有機水溶肥在鎘污染稻田中的應用效果研究

田發(fā)祥，紀雄輝,2，郭勇軍，謝運河,2，周書剛，伍志波，周堅兵

（1. 湖南省土壤肥料研究所，農(nóng)業(yè)部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，湖南 長沙 410125；2. 中南大學研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125；3. 佛山市植寶化工有限公司，廣東 佛山528000）

有機水溶肥在鎘污染稻田中的應用效果研究

田發(fā)祥1，紀雄輝1,2，郭勇軍3，謝運河1,2，周書剛3，伍志波3，周堅兵3

（1. 湖南省土壤肥料研究所，農(nóng)業(yè)部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，湖南 長沙 410125；2. 中南大學研究生院隆平分院，湖南 長沙 410125；3. 佛山市植寶化工有限公司，廣東 佛山528000）

采用田間小區(qū)試驗，在典型的鎘污染稻區(qū)長沙縣北山鎮(zhèn)、湘潭縣梅林橋鎮(zhèn)開展了重金屬修復劑“植寶素有機水溶肥料”、“植寶素腐植酸水溶肥料”的田間應用效果試驗。結果表明，北山點施用“植寶素有機水溶肥料”處理（ZHW）和“植寶素腐植酸水溶肥料”處理（ZHF）分別比常規(guī)施肥處理水稻增產(chǎn)7.77% （P＜0.05）和10.22% （P＜0.05）；湘潭點ZHW和ZHF處理分別比常規(guī)施肥處理水稻增產(chǎn)8.60% （P＜0.05）和8.59% （P＜0.05）。兩試驗點有機水溶肥的稻米鎘含量皆達到食品安全國家標準，北山點ZHW和ZHF處理的稻米鎘含量分別比常規(guī)施肥下降48.15% （P＜0.05）和37.04% （P＜0.05）；湘潭點則分別下降33.33% （P＜0.05）和52.38% （P＜0.05），并對水稻吸收積累其他重金屬也有一定的抑制效果。

有機肥；水溶肥；鎘；重金屬；植寶素

隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展，受工業(yè)“三廢”和農(nóng)業(yè)活動自身的影響，我國農(nóng)田土壤重金屬污染問題日趨嚴重[1]。湖南省是中國的有色金屬之鄉(xiāng)，受日益發(fā)展的采、選、冶等工業(yè)以及來自含重金屬農(nóng)業(yè)投入品的影響，農(nóng)田土壤重金屬污染已逐漸成為影響湖南經(jīng)濟發(fā)展和人類身體健康的重要環(huán)境問題[2]。土壤重金屬污染治理主要有淋洗法、客土法、電解法、化學鈍化法、生物修復法等，其中最主要的是施用赤泥、石灰等堿性物質(zhì)進行重金屬污染土壤治理的土壤原位化學固定修復技術，通過提高土壤pH值，調(diào)控重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，降低其在土壤中的遷移性，減少作物對重金屬的吸收[3-4]，因其簡便、快速、高效等優(yōu)點，是修復大面積重金屬污染土壤的較好選擇。但石灰、赤泥等的大量施用會引起土壤結構性變差，土壤板結，甚至導致石灰化田的形成。近年來，隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構的調(diào)整和無公害食品產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，有機肥已逐步成為我國肥料業(yè)生產(chǎn)和推廣應用的熱點，成為我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的部分，研制有機肥類重金屬鈍化劑既能達到鈍化土壤重金屬的目的，還能改良土壤。試驗采用有機類型鈍化劑產(chǎn)品，在長沙縣北山鎮(zhèn)和湘潭縣梅林橋鎮(zhèn)的鎘污染稻田開展了有機水溶肥應用效果研究，以期為其大面積的推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

根據(jù)《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618-1995），選擇長沙縣北山鎮(zhèn)、湘潭縣梅林橋鎮(zhèn)2個中輕度鎘污染稻田土壤開展田間試驗。

北山點（經(jīng)度：113°03′28.4″；緯度：28°26′22.7″）。輕度污染點，為湖南省長沙縣北山鎮(zhèn)農(nóng)業(yè)技術推廣站試驗基地，為雙季稻種植制度，土壤為花崗巖發(fā)育的水稻土，土壤全鎘含量0.43 mg/kg，土壤有效態(tài)鎘含量0.15 mg/kg。污染原因為上世紀80年代至90年代上游建有一化工廠，下游長期灌溉污水所致。水稻品種采用湘晚秈12號。

