單季稻甬優9號施用含硅有機肥試驗

毛倩， 周江明

(江山市農業技術推廣中心,浙江 江山 324100)

長期以來，有機肥對增加糧食產量、改善農產品品質、提高肥料利用率和耕地地力及其降低環境污染等作出很大的貢獻[1-5]。如溫延臣等[6]通過3 a試驗證實，在冬小麥-夏玉米輪作區，商品有機肥部分替代化肥施用3 a后，與單施化肥相比，糧食產量不受影響，而土壤有機碳增加19.5%、土壤全氮提高12.3%，顯著高于單施化肥處理。蓋霞普等[7]在27 a長期試驗結論表明，增施有機肥處理提高小麥、玉米產量分別為41%～50%和30%～32%，增加0～20 cm耕層土壤有機碳、全氮含量分別為62%～121%和107%～187%，土壤氮盈余比純應用化肥區增1037%，極大地改善了土壤肥力。

在耕地重金屬污染治理方面，有機肥的作用一直存在爭議，有些學者[8-10]認為，有機肥中許多功能團具有吸附金屬元素作用而降低了重金屬活性，有利于降低作物對重金屬的吸收累積而提高農產品質量安全性。如張琴[11]連續施用有機肥后發現，土壤中重金屬Hg、Zn、Cd的有效態含量比試驗前顯著降低，且重金屬Hg、Zn、Cd的有效態含量隨著有機肥施用量的增加而逐漸減少。Mora等[12]向受到重金屬污染的土壤中施加生物堆肥，結果顯示，隨著土壤中有機質含量增加，有效態重金屬的比例同樣下降。土壤有效態重金屬的下降，減少了農產品重金屬積累污染的風險。謝運河等[13]對稻田施用有機肥3 000 kg·hm-2和6 000 kg·hm-2的稻米中鎘含量與單施化肥的進行對比，發現2個有機肥施用處理的稻米鎘含量分別下降14.3%和21.4%。相反，有些研究則認為，增施有機肥提高了土壤溶液中可溶性有機碳(DOC)濃度，增加了土壤水溶液中重金屬濃度而農產品污染風險上升[4,14]。如王開峰等[15]研究表明，與純施化肥相比，施用有機肥可使紅壤稻田土壤表層(0～20 cm)重金屬Zn、Cu、Cd、Pb的有效態含量分別提高61.5%、11.7%、15.4%和4.5%。段海芹等[16]研究也發現，與有機肥常量處理相比，有機肥減量和有機肥減量配施化肥處理表層土層(0～10 cm)有效態Cd含量分別顯著降低17.6%和14.0%。更多研究[3,17]認為，有機肥自身也存在較高含量的重金屬污染物，長期大量應用易引起耕地嚴重的污染。而且土壤環境條件變化如厭氧變有氧、酸性變堿性、低溫變高溫等促進有機肥被微生物降解的進程，與有機肥結合的重金屬元素將被重新釋放進入水溶液中，因而有機肥-重金屬這種結合形式也是一個潛在風險因素[18]。因此，研究一種既要利用有機肥的優勢又要減少其不足所帶來的風險的技術具有非常重要的現實意義。

