硒肥與鈍化材料組配對土壤Cd鈍化及稻米Cd消減效果

柴冠群，劉桂華，羅沐欣鍵，秦 松，范成五

（貴州省農業科學院土壤肥料研究所，貴陽 550006）

0 引言

耕地土壤和農產品重金屬污染是中國農業生產上不可忽視的環境問題，中國耕地土壤點位超標率達19.4%，污染類型以無機型為主，尤以鎘污染最為嚴重，點位超標率達7%[1]。據統計，中國每年因重金屬污染導致糧食減產高達1000萬t，污染糧食多達1200萬t，造成經濟損失至少200億元[2]，其中“鎘米”食品安全問題最為突出。水稻是中國第一大糧食作物，也是對鎘吸收最強的大宗谷類作物[3]，通過進食鎘污染稻米而產生的長期低劑量暴露，將會威脅食用人群健康[4]。

土壤鎘是水稻吸收鎘的主要來源[5]，水稻吸收土壤鎘與土壤中有效鎘含量相關，而土壤有效鎘受pH、有機質及陽離子交換量等影響[6]。向土壤中施用堿性材料、粘土礦物等鈍化藥劑，調控土壤pH、有機質及陽離子交換量等，降低土壤鎘有效態含量[8-9]，是目前鎘污染耕地安全利用的措施之一。施用硒等重金屬拮抗元素阻隔稻米對鎘的吸收，也是目前消減稻米鎘含量的有效措施之一[6,10]。有研究表明，在植物體內，硒雖然不是作物生長必需的營養元素，但其有助于促進作物生長發育，提高作物對逆境脅迫的抵抗能力[11-12]，并且與鎘等重金屬元素具有一定的拮抗作用，可減少鎘等重金屬在稻米中的積累,但不同用量的硒肥對不同品種的水稻作用效果存在差異[13]，并且也鮮見關于硒肥施用方式對稻米鎘消減效果比較的相關報道。

在鎘污染較為嚴重的稻田，要使稻米鎘含量符合《食品安全國家標準食品中污染物限量》(GB 2762—2017)，往往單一技術難以達到要求，而聯合修復技術更受青睞[6-7]。本研究采用盆栽試驗方法，選用鈣鎂磷肥（堿性）、硅藻土（粘土礦物）、硒肥（拮抗元素）3種材料按一定比例進行組配，研究其不同用量及硒肥施用方式對鎘污染酸性稻田土壤修復與安全利用的影響，以期為保障當地稻米安全生產和鎘污染稻田土壤的修復治理提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自貴陽市某郊區的稻田耕作土壤，其基本理化性質見表1。供試水稻品種為采自貴州省水稻研究所育苗基地的‘F優498’。該試驗的鈣鎂磷肥與硅藻土分別購置于貴州省農業科學院農資店與河北鑫旭礦產品有限公司，其Cd含量分別為0.008、0.012 mg/kg，硒肥采用分析純亞硒酸鈉進行配制，其Cd含量未檢出。

表1 土壤基本理化性質

1.2 試驗設計

本試驗將鈣鎂磷肥（堿性）、硅藻土（粘土礦物）、硒肥（拮抗元素）3種材料按比例(700:300:1)進行組配，研究其不同用量對中度鎘污染酸性稻田土壤修復與安全利用的影響。該試驗共設置11個處理，每個處理5盆作為重復，每盆土壤重量為20 kg，每個處理鈣鎂磷肥、硅藻土、硒肥用量及硒肥施用方式見表2。試驗在貴州省土壤肥料研究所溫室大棚，于2019年5月—10月進行。

表2 各處理材料添加量與施用方式

1.3 樣品采集與分析方法

1.3.1 樣品采集與制備

（1）稻米樣品采集與制備。水稻完全成熟后，用不銹鋼剪刀采集稻穗，用去離子水清洗，并用吸水紙吸干，放入105℃烘箱殺青30 min，65℃烘干至恒重，用小型脫粒機脫粒，并研磨過60目尼龍篩，保存備用。

（2）土壤樣品采集與制備。采集稻穗的同時，采集土壤樣品約1 kg，將其均勻鋪在清潔的牛皮紙上，自然風干。風干后的土壤磨細分別過10目與100目尼龍篩，保存備用。

1.3.2 分析方法

（1）土壤指標檢測。pH采用電位法，有機質采用重鉻酸鉀外加熱法，堿解氮采用堿解擴散法，有效磷采用Olsen法，速效鉀采用NH4OAc浸提，火焰光度法測定，CEC采用乙酸銨交換法[14]。

（2）稻米與土壤Cd含量檢測。稻米樣品采用混合酸(HNO3:HClO4=4:1)濕法消解，稀HCl定容；土壤樣品采用HNO3-HClO4-HF-HCl消解，稀HCl定容；土壤有效Cd用DTPA溶液浸提，采用電感耦合等離子體質譜儀測定Cd含量[15]。所有試驗用品均經稀酸浸泡，減少器皿對重金屬的吸附，試驗用水均為去離子超純水。同時檢測3個空白樣品和標準物質（GBW07403和GBW10014）控制試驗準確度。

1.4 數據分析

數據處理、分析和制圖采用軟件SPSS20.0與Sigmaplot12.5。

2 結果與分析

2.1 不同處理對稻米產量的影響

從圖1可知，與對照(CK)相比，基施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理與葉面噴施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理均能夠增加稻米產量，且隨著施用量的增加，稻米產量增加；整體比較兩種硒肥施用方式稻米平均產量差異可知，基施硒肥略高于葉面噴施硒肥，產量差為2.115 g/pot，T3，T4，T5 稻米產量差異不顯著，與對照(CK)相比，基施0.28%鈣鎂磷肥+0.12%硅藻土+0.004‰硒(T3)能夠提高1.68倍的稻米產量。

