稀土微肥對(duì)水稻鎘脅迫的緩解效應(yīng)研究

黃楚瑜，黃運(yùn)湘，劉利杉，何梨香，龍 祥

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

2014年4月環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)表明，我國(guó)農(nóng)田土壤的重金屬污染相當(dāng)嚴(yán)重，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)19.4%，而鎘污染又是污染物之首[1]。鎘污染土壤的修復(fù)治理成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)和農(nóng)業(yè)科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，目前重金屬污染修復(fù)的方式主要有工程物理、化學(xué)修復(fù)、農(nóng)業(yè)化學(xué)調(diào)控及生物修復(fù)等[2]?；瘜W(xué)鈍化修復(fù)因其具備簡(jiǎn)單快捷、經(jīng)濟(jì)高效等特點(diǎn)而受到越來(lái)越多的關(guān)注，但同時(shí)具備高效鈍化、又不致于產(chǎn)生二次污染的土壤重金屬修復(fù)調(diào)理劑還比較少，且缺乏相關(guān)技術(shù)上的指導(dǎo)。

稀土作為微肥或植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑，已廣泛應(yīng)用于我國(guó)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域[3]。有報(bào)道稱，稀土在阻控重金屬方面效果良好[4-5]。王甲辰等[6]的研究表明，在土壤中添加適當(dāng)量的稀土能有效緩解鎘對(duì)青椒的毒害，并使其生理狀況得到進(jìn)一步改善。曹勇[7]的研究表明，一定濃度的稀土能較好地促進(jìn)芥菜的各項(xiàng)生理指標(biāo)，且對(duì)鎘的逆境脅迫有緩解作用。賈稝[8]與任學(xué)軍[9]分別對(duì)水稻和油菜進(jìn)行稀土浸種試驗(yàn)，結(jié)果表明稀土浸種處理是一種可抑制及減少作物重金屬吸收和累積的有效途徑。為了探索稀土微肥對(duì)水稻鎘脅迫及鎘吸收的阻控效應(yīng)，以稀土微肥“科道離不了”為材料，設(shè)計(jì)了添加外源有效態(tài)鎘的土壤盆栽試驗(yàn)，以期為重金屬鎘污染土壤的修復(fù)利用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)及材料

試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)校區(qū)教學(xué)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行。供試水稻品種為陸兩優(yōu)4026。供試土壤取自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)校區(qū)教學(xué)實(shí)習(xí)基地由紅黃泥改種蔬菜12 a 的菜園土，采樣深度0～20 cm。樣品取回后曬干，錘碎，過(guò)5 mm 篩，混勻，備用。土壤基本理化性質(zhì)為：土壤pH 值4.91，有機(jī)質(zhì)27.3 g/kg，全氮1.46 g/kg，堿解氮115.3 mg/kg，全磷1.39 g/kg，有效磷197.8 mg/kg，全鉀10.00 g/kg，速效鉀98.4 mg/kg，緩效鉀563.5 mg/kg，土壤全鎘含量0.341 mg/kg，有效鎘含量0.175 mg/kg。

供試的稀土微肥由陜西科道生化科技發(fā)展有限公司提供，商品名稱“科道離不了”，其成分為SiO245.7%、K2O 2.18%、CaO 5.02%、MgO 5.36%、（Mn+Zn+Cu+Fe+Mo+Ti）6.21%，稀土≥200 mg/kg；有效態(tài)Si 、K、Ca、Mg、Cu、Zn 分別為2.02 g/kg、1.14 g/kg、25.96 g/kg、9.30 g/kg、4.00 mg/kg、1.00 mg/kg，膠凍樣類芽孢桿菌1.06 億/g，有效態(tài)鎘未檢出；比表面積120 m2/g，陽(yáng)離子交換量19 mmol/100g，pH值7.80。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用土壤盆栽試驗(yàn)方法，以稀土微肥施用量為試驗(yàn)因素，設(shè)置0.2、0.4、0.6 g/kg（相當(dāng)于450、900、1 350 kg/hm2）3個(gè)添加水平，以不施稀土微肥處理為對(duì)照，共計(jì)4個(gè)處理，每處理重復(fù)3 次，具體實(shí)施方案見(jiàn)表1。

表1 土壤盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇高25.8 cm、內(nèi)徑19.7 cm 的瓷盆，每盆裝土6.5 kg。外源有效態(tài)鎘的添加濃度為1.0 mg/kg，鎘源為CdCl2·2.5H2O（分析純）。施肥量按施N 0.20 g/kg、P 0.05 g/kg、K 0.13 g/kg 為標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，以尿素、磷酸二氫鉀、氯化鉀為肥源，氮、磷、鉀肥和稀土均做基肥施用。具體施用方法為：將基肥溶于水后與鎘溶液一起噴灑于供試土壤中拌勻裝盆，熟化7 d 后淹水處理。于7月30日選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的晚稻秧苗移栽至瓷盆中，每盆移栽3 株。根據(jù)晚稻生長(zhǎng)特性進(jìn)行田間管理，并對(duì)幼苗生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀察記載，10月28日分稻谷、莖葉和根系進(jìn)行收割取樣，帶回室內(nèi)測(cè)產(chǎn)和考種。