湘潭點（經(jīng)度：28°26′22.7″；緯度：28°26′22.7″）。中度污染點，為湖南省湘潭縣梅林橋鎮(zhèn)，雙季稻種植，土壤為第四紀紅壤發(fā)育水稻土。土壤全鎘含量0.84 mg/kg，土壤有效態(tài)鎘含量0.29 mg/kg。主要污染原因是湘潭及株洲工業(yè)廢氣經(jīng)過大氣沉降所致。水稻品種采用湘晚秈13號。

其他土壤理化性質(zhì)和見表1、表2。

1.2 試驗材料

有機水溶肥有“植寶素有機水溶肥料”和“植寶素腐植酸水溶肥料”（佛山市植寶化工有限公司），前者有機質(zhì)≥120 g/L，N+P2O5+K2O≥170 g/L，Cu+Mn+Zn+B+Mo約30～50 g/L；后者腐植酸≥40 g/L；N+P2O5+K2O≥200 g/L。

1.3 試驗設置

試驗設4個處理，處理1：對照（CK）；處理2：施生石灰75 kg/667m2（CKCa）；處理3：噴施“植寶素有機水溶肥料”100 mL/667m2（分返青、孕穗2次噴施）（ZHW）；處理4：施“植寶素腐植酸水溶肥料”60 L/667m2（ZHF）。各處理N、P2O5、K2O用量分別為150、30、75 kg/hm2，不足部分用尿素、過磷酸鈣、氯化鉀補齊。每處理3次重復，隨機排列，小區(qū)面積20 m2，小區(qū)間設隔離行，用塑料薄膜鋪蓋至田面30 cm以下，各小區(qū)單灌單排，避免串灌串排。

“植寶素有機水溶肥料”作葉面肥，分別于返青期（移栽后7 d左右）和孕穗期（移栽后40 d左右）對水50 kg/667m2噴施；“植寶素腐植酸水溶肥料”于土壤翻耕前一次性施入（水稻移栽前1周用瓢澆施），然后施用基肥，翻耕后充分耙勻，移栽水稻秧苗。各處理除肥料施用不同外，其余農(nóng)事操作相同。

樣品采集與處理：試驗開始前取基礎土壤，測定土壤基本理化性質(zhì)及重金屬全量和有效態(tài)含量。水稻收獲后每個試驗小區(qū)取0～15 cm土壤樣，測定重金屬有效態(tài)含量。水稻成熟后各小區(qū)單打單收，測產(chǎn)，并取樣分析大米及植株中重金屬含量，大米及植株樣品采用微波消解后用ICP-MS進行重金屬含量的測定。

2 結果與分析

2.1 供試肥料對水稻生長的影響

2.1.1 供試肥料對水稻株高及分蘗數(shù)的影響 水稻分蘗盛期測定株高、分蘗數(shù)、葉片SPAD值（表3），結果表明，施用石灰對水稻株高和分蘗數(shù)具有一定的抑制作用，但葉片SPAD值略有增加；而ZHW和ZHF處理皆可較大幅度增加水稻株高和分蘗數(shù)，還在一定程度上提高了水稻葉片SPAD值，表明兩種有機水溶肥皆有促進水稻生長和分蘗，提高水稻葉綠素含量的作用。

2.1.2 供試肥料對水稻產(chǎn)量的影響 成熟期測定水稻實際產(chǎn)量和生物量（表4），結果表明，施用有機水溶肥皆顯著增產(chǎn)，北山試驗點ZHW和ZHF處理分別比常規(guī)施肥增產(chǎn)7.77% （P＜0.05）和10.22% （P＜0.05），分別比施用石灰增產(chǎn)9.13% （P＜0.05）和11.61%（P＜0.05）；湘潭試驗點ZHW和ZHF處理分別比常規(guī)施肥增產(chǎn)8.60% （P＜0.05）和8.59% （P＜0.05），分別比施用石灰增產(chǎn)9.98% （P＜0.05）和9.97% （P＜0.05）。ZHW處理的稻草干重與施用石灰及常規(guī)施肥處理間無顯著差異，而ZHF處理則顯著增加了稻草干重，表明ZHF處理的水稻產(chǎn)量增加顯著，其稻草生物量也大幅度增加。

