?土壤调理剂对早稻生理特性及重金属吸收的影响?

谭美 易百科 刘文 江涛 戴美玲 阳美雪

摘要：为研究“众望”土壤調理剂在湘中地区早稻上的施用效果，在湘潭和株洲分别开展田间小区试验。试验设常规施肥（T1）、常规施肥+生石灰（T2）、常规施肥+“众望”土壤调理剂（T3）3个处理，研究土壤调理剂对湘中地区早稻生长和重金属吸收的影响。结果表明：“众望”土壤调理剂可有效促进湘中地区早稻生长，提高产量的效果不明显，但能显著提高土壤pH值，缓解土壤酸化，显著降低土壤和稻米的重金属镉含量，与常规施肥相比，施用生石灰降低土壤总镉15.74%～20.64%，施用“众望”土壤调理剂降低土壤总镉18.45%～23.25%。

关键词：土壤调理剂；生石灰；土壤理化性状；重金属

中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1006-060X（2024）03-0015-04

Effects of Soil Conditioner on the Physiological Characteristics and Heavy

Metal Uptake of Early Rice

TAN Mei1，2，YI Bai-ke1，2，LIU Wen1，2，JIANG Tao1，2，DAI Mei-ling1，2，YANG Mei-xue1，2

（1. Hunan Jinye Zhongwang Technology Co.， Ltd.， Linxiang 414300， PRC; 2. Hunan Engineering Research Center of Organic， Inorganic， and Compound Fertilizers， Linxiang 414300， PRC）

Abstract： Field plot experiments were carried out in Xiangtan and Zhuzhou to study the effect of applying "Zhongwang" soil conditioner on early rice in central Hunan. Three treatments were designed， including conventional fertilization， conventional fertilization + quicklime， and conventional fertilization + "Zhongwang" soil conditioner， to study the effects of soil conditioner on the growth and heavy metal uptake of early rice in central Hunan. The results showed that the soil conditioner promoted the growth of early rice in central Hunan， with insignificant yield-increasing effect. However， it significantly increased soil pH， alleviated soil acidification， and reduced the cadmium content in soil and rice grain. Compared with conventional fertilization， the additional application of quicklime and "Zhongwang" soil conditioner reduced the total cadmium in soil by 15.74%–20.64% and 18.45%–23.25%， respectively.

Key words：soil conditioner; quicklime; soil physical and chemical properties; heavy metal

土壤是作物吸收重金属的最主要来源，重金属难降解、易积累、毒性大，不利于作物的生长发育，对其产量和品质均有较大影响，还存在被作物吸收，进入食物链危害人体健康的潜在威胁[1]。我国农田土壤污染的情况严重，大宗谷类作物中，水稻吸附重金属的能力最强，某些地区所种植水稻大米中重金属镉的质量比超过了食品安全标准（≤0.2 μg/g）[2]。全国农田土壤平均镉质量比为0.23 μg/g，而湖南地区土壤中的镉含量达到0.73 μg/g[3]。湖南省作为传统的农业省份，水稻是主流粮食作物，在农业生产中占主导地位，其重金属镉污染农田状况及其防控措施是社会的关注焦点[4]。

针对农田土壤受到日益严重的重金属污染而引发的各类安全问题，国内外的学者针对不同的修复技术做了大量的研究[5-11]，同时，对于土壤调理剂对降低土壤重金属及稻谷重金属含量也展开了相关研究[12-13]，但针对土壤调理剂在湘中地区水稻田应用效果鲜见报道。笔者利用“众望”土壤调理剂在湘潭和株洲分别开展田间小区试验，以探明“众望”土壤调理剂的应用效果，旨在为治理湘中地区土壤重金属污染和推广“众望”土壤调理剂提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况与材料

试验于2023年在湖南省湘潭市湘潭县梅林桥镇白云村（试验地A）和湖南省株洲市攸县大同桥镇大同村（试验地B）展开。试验地属于亚热带季风性湿润气候，四季分明，雨量充沛，光照充足，较适合农作物生长。试验地A土壤为板页岩发育的黄泥田，试验地B土壤为第四纪红色粘土发育的红黄泥田。试验前农田0～20 cm土壤基本理化性质及土壤重金属含量见表1。