硅是地球上除氧之外的第二大元素，盡管未作為高等植物的必需營養元素，水稻組織中累積量卻很高，稻田施用硅肥有利于水稻抗倒伏、耐干旱、減少病蟲害、增產等[19-21]，尤其是硅具有緩解土壤重金屬的毒害作用，可顯著減少作物對重金屬污染物的吸收，提高農產品質量安全性[22-23]。Javaid等[22]全面總結了硅元素在降低作物重金屬污染的相關機制，認為主要通過與重金屬生成硅酸鹽或絡合物降低重金屬在土壤中的植物有效性、通過分隔減少重金屬從作物根部向地上部分的轉移、通過增強硅運輸相關基因表達而降低重金屬運輸基因表達及改善作物結構并提高生物量而減少農產品重金屬污染濃度。因而開發一種含硅有機肥可整合兩者優勢，在作物增產、地力改良、農產品質量安全及生態環境改善等方面發揮更大的成效。本研究基于這些目的，進行不同硅肥含量有機肥試驗，旨在探索成本低、效果明顯的最佳含硅有機肥配方，并在面上推廣應用，保障我國糧食量與質的安全。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在江山市虎山街道何家山村進行。當地水田主要種植作物是水稻，稻田土壤稍偏堿性，重金屬鎘積累超標。供試土壤理化性狀：pH 7.56，有機質47.1 g·kg-1，全氮2.86 g·kg-1，有效磷18.3 mg·kg-1，速效鉀133.5 mg·kg-1，污染物總鉛37 mg·kg-1、總鎘0.53 mg·kg-1、總鉻95.2 mg·kg-1、總砷12.9 mg·kg-1、總汞0.03 mg·kg-1。

供試單季稻品種為甬優9號。商品有機肥由浙江天蓬畜業有限公司提供，

1.2 處理設計

設6個處理，除常規施肥對照(CK)僅施化肥外，其他每個處理均增施商品有機肥4 500 kg·hm-2。在商品有機肥中添加不同量硅肥作不同處理，各處理SiO2含量分別為0(S0)、75(S1)、150(S2)、225(S3)和300 kg·hm-2(S4)。小區面積35 m2，重復3次，隨機區組排列。小區間用20 cm寬×30 cm高田埂隔開，獨立施肥和灌排水。

水稻于5月1日播種，5月25日插秧，10月14日收割。5月24日施基肥N、P2O5、K2O分別為78.75、78.75和78.75 kg·hm-2，同時施入含硅有機肥翻耕入土；6月5日表施分蘗肥N 103.5 kg·hm-2，8月20日表施促花肥N 17.25 kg·hm-2、K2O 90.0 kg·hm-2。除硅肥處理差異外，其余施肥、灌溉、除草、病蟲害防治等參照當地習慣統一管理。

1.3 取樣分析

試驗前稻田取一個土壤混合樣，調查試驗土壤基本理化性狀，水稻成熟實割計產，并在各小區中采集由5個點混合而成的水稻植株和土壤樣品，植株分離為稻草和稻谷兩樣本，經烘干、粉碎、過篩后保存作分析用。土壤及水稻組織中重金屬元素分析方法參照國家標準或相關文獻，土壤pH用酸度計測定。

1.4 數據處理

不同處理水稻產量、土壤重金屬含量、土壤有機質及稻米中重金屬含量采用DPS軟件進行統計、分析和Origin Pro 9.0軟件作圖

2 結果與分析

2.1 水稻產量

試驗小區產量為8 780.5～9 185.4 kg·hm-2(圖1)，各處理產量高低依次為S4>S3>S2>S1>S0>CK，含硅有機肥顯著提高水稻產量。和常規施肥(CK)相比，增施含硅有機肥增產1.4%～6.4%，且隨硅肥用量增大而增幅擴大，其中S3和S4處理顯著高于S0處理，表明在本試驗條件下，硅肥用量大于225 kg·hm-2時，更有利于提高水稻產量，這與之前學者[24-25]的研究結果一致。Wang等[24-25]研究認為，稻田施用硅肥可顯著提高穗粒數、千粒重和結實率而增產，SiO2用量在400 kg·hm-2時水稻產量最高，比對照增產23.0%。由于本試驗硅用量300 kg·hm-2處理水稻產量仍呈上升之勢，繼續增加硅用量是否會達顯著增產仍未明晰，將來還需開展更高硅肥用量的研究，以確定最高增幅的硅肥用量上限。

柱上無相同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。圖2～4同。圖1 不同硅肥處理對水稻產量的影響

