不同调理剂组合对酸性土壤改良及稻谷降镉的效果研究

刘仁波 周富忠

摘要 在2个不同成土母岩母质发育的水稻土试验点，通过正规的田间小区试验，研究“益欣荣Ⅱ”“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”“益欣荣Ⅱ+氨糖可力”3种不同土壤调理剂组合对酸性水稻土的改良、土壤有效镉的钝化、水稻的增产增收以及控制水稻对镉的吸收等方面的效果。结果表明，3种组合对水稻增产效果显著，并有一定的经济效益，增收稻谷550～974 kg/hm 增幅为8.85%～15.23%，净收益600～1 725元/hm2;对酸性水稻土改良效果较好，可抑制酸化土壤pH进一步下降、提高酸性土壤pH，酸化土壤交换性铝上升幅度得到控制、酸性土壤交换性铝明显下降，明显降低了土壤有效锰含量，提高了土壤盐基饱和度;对土壤有效镉有一定的固化作用，有效控制了水稻对镉的吸收，大幅度降低了稻谷中镉含量。综合比较水稻增产增收、酸性土壤改良、土壤固镉及稻谷降镉等方面效果，“益欣荣Ⅱ+氨糖可力”最优，“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”次之，单施“益欣荣Ⅱ”最差。

关键词 酸化土壤;土壤调理剂;土壤有效镉;稻谷;镉

中图分类号 S 156  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2021）20-0093-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.20.025

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Study on the Effect of Different Conditioner Combinations on the Improvement of Acidic Soil and the Reduction of Cadmium in Rice

LIU Ren-bo ZHOU Fu-zhong2

（1.Lichuan Agricultural Law Enforcement Team，Lichuan，Hubei 445400;2.Lichuan City Soil Fertilizer Station，Lichuan，Hubei 445400）

Abstract In two paddy soil experimental sites with different parent materials， through regular field plot experiments， the effects of three different soil conditioner combinations of "Yixinrong Ⅱ" "Yixinrong Ⅱ + Gulefeng" and "Yixinrong Ⅱ + Antangkeli" on the improvement of acidic paddy soil， the passivation of soil available cadmium， the increase of rice yield and income and the control of cadmium absorption by rice were verified.The results showed that the three combinations had significant effect on increasing rice yield， and had certain economic benefits. The rice yield increased by 550-974 kg/hm  with an increase of 8.85%-15.23%， and the net income per mu was 600-1 725 yuan/hm2. The improvement effect of acid paddy soil was better， which could inhibit the further decline of pH in acid soil， improve the pH of acid soil， control the increase of exchangeable aluminum in acid soil， significantly reduce the exchangeable aluminum in acid soil， significantly reduce the soil available manganese content， and improve the soil base saturation. It could solidify available cadmium in soil， effectively control the absorption of cadmium by rice， and greatly reduce the content of cadmium in rice. Comprehensive comparison of rice yield and income， acid soil improvement， soil cadmium fixation and rice cadmium reduction effect， the "Yixinrong Ⅱ + Antangkeli" was the best， the "Yixinrong Ⅱ + Gulefeng" was the second， the single application of "Yixinrong Ⅱ" was the worst.

Key words Acid soil;Soil conditioner;Soil available cadmium;Paddy;Cadmium

作者簡介 刘仁波（1969—），男，湖北利川人，农艺师，从事农业新技术、新产品应用及农业行政执法研究。

*通信作者，高级农艺师，从事土肥新技术应用、耕地质量监测及障碍修复研究。

收稿日期 2021-02-18;修回日期 2021-03-09

酸化是土壤退化的重要表現，近几十年来由于高强度人为活动的影响，土壤酸化的进程大大加速，对生态环境和农业生产的危害加重[1]。我国酸化土壤呈现面积大、分布广及酸化程度高等特点[2]，因此，采取有效措施减缓土壤酸化进程并对严重酸化土壤进行改良和修复，对保护生态环境和保障农业的可持续发展具有重要意义[3]。湖北利川耕地酸化问题相当突出，相关部门对其成因及改良措施进行了较多研究[4-6]，但多停留在单一材料和方法的筛选应用上[7-10]，对多材料组合应用的研究较少。为研究台湾益地股份有限公司生产的益欣荣Ⅱ土壤调理剂与南京轩凯生物科技有限公司生产的谷乐丰聚谷氨酸微生物菌剂或氨糖可力土壤修复菌剂组合，应用于酸性土壤的改良效果，对土壤镉的钝化作用，以及水稻增产增收、稻谷降镉效果，按《土壤调理剂 效果试验和评价要求》（NY/T 2271—2016）的相关规定[11]，于2020年3—10月在湖北利川酸性水稻土上开展了专项试验。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1