试验地A和试验地B的供試早稻品种分别为株两优819和陵两优268。供试土壤调理剂分别为生石灰、湖南金叶众望科技股份有限公司生产的“众望”牌土壤调理剂（pH值 9.76，K2O 4.95%，CaO 25.7%，SiO2 21.6%）。

1.2 试验设计与方法

每个试验地设计3个处理，T1：常规施肥（25%复合肥750 kg/hm2+尿素225 kg/hm2）；T2：常规施肥+生石灰（1 500 kg/hm2）；T3：常规施肥+“众望”土壤调理剂（1 500 kg/hm2）。每个试验处理重复3次，共18个小区，小区面积为30 m2，小区间用覆薄膜的田埂隔开，小区间单排单灌。试验小区均采用移栽，移栽密度为15 cm×30 cm。

土壤调理剂施用方法为试验田先翻耕、耙碎、整平后，把试验小区的田埂做好，盖好塑料薄膜，然后按照处理把土壤调理剂均匀撒施在对应小区内，随机耙匀。隔1～2 d后再施肥料，再移栽水稻。

1.3 指标测定与方法

1.3.1 生物学性状及产量 记录水稻的生育期，在水稻成熟后，各小区单采单收，晒干后称取稻谷重量；每个小区选择10株水稻作为测量株，测量株高、有效穗，取平均值；每株随机选取3穗测量穗长、穗粒数和实粒数，取平均值；随机选取3份种子，每份1000粒，分别称重求平均值。

1.3.2 土壤理化性质及重金属 水稻收完后，立即采集各小区耕层（0～20 cm）土壤，每个小区采集5个点，按“S”形法取土样。土样放置于实验室阴凉处，风干后磨碎、过筛。土壤pH测定采用酸度计法（土∶水=2.5∶1）；土壤有机质测定采用浓硫酸-重铬酸钾消煮-硫酸亚铁滴定法；土壤全氮测定采用半微量凯式定氮法；土壤碱解氮测定采用碱解扩散-稀硫酸滴定法；土壤有效磷测定采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法；土壤速效钾测定采用乙酸铵-原子吸收火焰光度法；土壤硅铝率采用试剂盒法；土壤阳离子交换量采用三氯化六氨合钴浸提-分光光度法；土壤和植物中重金属采用原子吸收光谱法。

1.4 数据统计与分析

试验结果用Excel 2019软件进行处理，利用SPSS 26.0对每个测定项目统计结果进行显著性方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调理剂对早稻生物学性状的影响

由表2可知，早稻生育期主要由早稻品种和种植地域气候影响，不同土壤调理剂对湘中地区早稻生育期影响不大。

由表3可知，不同试验地内T2处理在株高、穗长、有效穗、结实率和产量上均较T1和T3低，说明生石灰作为土壤调理剂对湘中地区早稻生长和产量产生不良影响；不同试验地内T3处理在株高、穗长、结实率上均最高，其他指标与T1差异不大，说明“众望”土壤调理剂能有效促进湘中地区早稻生长，但对产量影响不大。

2.2 不同土壤调理剂对土壤pH值及理化性状的影响

有大量试验研究表明，土壤 pH 值与土壤重金属活性密切相关，pH值升高，重金属活性显著降低，作物吸收重金属的量也显著降低[14-15]。由表4可知，施用生石灰（T2）和“众望”土壤调理剂（T3）均能有效提高土壤pH值，在2处试验地中均与种植前土壤pH值呈显著差异，且施用“众望”土壤调理剂的土壤pH值整体要高于其他处理。

由表4可知，在常规施肥的基础上，施用生石灰或“众望”土壤调理剂能提高土壤有机质含量，但差异不显著（P＞0.05），对其他土壤理化性状的影响不明显。

2.3 不同土壤调理剂对土壤重金属含量的影响

由表5可知，不同试验地中T2和T3与种植前土壤总镉均表现出显著差异（P＜0.05），且不同试验地中T2和T3总镉、总铅和总铬较种植前均有所降低，而T1较种植前各重金属含量均有所增高。与对照（T1）相比，试验地A中T2和T3分别降低15.74%和18.45%、2.71%和3.15%、1.07%和1.36%；试验地B中T2和T3分别降低20.64%和23.25%、1.87%和3.28%、2.26%和4.54%，说明施用生石灰（T2）和“众望”土壤调理剂（T3）均能有效降低水稻田土壤重金属含量，且“众望”土壤调理剂对湘中水稻田土壤重金属降解效果最佳。