2.2 土壤pH和有機質含量

在堿性稻田施用含硅有機肥，各處理土壤pH為7.24～7.35(圖2)，存在部分未規律性顯著差異。與試驗前相比，pH下降了0.21～0.31單位，可能與稻田長期淹水導致土壤有機質厭氧降解產生CO2和有機酸有關[26-27]。與未施有機肥CK相比，增施含硅有機肥處理土壤有機質含量提高2.93%～8.07%，變化趨勢基本與水稻增產變化相似，呈硅用量提高土壤有機質含量提高之趨勢。這可能和水稻生物量變化有關，水稻產量高一般總生物量也高，收割后留于土壤中的殘留物及根系也越多，從而提高了土壤有機質的含量。

2.3 土壤重金屬有效性

本次試驗調查了土壤中Pb、Cd、Cr、As、Hg毒性強度較高的污染物，其中，有效Cr、As、Hg含量低于檢測限。圖3顯示，不同水平硅肥處理對有效Pb和Cd均無顯著性影響。與土壤中總含量相比，有效Pb和有效Cd分別占12.4%～13.8%和49.5%～60.7%，在堿性土壤條件下有如此高的活性可能與土壤有機質含量高及其分解產物有關，土壤有機質含量高一般DOC也高，DOC與重金屬元素易結合成溶于水中的絡合物[4,14]。據嚴露等[28]調查，使用有機肥的淹水土壤中，結晶鐵/錳氧化物結合態Cd比不施有機肥減少15%、碳酸鹽結合態Cd降低11%，也表明有機肥處理使土壤Cd向易溶態轉化的趨勢。王果等[29]認為，土壤pH>7時，有機肥分解產物的脫質子化作用增強，帶負電荷的基團增多，與金屬形成絡合物的能力增強，形成更多的可溶性有機-金屬絡合物，抑制對重金屬的沉淀，故而進一步提高重金屬的溶解性。

2.4 稻米重金屬含量

稻米中Pb和Hg含量低于檢測限，從圖4看出，Cd、Cr和As在稻米中的積累也非常低，所有樣本均低于我國食品安全國家標準食品中污染物限量值(GB 2762—2017，Cd 0.2 mg·kg-1、Cr 1.0 mg·kg-1、As 0.5 mg·kg-1)。一般情況下，稻田土壤pH大于7時，土壤溶液中活性Cd基本與硫化物、磷酸鹽、碳酸鹽及鐵錳氫氧化物等結合沉淀而水稻無法吸收[26,30-31]。本試驗2.3節提到Cd有較高的活性比例卻沒有造成稻米污染，可能有以下幾個原因所致：一是雖然有機肥與重金屬形成溶解性絡合物，但作物容易吸收離子Cd2+，而很少吸收這種鎘絡合物[4,32]；二是試驗土壤pH高，降低了Cd的作物可利用性[4]；三是硅元素的緩解作用降低了Cd的吸收[22-23]，因而沒有提高稻米積量。與常規施肥相比(CK)，應用有機肥(S0)Cd、Cr和As在稻米中分別下降8.22%、26.93%和12.93%，含硅有機肥(S1～S4)分別下降8.2%～25.5%、14.4%～45.3%和14.0%～25.2%，含硅有機肥呈現更佳的降污效果，這是有機肥增加污染物吸附能力與硅肥緩解作物吸收的綜合結果[4,22-23]。Maria等[23]曾在挪威海德馬克縣(Hedmark)一個農場里開展過硅肥應用試驗，調查結果表明，硅肥應用雖然未改變土壤有效Cd和As含量，但使所調查作物食用部分Cd、As含量分別下降了10%～25%和20%～40%，本試驗結果與其相符。在不同硅水平處理間無顯著性影響，這表明硅肥施用量75 kg·hm-2足以降低稻米污染風險。

圖4 不同硅肥處理對稻米污染物含量的影響

3 小結

通過稻田增施含硅有機肥對水稻產量及其重金屬吸收的影響研究表明，增施含硅有機肥4 500 kg·hm-2(有機肥含硅1.5%～3.0%)有利于增加水稻產量，降低稻米重金屬污染物積累，合理開發含硅有機肥并進行推廣應用，可促進水稻生產增收增效，保障我國糧食數與質的安全。