地点及土壤。试验设A、B 2个点，皆为水稻土。A位于利川市柏杨坝镇龙门村7组，地处108.960 655°E、30549 721°N、海拔1 023 m;紫色页岩发育的紫泥田，质地为中壤，试验前取样检测pH为5.3 土壤酸化。B位于南坪乡五谷村18组，地处108.835 3°E、30.440 1°N、海拔1 094 m;第四纪黏土发育的马肝泥田，质地重壤，pH 6.09，呈酸性。

1.1.2

益欣荣Ⅱ土壤调理剂。台湾益地股份有限公司生产，登记证号农肥（2018）准字10350号，执行标准Q/FJDS 053—2018，外观为灰白色固体颗粒，主要技术指标为CaO+MgO≥44%，pH 8.0～10.0。

1.1.3

谷乐丰聚谷氨酸微生物菌剂。南京轩凯生物科技有限公司生产，执行标准GB 20287—2006，登记证号微生物肥（2018）准字6353号，中国发明专利号ZL201410445552. 外观为棕黑色颗粒，有效活菌数（枯草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌）≥5亿/g，聚谷氨酸≥1 100 mg/kg。

1.1.4

氨糖可力土壤修复菌剂。南京轩凯生物科技有限公司生产，执行标准Q/3201 XKSW11—2019，登记证号微生物肥（2019）准字7399号，国际发明专利号PCT/CN2019/105620，外观为黑色颗粒，有效活菌数（枯草芽孢杆菌、胶冻样类芽孢杆菌）≥3.0亿/g，聚谷氨酸≥1 400 mg/kg，胞外多糖≥1 000 mg/kg，壳寡糖≥1 000 mg/kg。

1.1.5

肥料。试验A为45%（15-15-15）普通复合肥，试验B为40%（20-8-12）宜施壮水稻专用配方肥。

1.1.6

作物。水稻，试验A品种为宜香16 试验B品种为繁优609。

1.2 试验设计

试验设4个处理，4次重复，随机区组排列。试验A小区面积27 m2（10 m×2.7 m），B小区面积30 m2（10 m×3 m），小区间筑高×宽=30 cm×30 cm田埂间隔，保证不串肥串水，区组间留50 cm通道，便于田间观察。各处理内容如下：

处理①（CK），常规施肥（普通复合肥450 kg/hm2或宜施壮配方肥750 kg/hm2）;

处理②，CK+益欣荣Ⅱ600 kg/hm2;

处理③，CK+益欣荣Ⅱ600 kg/hm2+谷乐丰600 kg/hm2;

处理④，CK+益欣荣Ⅱ600 kg/hm2+氨糖可力600 kg/hm2。

试验前、水稻收获后分别取土样，检测土壤pH、交换性铝、有效锰、盐基饱和度、总镉和有效镉等。水稻分蘖期、收割期等重要生育期开展相关性状调查，收割时按小区单打单收，计实产，并取稻谷样检测镉含量。

1.3 田间管理

（1）试验A。2020年3月21日播种，塑料棚保温旱育方式育苗;5月18日移栽，移栽规格为27 cm×20 cm，密度185 175蔸/hm2;移栽前按处理设计施入肥料及相关材料;5月23日，用细土拌除草剂撒施防除田间杂草;移栽后10 d发现稻水象甲危害，用高效氯氰菊酯+三唑磷防治。10月13日收获，按小区计产。

（2）试验B。2020年3月26日播种，塑料棚保温旱育方式育苗;5月20日移栽，移栽规格为30 cm×15 cm，密度222 225 蔸/hm2;移栽前按处理设计施入肥料及相关材料;5月27日，用细土拌除草剂撒施防除田间杂草;始穗期防稻飞虱、稻纵卷叶螟及穗胫稻瘟。10月9日收获，按小区计实产。

1.4 数据统计分析及样品检测方法

采用Excel进行数据分析，对不同处理水稻产量结果进行F检验，处理间差异用新复极差法进行多重比较。稻谷及土样相关指标检测方法见表1。

2 结果与分析

2.1 不同处理对水稻产量的影响

从表2可以看出，A、B 2个点水稻产量由高到低排序与处理顺序号刚好相反。“益欣荣Ⅱ”（处理②）、“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③）、“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）3种组合，A点分别比常规施肥增产稻谷600、770、974 kg/hm 增幅分别为9.38%、12.04%、1523%;B点分别增产稻谷550、700、908 kg/hm 增幅分别为8.85%、11.26%、14.61%。对2个点进行方差分析和多重比较（新复极差法），处理间差异极显著，区组间差异不显著;3种组合比常规施肥，水稻增产皆达显著水平;“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）比“益欣荣Ⅱ”（处理②）增幅超过5%。2个点的增产幅度和趋势一致，试验结果重现性很好。不同组合B点增幅皆略低于A点，应该与B点常规施肥为配方肥、A点为普通复合肥有关，说明配方肥优于氮磷钾等比例复合肥;当然，与两地土壤肥力的差异也有直接关系。