2.4 不同土壤调理剂对早稻植株中重金属含量的影响

由表6可知，施用不同类型土壤调理剂（T2和T3）对于降低稻米中重金属镉和铅含量的效果明显，与对照（T1）相比差异显著。施用“众望”土壤调理剂的（T3）对于降低稻米中的重金属总镉含量比生石灰（T2）的效果更显著，其中“众望”土壤调理剂的（T3）在试验地A和试验地B稻米中总镉的含量分别比对照（T1）降低了0.143、0.117 mg/kg，降幅分别为45.69% 和35.78%；而施用生石灰（T2）在试验地A和试验地B稻米中总镉的含量分别比对照（T1）降低了0.093、0.094 mg/kg，降幅分别为29.71% 和28.75%。不同试验地稻草中总镉含量则相同，施用“众望”土壤调理剂的（T3）对于降低稻草中的重金属总镉含量比生石灰（T2）的效果更显著。

施用“众望”土壤调理剂的（T3）对于降低稻米和稻草中的重金属总铅含量的效果比生石灰（T2）效果较好，但差异不显著（P＞0.05）。

3 小结与讨论

试验结果表明，施用“众望”土壤调理剂可有效促进湘中地区早稻生长，提高产量的效果不明显，但能有效调节土壤pH值，缓解土壤酸化，显著降低土壤和稻米的重金属镉含量。与常规施肥相比，施用生石灰降低土壤总镉15.74%～20.64%，施用“众望”土壤调理剂降低土壤总镉18.45%～23.25%。

有研究表明，施用土壤调理剂能一定程度降低土壤重金属含量和稻米重金属含量[16]，但对水稻产量增产效果并不显著[17]，此研究中“众望”土壤调理剂能有效促进湘中地区早稻生长，但对产量影响不大。

土壤pH值在作物根系对镉的吸附以及镉在土壤溶液中的形态、溶解度和迁移率方面起着最重要的作用[18]。随着pH值变化镉形态含量占比也在发生变化，导致其生物有效性、迁移性及毒性发生变化[19]。此研究中施用生石灰（T2）和“众望”土壤调理剂（T3）均能有效提高土壤pH值，在两个试验地中均与种植前土壤pH值呈显著差异（P＜0.05），且施用“众望”土壤调理剂的土壤pH值整体要高于其他处理。

有机质是影响镉环境行为的关键土壤成分之一，土壤有机质中含有大量能够与镉发生络合或螯合反应的官能团，如羧基、醌基、羰基、酚基等含氧官能团[20]，此研究在常规施肥的基础上，施用生石灰或“众望”土壤调理剂能提高土壤有机质含量，但差异不显著（P＞0.05），这是由于生石灰和“众望”土壤调理剂本身不含有机质，后期可在此基础上对“众望”土壤调理剂进行优化和升级，提高其降低土壤重金属的效果。

施用土壤调理剂可以改善土壤组分的物理性状和化学性状，进而降低重金属在土壤环境中的生物有效性，适合于大面积农田污染的修复[21]。此研究结果显示不同试验地中施用生石灰（T2）和“众望”土壤调理剂（T3）与种植前土壤总镉均表现出显著差异（P＜0.05），与对照（T1）相比，土壤总镉分别降低15.74%～20.64%和18.45%～23.25%；施用生石灰（T2）和“众望”土壤调理剂（T3）均能降低土壤总铅和总铬含量，但效果不显著（P＞0.05），说明施用生石灰（T2）和“众望”土壤调理剂（T3）均能有效降低水稻田土壤重金属含量，且“众望”土壤调理剂对湘中水稻田土壤重金属降解效果最佳。

水稻稻米中Cd浓度与稻草中Cd积累量、Cd向地上部分的分配比以及从地上部分到籽粒Cd分配比呈正相关关系[22]。此研究结果显示，施用“众望”土壤调理剂的（T3）比对照（T1）稻米和稻草中总镉含量显著降低，而稻米中总镉含量降低幅度更大，从地上部分到籽粒Cd分配呈现越往上越少的趋势。

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（责任编辑：张焕裕）