劉馬養(yǎng)，張玉盛，2，肖 歡，2，敖和軍，2*

(1 湖南農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，長沙 410128； 2 南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南長沙 410128)

從20世紀60年代日本出現(xiàn)“骨痛病”到2013年5月我國轟動一時的“鎘大米”，稻米鎘污染越來越受到人們的關注。稻米中的重金屬鎘污染不僅給人類健康安全問題帶來極大的隱患，而且還在一定程度上影響了中國農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)性發(fā)展和國家生態(tài)環(huán)境安全，給國民經(jīng)濟帶來了極大的損失。我國乃至世界范圍內(nèi)對農(nóng)田土壤鎘污染修復和農(nóng)產(chǎn)品降鎘的治理已刻不容緩。

目前針對土壤鎘污染修復與農(nóng)產(chǎn)品降鎘，主要有兩種途徑：1)改變重金屬的存在狀態(tài)，降低其活性，脫離食物鏈；2)利用特殊植物吸收土壤中的重金屬，或用工程技術將重金屬變?yōu)榭扇軕B(tài)、游離態(tài)，經(jīng)過淋洗、收集，達到回收和減少土壤中重金屬的雙重目的?；瘜W固定修復技術具有高效且快速等優(yōu)點，被國內(nèi)外眾多研究人員所采用。該技術主要采用土壤改良劑改變土壤的物理、化學性質(zhì)，通過吸附、沉淀或共沉淀作用，改變重金屬在土壤中的存在狀態(tài)，從而降低其生物有效性和遷移性[1]。王林等[2]研究表明，施用海泡石和磷酸鹽，提高土壤pH值、物理化學吸附以及生成礦物沉淀等作用，可以促進污染土壤中的Cd、Pb由活性高的交換態(tài)向活性低的殘渣態(tài)轉化，從而顯著降低Cd、Pb的生物有效性和遷移能力。何晶晶等[3]研究表明，在高污染背景條件下，添加石灰、腐殖酸、硫化鈉、亞硒酸鈉可抑制紫色土汞、鎘進入蔬菜。有機改良劑主要包括農(nóng)家肥、綠肥、生物炭等有機肥料。王哲等[4]研究指出，添加生物炭后，土壤中重金屬的形態(tài)發(fā)生了變化，由易遷移的弱酸提取態(tài)向更加穩(wěn)定的殘渣態(tài)轉化，且生物炭添加量越大，鈍化效果越顯著。本試驗采用盆栽試驗，將一種新型土壤改良劑應用于鎘污染農(nóng)田土壤，旨在探討其不同用量對鎘污染土壤的降鎘效果及對水稻吸收積累鎘的影響，為鎘污染土壤上稻米的安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤采自湖南省岳陽市湘陰縣鎘污染水稻土(河流沖擊物形成的潮泥田)，土壤pH值5.74，總鎘含量0.82 mg/kg，有效鎘含量0.33 mg/kg。土壤采回后經(jīng)風干、磨細、過篩裝入內(nèi)徑長43.7 cm、寬31.4 cm、高16.0 cm的試驗盆，每盆16 kg。

供試晚稻品種為玉針香。6月22日播種育秧，7月24日移栽秧苗。

土壤改良劑“良田寶”購于葛林美(蘇州)農(nóng)業(yè)科技有限公司，屬于紐翠綠良田寶C系列生態(tài)基肥(水劑) 。其主要特性：pH值(1∶250稀釋)4.0～10.0、腐殖酸≥40 g/L、重金屬Cd含量≤10 mg/kg，大量元素含量≥200 g/L、N≥70 g/L、P2O2≥60 g/L、K2O≥70 g/L。

