土壤改良材料對黔中地區水稻Cd累積量的影響初探

羅沐欣鍵，柴冠群，楊嬌嬌，張邦喜，秦 松，范成五

(貴州省農業科學院土壤肥料研究所，貴州貴陽 550092)

近年來，隨著我國城市化和工業化的快速發展，土壤重金屬污染情況日益嚴重，已成為我國面臨的突出環境問題。各種工業廢棄物、生活廢棄物、化肥農藥等都是土壤重金屬污染的潛在來源。重金屬污染危害很大，不僅會導致作物產量降低，而且能在作物中累積，通過食物鏈的傳遞作用危害人類健康。如1955年引起世界轟動的日本骨痛病公害事件，其主要原因就是重金屬Cd超標引起的水和食物污染。宋春然等對貴州省農業土壤中Cd、Hg、Pb、Cr及類金屬As進行檢測，結果顯示各項元素含量分別為：Cd 0.342 mg·kg-1、Hg 0.201 mg·kg-1、As 17.5 mg·kg-1、Pb 45.0 mg·kg-1、Cr 48.2 mg·kg-1，揭示了貴州省農業土壤主要遭受Cd和Hg污染[1]。

化學鈍化是一種既經濟又高效的土壤重金屬污染治理技術[2]。通過向土壤中加入一種或多種改良材料，也稱土壤改良劑，使其與土壤中的污染物質發生一系列反應，從而減少植物對重金屬的吸收量，以達到修復效果。常見的改良材料類型有生物炭、堿性物質和含磷物質等。周金波等發現施用不同種類的生物炭均可顯著降低青菜地上部分及根部Cd含量[3]。高云華等發現施用生石灰可顯著降低稻谷中Cd的含量[4]。賈倩等通過盆栽試驗研究了硅鈣肥的施用對Cd污染土壤上水稻生長及其吸收累積Cd的影響，結果表明，施用硅鈣肥增加了51.9%的水稻產量，同時水稻莖稈、籽粒Cd濃度呈下降趨勢[5]。林匡飛等通過水稻小區和大區對比試驗發現，鈣鎂磷肥和硅肥混合施用可以顯著提高水稻植株的經濟性狀和產量，增強其抗逆抗病蟲害能力，有效降低糙米Cd含量[6]。

水稻是我國主要的糧食作物，其本身對Cd具有較強的吸收累積能力。貴州省中部地區土壤整體偏酸，水稻存在不小的Cd污染風險。本次研究擬將5種常見的土壤改良材料進行搭配試驗，以期為黔中地區水稻安全生產工作提供一個可供參考的解決方案。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗開展地點在貴州省開陽縣禾豐鄉典寨村新寨村民組府門口，經緯度為東經106.916 56°，北緯26.937 296°，海拔896.9 m。試驗區域地勢平坦，周圍無建設物、樹林等遮蔭物，試驗地單個小區面積不少于20 m2。

1.2 試驗材料

1.2.1 土壤改良材料

申祗肥、鈣鎂磷肥、生石灰、生物炭(玉米)、硅鈣肥。

1.2.2 復合肥

氮、磷、鉀比例為15∶15∶15的常規肥料。

1.2.3 供試作物

供試水稻品種為“安優282”。

1.3 試驗設計

本試驗起始時間為2018年5月。選用5種不同類型的土壤改良材料，設置6個試驗處理，每個處理3次重復，具體見表1。稻田整地前，將改良材料與基肥混合均勻后撒施全田，經耕耙整地使添加物與耕作層土壤混合均勻后方可灌水。

表1 試驗處理設置

1.4 樣品采集

1.4.1 籽粒采集

待水稻成熟后，采集1 kg籽粒，將其洗凈去雜并挑去不完整粒，隨后稱重烘干，待烘干后再次稱重，其后用磨樣機磨碎，使之過100目篩后儲于自封袋中，貼上標簽備用。

1.4.2 土壤樣品采集

采取0～20 cm的耕作層土壤，將采回的土樣置于室內風干。樣品風干后，揀去動植物殘體和石塊，用磨土機研磨細，使之過100目篩后儲于自封袋中，貼上標簽備用。

1.5 分析方法

本次試驗使用ICP-MS檢測水稻籽粒Cd含量，用pH測量儀測取土壤pH數據。水稻籽粒消解方法為：稱取水稻籽粒0.5 g于微波消解罐中，加入HNO35.0 mL、H2O21.0 mL，放置5 min，在設定的微波工作條件下消解，完成后用去離子水轉移消解液于50 mL容量瓶中定容。

1.6 質量控制

為確保實驗方法的可靠性和數據結果的準確性，每個樣品設置1個平行樣，同時設置空白樣及加標樣，并保證測定回收率為80%～120%。

1.7 數據統計與分析

采用Excel 2016進行數據統計分析，用Origin 9.0進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 改良材料對土壤pH的影響

如表2所示，不同改良材料對土壤pH會產生較大差異性影響。對比處理1及處理3可知，在僅施復合肥的基礎上增加生物炭的施用不會改變土壤pH值，都為5.4。由處理2、4、5、6可以看出增施其他肥料及生石灰可有效提高土壤pH值。處理2對應的土壤pH值為6.3，大于處理4的土壤pH(5.9)，說明比起硅鈣肥，鈣鎂磷肥搭配復合肥和生石灰在改善土壤酸性問題時效果更加顯著。

表2 不同處理下土壤pH的變化

2.2 改良材料對水稻籽粒Cd含量的影響

由表3可知，水稻籽粒受不同改良材料的影響較大，其Cd含量范圍為0.08～0.15 mg·kg-1，6個處理下的水稻籽粒均未出現Cd含量超標情況(對應食品安全限量值為0.2 mg·kg-1)。施用適合的肥料除了可為水稻生長供給營養，還能在一定程度上抑制水稻對重金屬的吸收。已有報道稱，硅鈣肥可在增加水稻產量的同時抑制其吸收累積Cd[5]。另外，改良材料增加了土壤pH，意味著土壤中Cd的活性也會降低?？梢钥闯觯瑥秃戏?、鈣鎂磷肥及生石灰組成的改良材料(處理2)極大地降低了水稻對土壤Cd的吸收效果，其籽粒Cd含量僅為0.08 mg·kg-1，較僅施復合肥(處理1)的水稻籽粒Cd含量降低了47%。

表3 不同處理下水稻籽粒Cd含量

3 結論

本次研究通過田間試驗探究了5種常見土壤改良材料(申祗肥、鈣鎂磷肥、生石灰、生物炭(玉米)、硅鈣肥)與常規肥料的復合搭配對黔中地區水稻栽植土壤pH及水稻籽粒Cd累積量的影響，得出如下結論：

1)除開生物炭(玉米)，其他改良材料均可增加土壤pH。其中，鈣鎂磷肥搭配復合肥和生石灰效果最好，對土壤pH的提升最大。

2)受各類改良材料影響，水稻對Cd的吸收量均呈現出不同程度的減少。其中，復合肥、鈣鎂磷肥及生石灰的組合極大程度降低了水稻籽粒Cd累積量，說明其可作為土壤改良劑在進一步驗證后推廣應用。