2.2 不同处理对水稻经济性状的影响

不同时期田间观察表明，各处理间水稻生育期无明显变化。分蘖末期调查水稻基本苗、功能叶长（倒三叶）、株高;成熟期调查水稻株高、主穗末叶长、有效穗、穗长、穗实粒、千粒重等指标。从表3可以看出，分蘖末期，2个点的调查指标随处理号而增加。成熟期，A点各处理的主穗末叶长、有效穗、穗长、穗实粒、千粒重随处理号提高，株高和结实率略有差异，处理③最高;B点所调查指标则完全随处理号升高。各组合通过提高水稻有效穗、穗实粒、结实率和千粒重而增产。

2.3 不同处理对水稻经济效益的影响

2个点各处理产值在18 645～22 110元/hm 忽略劳动力投入变化，3种组合增加投入600～1 500元/hm 比常规施肥（处理①）增收1 650～2 925元/hm 净增收600～1 725元/hm 增加的产出投入比在1.40～3.00。与“益欣荣Ⅱ”（处理②）比，“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③）无效益，“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）略有效益;与常规施肥比，3种配方都有一定效益，且“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）最优，“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③）次之，“益欣荣Ⅱ”最差。

2.4 不同处理对土壤pH的影响

从图1可以看出，A点试验前后土壤pH皆低于5.5，土壤酸化;试验后土壤pH整体下降，处理①～④分别下降0.14、0.09、0.06、0.06;酸化程度加重，但3种组合土壤pH下降程度比常规施肥要小很多，土壤酸化得到有效缓解。B点试验前后土壤pH皆低于6.5，土壤呈酸性;试验后常规施肥土壤pH下降0.18，3种组合皆上升，处理②～④分别上升0.16、0.26、0.26。对土壤酸性的中和作用“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③）与“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）相同，高于“益欣荣Ⅱ”（处理②）。单纯施用化肥使土壤进一步酸化，增施不同调理剂组合后，酸化土壤得到缓解，酸性土壤pH明显提升。

2.5 不同处理对土壤交换性铝的影响

土壤交换性铝是土壤潜在酸的主要来源，其含量越高，潜在酸度越大。与土壤交换性氢一起组成了土壤的交换性酸总量，是土壤酸度的容量指标[12]。从土壤交换性铝变化（图2）可以看出，A点试验后土壤交换性铝整体上升，处理①～④分别上升0.85、0.60、0.49、0.50 cmol/kg;常规施肥（处理①）上升幅度最大，单独增施益欣荣Ⅱ（处理②）次之，另外2个组合相当。B点试验后土壤交换性铝整体下降，处理①～④分别下降0.02、0.05、0.05、0.04 cmol/kg;常规施肥（处理①）下降幅度最小，3种不同组合相当。3种组合对抑制土壤交换性铝皆有一定作用，可降低土壤铝毒害风险。

2.6 不同处理对土壤有效锰的影响

从图3可以看出，试验后土壤有效锰整体下降，A点处理①～④分别下降14.5、14.5、24.2、23.3 mg/kg，下降程度处理①、②一致，处理③、④相当;B点处理①～④分别下降5.9、6.8、10.6、14.3 mg/kg，下降程度随着处理号增加而增加，该点有效锰在50 mg/kg以上，含量极高[13]。说明3种组合对土壤有效锰皆有一定的抑制作用，可有效降低锰过量。“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）优于“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③），更优于“益欣荣Ⅱ”（处理②）。

2.7 不同处理对土壤盐基饱和度的影响

一般盐基饱和度≥80%的土壤为较肥沃的土壤;50%～80%的土壤为中等肥力水平;而低于50%，土壤肥力较低[14]。从图4可以看出，A点土壤盐基饱和度在58.21%～66.63%，处于中等水平;B点在72.80%～84.14%，处于中等至高水平。A点试验后常规施肥（处理①）下降2.29百分点，处理②～④则分别上升780、6.76、4.40百分点，“益欣荣Ⅱ”（处理②）对土壤盐基饱和度的提高程度高于“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③），更高于“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）;B点试验后土壤盐基饱和度整体上升，处理①～④分别上升2.92、8.42、8.98、5.67百分點，“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③）高于“益欣荣Ⅱ”（处理②），更高于“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）。

