土壤pH·淹水调控与低镉积累品种在水稻大田生产上的降镉效果
2018-05-14 08:59康六生
安徽农业科学 2018年20期
康六生
摘要 [目的]研究土壤pH、淹水调控与低镉积累品种在水稻大田生产上的降镉效果。[方法]通过土壤pH、淹水调控与低镉积累品种等多项镉污染防治措施的应用，探索镉污染稻田水稻安全生产技术模式。[结果]pH<6.5时，VIL、V、IL 3种处理均使土壤有效Cd上升，上升幅度表现为VIL
关键词 镉污染防治；糙米Cd含量；淹水管理+石灰施用；低镉积累品种
中图分类号 S158.4 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2018）20-0110-03
Abstract [Objective] To study cadmium reduction effects of soil pH， flood control and low cadmium accumulation variety in rice field production.[Method]Through the application of a number of measures to prevent and control cadmium pollution， such as soil pH， flood control and low cadmium accumulation variety， the safe production technology model of rice in cadmiumcontaminated rice fields was explored.[Result]When pH<6.5， VIL， V and IL all increased the soil effective Cd content， and the increase range was VIL
Key words Cadmium pollution prevention；Cd content of brown rice；Flood management + lime application；Low cadmium accumulation variety
随着我国工农业的快速发展和城市规模的不断扩大，污水、废气、毒渣毒泥等污染源与量显著增多，因其不当排放，已造成了大量的耕地污染，面积约达1.0×107 hm2[1] 。环境保护部、 国土资源部共同发布的《全国土壤染污状况调查报告》（2014 年）顯示，耕地土壤点位超标率为19.4%，其中镉污染率达7.0%，是无机物污染类型中占比最高的一种。镉污染严重破坏了农作物的生长环境，威胁了人们身体健康及生命安全，镉污染土壤治理已成为业界共同关注的重大问题。
近年来出现的水分管理、石灰施用等农艺措施，对土壤pH、Eh进行调控，或通过筛选可食部位低镉积累型品种等手段，降低镉在作物中的积累，均有一定的效果，但目前此类研究大多集中在实验室环境下进行，在大田中的应用较少。大多认为，镉等重金属污染土壤的修复是一个复杂的系统工程，单一的修复技术，不是难以实施，就是很难达到预期效果，无法从根本上解决镉等重金属的污染问题[2-3]，因此，如何利用已知有效的降镉措施，进行综合性农艺调控，探索大田应用模式，来降低镉通过食物链威胁人群健康的风险，具有重要的现实意义。笔者研究了土壤pH、淹水调控与低镉积累品种在水稻大田生产上的降镉效果，以期为镉污染土壤治理提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
根据2012年农业部门耕地重金属污染普查结果，选择土壤有效镉含量低、中度污染且有代表性的水稻田进行试验。
低镉积累型水稻品种，采用湖南省2014年公布的镉低积累水稻品种，其中早稻为湘早籼32号，中稻和晚稻均为湘晚籼13号，对照不予统一，各自采用当地大面积推广的非低镉积累型品种。分别为双峰晚稻、双峰早稻、娄星区晚稻、娄星区早稻、娄星区中稻、涟源晚稻、涟源早稻、冷水江早稻、冷水江晚稻。
熟石灰和灌溉水均选用当地未污染材料。
1.2 试验设计
采用多点随机区组设计，点位分布在娄底市下辖的冷水江、涟源、娄星区、双峰4个县（市）区，除娄星区分别设早、中、晚稻3个区组外，其他行政区均分别设早、晚稻2个区组，共9个区组。区组内设4个处理：处理①（CK）采用当地品种，习惯性水分管理，可以晒田，不施用熟石灰；处理②（IL）采用当地品种，全生育期淹水性管理，施用熟石灰；处理③（V）采用低镉品种，其余同CK。处理④（VIL）采用低镉型品种，全生育期淹水性管理，施用熟石灰。
1.3 田间管理 用种、用肥量参考当地水平，并选用当地市场常用肥料品种；分蘖末期施用熟石灰900 kg/hm2；全生育期淹水性管理，即除分蘖盛期露田不晒田外，其他时期均不脱水，保持有水层；其他日常管理均按照当地农民的常规栽培方式管理。
1.4 测定项目与方法
试验后各小区采集土壤样品和稻谷样品各一份。土壤pH采用电位法测定；土壤速效态镉采用DTPA提取；糙米Cd含量采用HNO3-HClO湿法消煮，原子吸收光谱法测定。
1.5 数据分析
采用Excel 2003对处理间效果进行方差分析（LSD法），各点平均值为3次重复的平均值。
2 结果与分析
2.1 土壤pH及其变化