1.2 試驗設計

盆栽試驗于2018年4～11月在湖南省長沙市湖南農(nóng)業(yè)大學水稻研究所防雨大棚進行。設置6個處理：CK(對照，不添加“良田寶”)，T1(每公斤土添加“良田寶”0.3 g)，T2(每公斤土添加“良田寶”0.6 g)，T3(每公斤土添加“良田寶”0.9 g)，T4(每公斤土添加“良田寶”1.2 g)，T5(每公斤土添加“良田寶”1.5 g)。4次重復。模擬田間全生育期淹水處理，并保持不生長雜草。改良劑添加后放置浸泡一周，使土壤環(huán)境平穩(wěn)。分別于4月23日、6月24日、7月24日取土壤樣品(記為S1、S2、S3)，并于7月24日完成晚稻秧苗移栽，每盆6穴，每穴2株基本苗。水稻生長期采用自來水灌溉及其它常規(guī)管理，于11月3日收割，生育期134 d。

1.3 測定項目與方法

土壤有效鎘含量：土壤樣品采取“梅花5點法”采集，將采集到的土壤樣品混合均勻，放于室內(nèi)風干，去除其中的沙石和動植物殘體等，用橡膠錘粉碎，過篩(100目尼龍篩)。采用DTPA浸提法(GB/T 23739-2009)提取樣品有效鎘，ICP-MS測定其鎘含量。

植株樣品干質(zhì)量與鎘含量：先用自來水洗凈水稻樣品根系泥土，再用去離子水清洗整個植株，洗凈后將其分為根系、稻草、籽粒3部分，于105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干至恒重。將籽粒打成糙米，并將烘干后的糙米、稻草和根系用不銹鋼粉碎機粉碎后過篩(100目)，用濃硝酸與高氯酸(V硝酸∶V高氯酸=4∶1)濕法消解，采用ICP-MS測定樣品鎘含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel 2019和SAS 9.4中Mixed model軟件對數(shù)據(jù)進行處理和統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 水稻成熟期生物量

由表1可知，各處理均能提高水稻的生物量，其中根系生物量以T3最高，為19.8 g/盆，其次為T4、T5，顯著高于CK和T2，但三者間無顯著差異。除T2外，其它各處理稻草和籽粒生物量較CK均有較大增幅，分別為2.40%～26.94%和5.11%～68.00%。其中稻草生物量以T5最高，為136.3 g/盆，其次為T3，與其他處理差異顯著；T2最低，為93.8 g/盆，較CK降低12.59%，但與CK、T1、T4差異不顯著。籽粒生物量以T4最高，為91.4 g/盆，其次為T3，與其他處理差異顯著；T2最低，為45.2 g/盆，較CK降低17.00%，但與CK、T1、T2、T5差異不顯著。

表1 水稻成熟期不同部分生物量

注：用LSD法進行多重比較。同列數(shù)據(jù)后小寫字母不同表示處理間的差異達到0.05顯著水平。下同。

2.2 水稻成熟期不同部分Cd含量

水稻成熟期地下部分Cd含量為T3>T4>T1>T2>CK>T5，T3最高，為2.00 mg/kg，與CK差異顯著，T1～T4處理間差異不顯著，較CK高24.32%～80.18%，T5較CK低23.42%，差異不顯著。地上部分Cd含量以CK最高，為0.69 mg/kg，與其他各處理差異顯著，不同處理較CK低66.67%～78.26%(表2)。因此，施用“良田寶”能有效抑制根系中的Cd向地上部轉移，顯著降低水稻地上部分的Cd含量。

表2 水稻成熟期不同部分Cd含量

2.3 水稻成熟期糙米Cd含量

由表2可知，水稻糙米Cd含量以T3處理最高，為0.15 mg/kg，較CK高150%，與其他各處理差異顯著；T1處理較CK高50%，但差異不顯著；T2、T4、T5處理分別較CK低50.00%、33.34%、16.67%，但處理間無顯著差異。