2.2 供試肥料對水稻重金屬含量的影響

2.2.1 供試肥料降低稻米重金屬含量的效果 成熟期水稻稻米重金屬含量結果表明（表5），北山和湘潭試驗點常規(guī)施肥稻米鎘含量分別為0.27和0.21 mg/kg，超過食品安全國家標準（0.2 mg/kg），其他重金屬含量未超標。施用石灰顯著降低稻米鎘含量，北山點下降37.04%（P＜0.05），湘潭點下降66.67%（ P＜0.05），稻米鎘含量達到食品安全國家標準，湘潭點施用石灰的稻米鉻含量也顯著下降62.50%（ P＜0.05）。

北山和湘潭試驗點施用兩種有機水溶肥皆使稻米重金屬含量達到食品安全國家標準。北山點ZHW處理顯著降低稻米鎘、鉻含量，比常規(guī)施肥分別降低48.15%（ P＜0.05）和45.71%（ P＜0.05）；ZHF處理則顯著降低稻米鎘、砷含量，比常規(guī)施肥分別降低37.04%（P＜0.05）和32.14%（ P＜0.05）。湘潭點ZHW處理降低稻米鎘、鉻含量，比常規(guī)施肥分別降低33.33%（ P＜0.05）和56.25%（ P＜0.05）；ZHF處理則降低稻米鎘、砷含量，比常規(guī)施肥分別降低52.38%（ P＜0.05）和75.00%（P＜0.05）?？梢?，供試的兩種有機水溶肥皆可顯著降低稻米鎘含量，并對水稻吸收積累其他重金屬也有一定的抑制效果。

2.2.2 供試肥料降低稻草重金屬含量的效果 成熟期稻草重金屬含量結果表明（表6），北山點施用石灰顯著降低稻草鎘含量，稻草鎘含量比常規(guī)施肥降低44.20%（P＜0.05）；湘潭點施用石灰則顯著降低稻草鎘、鉛、砷含量，比常規(guī)施肥分別降低58.62%（P＜0.05）、25.21%（P＜0.05）和20.32%（P＜0.05）。

施用兩種有機水溶肥均顯著降低稻草鎘含量。北山點ZHW和ZHF處理的稻草鎘含量比常規(guī)施肥分別下降21.74%（P＜0.05）和28.99%（P＜0.05），但對稻草吸收積累鉻、汞、砷、鉛無顯著影響；湘潭點ZHW處理有降低稻草鎘、鉛含量的趨勢，ZHF處理也可有效降低稻草鎘、砷、鉛含量，其稻草鎘、砷、鉛含量分別比常規(guī)施肥降低26.44%（P＜0.05）、5.88%和17.81%?？梢姡┰嚨膬煞N有機水溶肥對降低稻草吸收積累重鎘、鉛等金屬也有一定的抑制作用。

2.3 供試肥料對重金屬活性及土壤理化性質(zhì)的影響

2.3.1 供試肥料對土壤重金屬有效性的影響 水稻收獲后，土壤有效態(tài)重金屬含量結果表明（表7），北山、湘潭試驗點施用有機水溶肥皆有降低土壤鎘、鉻、鉛、砷、汞有效態(tài)含量的趨勢，但差異未達顯著水平。

2.3.2 供試肥料對土壤理化性狀的影響 水稻收獲后，土壤理化性狀結果表明（表8），在北山和湘潭兩試驗點施用石灰皆顯著提高土壤pH值，施用有機水溶肥也可有效提高了土壤pH值，北山點ZHW和ZHF處理分別比常規(guī)施肥提高0.13和0.03個單位，而湘潭點也分別提高0.11和0.08個單位。但不同處理對土壤有機質(zhì)含量、陽離子交換量、耕層容重以及孔隙度等皆無顯著影響。

3 討 論

“植寶素有機水溶肥料”、“植寶素腐植酸水溶肥料”皆可促進水稻株高及分蘗數(shù)的增加，并促進水稻葉綠素含量的增加，表明兩種水溶肥料在同等肥力水平下對水稻的供肥能力更強，從而促進水稻產(chǎn)量顯著增加。