圖1 不同處理對稻米產量的影響

2.2 不同處理對土壤理化性質的影響

從圖2(A)可知，與對照(CK)相比，基施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理與葉面噴施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理均提高土壤pH，且隨著施用量的增加，pH升高；整體比較兩種硒肥施用方式土壤pH差異可知，基施硒肥與葉面噴施硒肥處理，土壤pH無差異。從圖2(B)、(C)可知，與對照(CK)相比，基施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理與葉面噴施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理對土壤有機質與CEC影響較小。因此推測，硒肥施用方式對土壤pH、有機質、CEC影響不大。從圖2(D)可知，基施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理與葉面噴施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理均能降低土壤有效Cd，且隨著施用量的增加，土壤有效Cd減少；整體比較兩種硒肥施用方式土壤有效Cd差異可知，基施硒肥處理土壤有效Cd含量略低于葉面噴施硒肥處理，T3、T4、T5對土壤Cd的鈍化效果差異不顯著，綜合考慮，基施0.28%鈣鎂磷肥+0.12%硅藻土+0.004‰硒(T3)對土壤Cd的鈍化效果較佳。

圖2 不同處理對土壤屬性的影響

2.3 不同處理對稻米Cd含量的影響

從圖3可知，與對照(CK)相比，基施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理與葉面噴施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理均能降低稻米Cd含量，且隨著施用量的增加，稻米Cd含量降低；整體比較兩種硒肥施用方式稻米Cd含量差異可知，基施硒肥處理對稻米Cd的消減程度強于葉面噴施硒肥處理，相差0.021 mg/kg。比較不同處理稻米Cd含量可知，T3、T4、T5稻米Cd差異不顯著，且遠低于其他處理，與對照(CK)相比，基施0.28%鈣鎂磷肥+0.12%硅藻土+0.004‰硒(T3)處理稻米Cd降低0.063 mg/kg。

圖3 不同處理對稻米Cd含量的影響

3 結論

整體來看，基施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理與葉面噴施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理對土壤pH、有機質、CEC差異不大，均可增加稻米產量，鈍化土壤有效鎘，消減稻米鎘含量；基施硒肥的水稻產量略高于葉面噴施硒肥，產量差為2.115 g/pot，基施硒肥處理對稻米Cd的消減程度強于葉面噴施硒肥處理，相差達0.021 mg/kg。可見，硒對調控稻米鎘累積具有重要作用，且基施硒肥強于葉面噴施。綜合考慮，基施0.28%鈣鎂磷肥+0.12%硅藻土+0.004‰硒效果最佳。

4 討論

楊建軍等[16]研究發現基施硒肥與葉面噴施硒肥對水稻產量差異不顯著，陳雪等[17]通過土壤和葉面施用亞硒酸鈉對水稻生物量、產量及收獲指數均無顯著影響，而本研究中基施硒肥略高于葉面噴施硒肥，這可能是基施硒肥與鈣鎂磷肥和硅藻土互作的結果，有研究發現，在酸性土壤中亞硒酸鹽主要通過根中的磷酸鹽運載體吸收[18]，并且pH影響土壤中硒的賦存形態，進而影響植物對硒的利用度[19]，施入鈣鎂磷肥與硅藻土，會增加土壤磷酸根，并提升土壤pH，從而影響Se的吸收，導致水稻增產。

農作物對土壤元素的吸收程度，不僅取決于土壤中元素的含量，也會受到土壤中其他組份及理化性質（如pH、有機質、CEC等）的影響[20]。土壤pH升高可以改變土壤膠體顆粒表面可變電荷性質，增加土壤膠體表面吸附位點，利于土壤膠體對鎘的吸附，同時，有利于OH-、CO32-與Cd2+形成氫氧化物或碳酸鹽沉淀，從而降低土壤鎘活性[21]。鈣鎂磷肥為堿性肥料，有研究指出，向土壤中添加堿性物質可以降低鎘的活性，此外，鈣鎂磷肥主要成分為 Ca3(PO4)2、CaSiO3與 MgSiO3，鈣與鎘具有相似的化學性質，可以與鎘競爭植物根系上的吸附位點，降低植物對鎘的吸收[22]，本研究中，隨著組配材料用量的增加，土壤pH升高，土壤有效鎘降低。豐富的黏土礦物組成是土壤具有較高CEC的主要原因[23]，然而本研究中隨著硅藻土用量的增加，土壤CEC并未發生較大變化，但隨著組配材料用量的增加，土壤有效鎘降低。

本研究中基施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理與葉面噴施硒肥+鈣鎂磷肥+硅藻土處理整體上對土壤pH、有機質、CEC差異不大，而基施硒肥處理土壤有效Cd含量略低于葉面噴施硒肥處理（圖2D），基施硒肥處理對稻米Cd的消減程度強于葉面噴施硒肥處理，相差達0.021 mg/kg（圖3），可能是因為亞硒酸鹽在土壤中被還原為Se2-，在根際形成CdSe沉淀，導致植物無法吸收[24]，也有可能是硒進入根際需要能量代謝、蛋白質代謝以及與其他元素的相互作用，從而減緩根系對鎘的吸收[25]，而噴施于葉面的硒需要被植物吸收后，才能與鎘結合形成金屬硒蛋白復合物，降低鎘的轉移[26]。