2.4 土壤有效Cd含量

各處理均能降低土壤有效Cd含量(表3)，其中施用改良劑浸泡一周后(S1)與浸泡兩月后(S2)測量，土壤有效Cd含量均為T5

表3 土壤不同時期有效Cd含量

3 討論

3.1 施用土壤改良劑對土壤鎘的影響

3.2 施用改良劑對水稻生物量積累的影響

本試驗中，T3和T4處理水稻各部分生物量顯著高于對照，且籽粒生物量明顯增加，增幅最高達到68.0%；T5處理籽粒生物量較T1～T3處理有所下降，較對照組僅有5.11%的增幅。說明合理施用改良劑，可以促進水稻根系、稻草和籽粒等生物量的積累，當改良劑施用量超過一定范圍時，水稻各部分生物量積累反而降低。其可能原因為添加土壤改良劑使得土壤pH發(fā)生變化，土壤微環(huán)境發(fā)生較大改變，從而影響水稻生物量的積累。這與羅子瑞等[6]研究結果相一致。也有研究表明，腐殖酸含有較多的營養(yǎng)物質(zhì)，造成水稻營養(yǎng)過剩而推遲結實，從而導致水稻產(chǎn)量下降[7]。

3.3 施用改良劑對水稻鎘吸收和轉運的影響

在土壤—水稻系統(tǒng)中，土壤中Cd進入稻米中要經(jīng)歷土壤—稻根、稻根—莖葉和莖葉—稻米3 個過程，而改良劑施用可能會影響水稻各部位對Cd 的吸收[8]。本試驗中，不同處理對地下部鎘含量的影響表現(xiàn)為先升后降的趨勢，且均高于CK處理；其中T3處理最高，較CK高80.18%。對于水稻地上部分而言，改良劑的施用顯著降低了其鎘含量，各處理較CK降幅為66.67%～78.26%。且各處理水稻糙米中鎘含量均未超出國家標準(0.2 mg/kg)，但其中T1和T3處理稻米鎘含量高于CK，而T2、T4和T5處理低于CK，差異不顯著。

綜合以上結果，施用土壤改良劑，可以抑制根系中的鎘向地上部分轉移，降低糙米中的鎘含量，其降鎘效果與其施用劑量相關。其可能原因為施用改良劑影響了pH、CEC及EC等土壤理化性質(zhì)，使得土壤中總鎘轉化為水稻能有效吸收的重金屬鎘的相對數(shù)量增多，因此水稻根系部分富集的鎘含量相應提高。另有研究表明，添加有機酸可以降低籽粒中鎘含量，原因在于有機酸增加了鎘在土壤中的溶解度，與鎘形成復合物，影響土壤對鎘的吸附，增加其解吸能力，提高了鎘在土壤中的移動性，使得通過質(zhì)流擴散作用到達根系的重金屬量增加，根系因此有更多機會與重金屬鎘接觸[9]。而進入水稻根系的鎘受到根系的滯留作用，降低了鎘向水稻地上部分的轉運，主要作用表現(xiàn)為：1)根莖間較低的鎘轉運量，使得向地上部轉運的鎘離子量減少；2)根系細胞壁的滯留作用；3)根系細胞液泡的滯留作用[10]。結合本試驗結果分析，施用改良劑能有效影響水稻根系的滯留作用，減少鎘向地上部分轉運，但其中具體影響的生理生化機制還需進一步探明。所有處理中糙米鎘含量均低于國家標準0.2 mg/kg，可能原因為本試驗在水稻全生育期淹水灌溉處理下進行。據(jù)前人報道[11，12]，全生育期淹水灌溉處理能顯著降低稻米鎘含量，尤其晚稻表現(xiàn)明顯。此外，水稻對鎘吸收、轉運和積累的特殊生理模式，決定了水稻各部分中鎘含量的基本分布規(guī)律是根系>莖葉>籽粒[13]，本試驗的研究結果也驗證了這一規(guī)律。本試驗僅對施用“良田寶”對土壤有效鎘及水稻鎘積累的影響進行探討，其作用機理有待進一步深入研究。

4 結論

施用適量土壤改良劑能有效促進水稻干物質(zhì)的積累，但當改良劑施用量超過一定范圍時水稻各部分生物量反而降低?？紤]水稻產(chǎn)量、稻米鎘含量和土壤修復效果，潮泥田鎘污染土壤上施用“良田寶”1.2 g/kg土左右為宜。