2.8 不同处理对土壤总镉及有效镉的影响

对B点试验前后土壤总镉及有效镉进行检测，结果发现（图5），试验后土壤总镉整体下降，处理①～④分别下降0.038、0.041、0.036、0.041 mg/kg，各处理间变化规律不明显。试验后土壤有效镉与总镉一样整体下降，处理①～④分别下降0.023、0.041、0047、0.057 mg/kg。3种组合（处理②～④）土壤有效镉下降程度明显低于常规施肥处理（处理①），作物对有效镉的吸收得到控制，重金属镉污染得到缓解。“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）优于“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③），更优于“益欣荣Ⅱ”（处理②）。

2.9 不同处理对稻谷镉含量的影响

试验后取样检测B点稻谷镉含量，结果发现（图6），稻谷镉含量皆高于0.4 mg/kg，超过了食品安全国家标准食品中污染物限量GB 2762—2017[15]规定的限量值（0.2 mg/kg），也超过了土壤中有效镉和总镉含量，稻谷对镉的富集作用明显。随着处理号增加，稻谷镉含量迅速下降，处理②～④分别比处理①降低0.078、0.120、0.138 mg/kg。说明3种组合能有效阻止稻谷对土壤中镉的吸收，且“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”（处理④）优于“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”（处理③），更优于“益欣荣Ⅱ”（处理②）。

3 结论与讨论

土壤调理剂是指加入障碍土壤中以改善土壤物理、化学和/或生物性状的物料，适用于改良土壤结构、降低土壤盐碱危害、调节土壤酸碱度、改善土壤水分状况或修复污染土壤等[16]。可分为矿物源、有机源、化学源3种类型，此次试验考虑了矿物源与有机源土壤调理剂的结合应用。在湖北利川市柏杨坝镇、南坪乡2个点位，不同成土母岩母质发育的水稻土中，应用“益欣荣Ⅱ”“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”3种不同土壤调理剂组合，试验结果如下：

（1）3种组合在水稻上应用增产效果显著，“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”优于“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”，更优于“益欣荣Ⅱ”。A点分别增产稻谷974、770、600 kg/hm 增幅分别为15.23%、12.04%、9.38%;B点分别增产稻谷908、700、550 kg/hm 增幅分别为14.61%、11.26%、8.85%。主要通过提高水稻有效穗、穗实粒和千粒重实现稻谷增产。

（2）3种组合在水稻上应用皆有一定的经济效益，从净收益上看，“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”优于“益欣荣Ⅱ”，更优于“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”，后两者差异不大。A点净增收分别为1 725、1 200、1 110元/hm B点净增收分别为1 230、750、600元/hm2。

（3）3种组合对改良酸化或酸性水稻土有较好效果。“益欣荣Ⅱ”“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”3种组合与常规施肥对比，A点分别可使土壤pH提升0.05、008、0.08单位，土壤交换性铝下降0.25、0.36、0.35 cmol/kg，土壤有效锰下降0、9.7、8.8 mg/kg，土壤盐基饱和度提升10.09、9.05、6.69百分点;B点土壤pH分别提升0.34、0.44、0.44单位，土壤交换性铝下降0.03、0.03、0.02 cmol/kg，土壤有效锰下降0.9、4.7、8.4 mg/kg，土壤盐基饱和度提升5.50、6.06、2.75百分点。3种组合皆能使土壤pH相对或绝对上升，交换性铝相对或绝对下降，盐基饱和度明显提高，有效锰明显下降，土壤酸性得到中和，铝毒害风险得到缓解，有效锰过量得到有效控制，土壤肥力有所增強。

（4）从B点结果看，3种组合对土壤总镉影响不大，对土壤有效镉皆有一定的钝化作用，从而明显控制了稻谷对镉的吸收。“益欣荣Ⅱ+氨糠可力”优于“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”，更优于“益欣荣Ⅱ”，与常规施肥相比，土壤有效镉分别下降0034、0.024、0.018 mg/kg;稻谷镉含量分别下降0.138、0120、0.078 mg/kg，下降幅度较大，分别为24.13%、2098%、13.64%，但未能达到食品安全国家标准食品中污染物限量GB 2762—2017规定的限量值（0.2 mg/kg）要求。

以上试验结果表明，3种土壤调理剂组合对改良酸化或酸性水稻土有较好效果，特别是钝化土壤镉及降低作物镉含量效果明显，在水稻上应用增产效果显著，并有一定的经济效益。综合比较，“益欣荣Ⅱ+氨糖可力”优于“益欣荣Ⅱ+谷乐丰”，更优于单施“益欣荣Ⅱ”。建议在酸化耕地及高镉区域大面积推广应用，并进一步在其他作物上试验、示范。

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