有機肥施入土壤后增加土壤有機質(zhì)含量，有機質(zhì)既可吸附土壤中的重金屬形成不被植物吸收的穩(wěn)定態(tài)絡合物[5]，也可形成活性更高的可溶態(tài)[6]。因此，在施用有機肥修復重金屬污染土壤的報道中，既有添加有機質(zhì)提高土壤重金屬有效性的報道[7-8]，也有增加有機質(zhì)降低土壤重金屬有效性的研究[9]。但有機肥來源廣泛，成份復雜，有的還具有較高含量的重金屬，大量施用會增加土壤重金屬污染風險[10]。而采用有機水溶肥，既可能利用了有機肥鈍化重金屬的特性，也可通過其加工環(huán)節(jié)降低其重金屬含量，在修復重金屬污染土壤的應用中具有更好的可控性。本研究結果表明，“植寶素有機水溶肥料”和“植寶素腐植酸水溶肥料”皆有降低稻米鎘含量的效果，試點中輕度鎘污染稻田施用供試的兩種有機水溶肥后，稻米鎘含量均達到食品安全國家標準。兩種水溶肥料皆可提高土壤pH和有機質(zhì)含量，能在一定程度上緩解土壤酸性，增加有機質(zhì)含量還可以改良土壤環(huán)境，促進水稻的生長。稻米鎘含量與土壤有效態(tài)鎘含量及土壤pH值的相關性分析表明，稻米鎘含量與土壤有效態(tài)鎘含量呈正相關（北山：r =0.431；湘潭：r =0.147），與土壤pH值呈負相關（北山：r =-0.191；湘潭：r =-0.740**）?？梢娛┯谩爸矊毸赜袡C水溶肥料”和“植寶素腐植酸水溶肥料”能在一定程度上提高土壤pH，降低土壤有效態(tài)鎘含量，從而減少水稻對鎘的吸收積累。

4 結 論

（1）“植寶素有機水溶肥料”、“植寶素腐植酸水溶肥料”皆可促進水稻生長和分蘗，提高水稻葉綠素含量。北山試驗點施用兩種水溶肥料后比常規(guī)施肥分別增產(chǎn)7.77% （P＜0.05）和10.22% （P＜0.05）；湘潭試驗點施用兩種水溶肥料后分別比常規(guī)施肥增產(chǎn)8.60%（P＜0.05）和8.59% （P＜0.05）。

（2）施用“植寶素有機水溶肥料”和“植寶素腐植酸水溶肥料”皆可顯著降低水稻對鎘的吸收積累，北山點施用兩種水溶肥料的稻米鎘含量比常規(guī)施肥分別下降48.15%（P＜0.05）和37.04% （P＜0.05）；湘潭點則分別下降33.33% （P＜0.05）和52.38% （P＜0.05），并對水稻吸收積累其他重金屬也有一定的抑制效果。

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（責任編輯：盧 友）

Application Effects of Organic Water Soluble Fertilizer in Cadmium-Polluted Paddy Fields

TIAN Fa-xiang1，JI Xiong-hui1,2，GUO Yong-jun3，XIE Yun-he1,2，ZHOU Shu-gang3，WU Zhi-bo3，ZHOU Jian-bin3

（1. Institute of Hunan Soil and Fertilizer, Ministry of Agriculture’s Key laboratory of Agricultural Environment in Mid-Reach Yangtze River Plain, Changsha 410125,PRC; 2. Longping Branch of Graduate School, Central South University, Changsha 410125,PRC; 3. Foshan Zhibao Chemical Co., Ltd., Foshan 528000, PRC）

A feld plot experiment was conducted to evaluate the application effect of “Zhibaosu organic water soluble fertilizer” (ZHW) and “Zhibaosu humic acid water soluble fertilizer” (ZHF) in two typical cadmium polluted paddy areas, Beishan town in Changsha county and Meilinqiao town in Xiangtan county. The results showed that compared with the rice yield of conventional fertilization (CK),those of the treatments applying ZHW and ZHF increased by 7.77% (P＜0.05) and 10.22% (P＜0.05) at Beishan respectively, and by 8.60% (P＜0.05) and 8.59% (P＜0.05) at Meilinqiao respectively. The cadmium content of rice at both two places reached the National Standards for Food Safety, and those of the treatments applying ZHW and ZHF reduced by 48.15% (P＜0.05) and 37.04% (P＜0.05) at Beishan respectively, and by 33.33% (P＜0.05) and 52.38% (P＜0.05) at Meilinqiao respectively. The application of ZHW and ZHF could also reduce the content of other heavy metals of rice.

organic fertilizer; water soluble fertilizer; cadmium; heavy metal; Zhibaosu

S145.2

A

1006-060X（2015）08-0053-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.08.017

2015-07-15

橫向課題資助

田發(fā)祥（1981- ），男，湖南龍山縣人，助理研究員，主要從事農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境研究。

紀雄輝