(yè)，2018（24）：11-13.

[3]金華，魏祥東，鄒慧玲，等.土壤改良劑對鎘向水稻中遷移轉(zhuǎn)運(yùn)的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018（31）：53-55+76.

[4]陳楠，張昊，楊慧敏，等.土壤pH對土壤鎘形態(tài)及稻米鎘積累的影響[J].湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2018（2）：176-182+209.

[5]郭健，姚云，趙小旭，等.糧食中重金屬鉛離子、鎘離子的污染現(xiàn)狀及對人體的危害[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2018（3）：33-35+85.

[6]劉旸，易翠平.稻米中鎘的分布規(guī)律及降鎘方法研究進(jìn)展[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2018（1）：110-113.

[7]趙夢霖.土壤和葉面調(diào)控措施緩解黃紅壤稻田鎘污染的效果研究[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017.

[8]崔靜雅.我國典型茶園土壤硝化特征及其N2O和NO排放規(guī)律[D].南京：南京師范大學(xué)，2017.

[9]黃旭，唐拴虎，楊少海，等.酸性硫酸鹽土壤改良對不同品種水稻生育性狀的影響[J].中國土壤與肥料，2015（6）：48-56.

[10]王美娥，彭馳，陳衛(wèi)平.水稻品種及典型土壤改良措施對稻米吸收鎘的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2015（11）：4283-4290.

收稿日期：2019-04-02

作者簡介：王謨東，男，大專，助理農(nóng)藝師，研究方向?yàn)檗r(nóng)作物信息技術(shù)。