试验后，CK土壤pH为5.70～8.07，其中大于6.5的有娄星区中稻、双峰早稻及晚稻等，小于6.5的有涟源早稻及晚稻。以CK为对照，土壤pH变化情况见表1。由表1可知，VIL、IL处理（施用石灰和淹水管理）对土壤pH有明显的影响，其中除双峰早稻及娄星区中稻外，其他7个试验土壤pH均有所提高，平均上升0.27，这说明撒施一定量的石灰和进行淹水管理，在不同区域水稻土上均有降低土壤酸度的作用。将土壤△pH与CK土壤pH二次回归分析（图1），其二次模型相关性达显著水平。表明相同石灰施用量，土壤pH下降幅度随CK土壤pH的升高而降低，在土壤pH达7.2左右时，施用石灰难以表现出调酸的效果。V处理土壤pH相对CK，在各地区表现不一，变化幅度不大，平均下降0.01。
2.2 土壤有效Cd含量
土壤Cd的化学形态可分为水溶态、吸附态、络合态和矿物态[4]。其中pH、Eh是影响Cd在水溶态、吸附态、固定态等不同相态中分布的重要因素[5-6]。在淹水状态下，土壤因缺氧而转变为还原状态，Fe2+、S2-等含量增加，将促进Cd硫化物的形成，影响铁等氧化物对重金属的吸附特性；淹水也能增加土壤有机质对Cd的络合能力，形成稳定的络合态、晶形氧化铁结合态及石灰性土壤碳酸盐结合态，从而降低镉的活性。廖敏等[5]通过石灰施用调节土壤pH，室内模拟研究土壤水溶态镉和交换态镉之间的转化特性，发现土壤水溶态镉随着石灰用量的增加而减少，当pH为7.5时，几乎全部水溶态镉进入土壤中，pH在5.5以下时，交换态镉随着石灰用量的增加而增加，当pH为5.0时，交换态镉达到最大值。
由表2可知，淹水管理、石灰施用等措施，直接或间接地影响了土壤有效Cd形态的变化，但在不同pH土壤上表现不同。CK、V、VIL、IL 4种处理，土壤有效Cd差异未达显著水平（P<0.05）。但根据土壤pH分段与CK比较，发现在娄星区中稻、双峰早稻及晚稻pH>6.5的土壤上，VIL、IL处理土壤有效Cd含量均下降，下降幅度表现为VIL >IL，而V处理土壤有效Cd升降不同，且变幅很小；在pH<6.5的其他土壤上，4种处理土壤有效Cd绝大多数表现为上升，且表现为VIL
2.3 糙米Cd含量
4种处理糙米Cd含量均未表现出显著差异（P<0.05），可见在土壤有效Cd含量为0.439～1.054 mg/kg 时，试验设计的不同技术组合降低水稻糙米对Cd的积累均未达显著水平。但与CK相比，糙米Cd含量总体呈下降趋势，其中VIL处理糙米Cd含量除双峰早稻外，一致表现为下降，平均下降0.053 mg/kg，幅度为28.90%；V处理糙米Cd含量有6处表现为下降，平均下降0.051 mg/kg，幅度为27.53%；IL處理有5处下降，平均下降0.019 mg/kg，幅度为10.01%（表3、图2），可见，V、VIL、IL处理均对水稻糙米Cd积累产生了一定的负面影响，且效果明显，其影响程度和一致性表现为VIL >V>IL，其中VIL、V与IL处理有较大差异，前两者的降Cd幅度是后者的2倍以上。这表明在低镉积累品种、全生育期淹水管理及石灰施用3种调控技术中，影响糙米Cd积累的主因是低镉积累品种的基因特性。传统管理方式下，3类技术综合应用，在不同性质、不同区域的稻田土壤上，在降低糙米Cd的效果上，表现出更好的一致性。而当土壤pH达8.0以上时（即双峰早稻），则3类控制措施均未能起到降低糙米Cd的效果。
2.4 土壤有效Cd含量与糙米Cd含量的相关性
水溶态Cd是植物吸收的直接来源，有效性最高；交换态Cd所占比例大，活性也较高，对植物Cd吸收起决定作用[7] 。在不同技术组合模式下，对土壤有效Cd含量与水稻糙米Cd含量进行相关性回归分析，相关性均达显著水平，相关系数表现为IL>VIL>V>CK（表4）。
3 结论与讨论
Baker等[8]研究表明，绝大多数植物对镉的吸收均随土壤中镉含量的升高而迅速增加，植物体内镉含量与土壤中总镉和有效镉均呈极显著相关。在该研究中，在不同调控措施下，水稻糙米中Cd含量与土壤有效Cd含量呈显著正相关，尽管水稻吸收的Cd大部分积累在根、叶、茎中，糙米积累的Cd在水稻植株中所占比重很小。这表明控制土壤有效Cd，可作为降低糙米Cd积累的有效途径。
该研究通过淹水管理与土壤pH调节，控制土壤环境，降低土壤有效Cd浓度，但影响明显的因素是土壤pH。土壤pH 6.5以下时，土壤有效Cd（水溶态与交换态二者之和）含量并未随pH提高而减少，反而有所升高，仅当pH 6.5以上时，土壤有效Cd才有所降低。可见，在土壤pH 6.5以下时，pH的变化更多地是导致Cd在水溶态和吸附态之间的转化。因此，在通过调控土壤pH降低土壤有效Cd 含量来减少Cd进入植物体时，将土壤pH调控到6.5以上是非常关键的技术要点，这与杨忠芳等[9]的研究结果较一致。
试验中水稻糙米Cd积累结果表明，在pH 6.5以下地块，尽管土壤有效Cd含量上升，但相对CK，IL、VIL、V 3种处理的糙米Cd含量并未上升，而是下降，特别是VIL、V处理下降幅度达27.53%，是IL处理的2倍以上。这表明淹水管理+石灰施用与低镉积累品种均能较大幅度降低水稻糙米对Cd的积累，而水稻低镉积累品种的基因特性对糙米Cd积累的影响远大于淹水管理与石灰施用的影响，当以上3种控制措施综合应用时，在各类不同性质的土壤上，降Cd效果具有更好的一致性。该研究结果与徐燕玲等[10]研究认为水稻对Cd的吸收及籽粒积累依水分管理和品种而变化，水分管理影响远高于基因型影响的结果不一致。这可能是由于试验条件不同导致的，因此在不同环境因素下，单一的淹水管理+土壤pH调控与低镉积累型品种等措施，在降低糙米Cd积累的效果上并不稳定，进行多措施的综合应用能带来更好的效果。
参考文献
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