1.3 檢測(cè)項(xiàng)目與方法

土壤基本理化性質(zhì)采用常規(guī)分析法測(cè)定。土壤全量鎘采用四酸消解（HCl-HNO3-HF-HClO4）石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定；有效態(tài)鎘含量采用0.1 mol/L HCl 浸提、原子吸收分光光度法測(cè)定。土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用四川紫色土，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)為GBW（E）070010。

稀土微肥Ca、Mg、K、Zn、Cu 含量采用土壤調(diào)理劑鈣、鎂含量的測(cè)定方法（NY/T 2272-2012）。

稻米、莖稈和根系經(jīng)烘干、磨細(xì)后，過(guò)40 目篩。Ca、Mg、Zn、P、K、Cu、Cd 含量采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸全消解，用Perkinelmer 公司生產(chǎn)的iptima 8300 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定Ca、Mg、Zn、Cu 含量，采用原子吸收分光光度法測(cè)定Cd含量。植株分析采用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)由中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所提供，大米為湖南大米，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GBW 10045（GBS-23），莖稈和根系采用綠茶，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GBW 10052（GBS-30）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 17.0 軟件進(jìn)行方差分析，采用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行差異顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.1.1 對(duì)水稻株高的影響 圖1 為稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻株高的動(dòng)態(tài)影響。從圖1 中可知，隨著水稻生育期的延長(zhǎng)，水稻株高逐漸增加，至9月5日達(dá)最大值，不同處理之間差異不顯著。這表明在添加1.0 mg/kg有效態(tài)鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥對(duì)水稻株高無(wú)顯著影響。

圖1 稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻株高的動(dòng)態(tài)影響

2.1.2 對(duì)水稻分蘗動(dòng)態(tài)的影響 從圖2 中可知，在添加1.0 mg/kg 有效態(tài)鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg

圖2 不同處理下水稻的分蘗動(dòng)態(tài)

（數(shù)據(jù)為9 株水稻的平均值，不同小寫字母表示處理間差異顯著P<0.05。）稀土微肥對(duì)水稻生育前期分蘗無(wú)顯著影響，至分蘗末期，稀土微肥處理的水稻分蘗個(gè)數(shù)均高于對(duì)照，且處理之間達(dá)顯著差異水平。這表明在低濃度鎘脅迫下，施用稀土微肥有促進(jìn)水稻分蘗的作用。

2.2 稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性狀的影響

由表2 可知，在添加1.0 mg/kg 有效態(tài)鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥，可提高稻谷產(chǎn)量、增加千粒重和根系干質(zhì)量，且隨施用量的增加而逐漸增加；而谷草比以0.4 g/kg 的處理最大，其稻谷產(chǎn)量、千粒重、根系干質(zhì)量和谷草比分別比對(duì)照增加14.6%，6.3%、22.7%和46.7%。

表2 不同用量稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.3 稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響

2.3.1 對(duì)根系吸收礦質(zhì)養(yǎng)分的影響 從表3 中可知，在添加1.0 mg/kg 有效態(tài)鎘的土壤條件下，施用0.2～0.4g/kg 稀土微肥，均可提高水稻根系對(duì)P、K、Mg、Zn、Cu 元素的吸收，施用量增加至0.6 g/kg，根系P、Cu 含量降低，Ca 含量增加，但均未達(dá)差異顯著水平。

表3 稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻根系吸收礦質(zhì)養(yǎng)分的影響

2.3.2 對(duì)水稻秸稈礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響 由表4可知，在添加1.0 mg/kg 有效態(tài)鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥均降低了秸稈中的Ca 含量，提高了其P、K、Mg、Zn、Cu 元素的含量，但均未達(dá)顯著水平。當(dāng)稀土微肥施用量為0.2g/kg 時(shí), 秸稈中P、Zn、Cu的含量最高；施用量為0.4g/kg 時(shí)，秸稈中K、Mg 含量最高。

表4 稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻秸稈礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響

2.3.3 對(duì)糙米礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響 從表5 中可以看出，在添加1.0 mg/kg 有效態(tài)鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥均有降低了糙米Ca 含量、提高糙米P、K、Mg、Zn、Cu 含量的作用；其中，施用0.2～0.4 g/kg 稀土微肥，水稻糙米中的P 含量顯著高于對(duì)照；施用0.4～0.6 g/kg 稀土微肥，水稻糙米中的Zn含量顯著高于對(duì)照；其他元素的差異均不顯著。施用0.4 g/kg 稀土微肥（處理3），糙米Ca 含量較對(duì)照降低6.23%，P、K、Mg、Zn、Cu 含量較對(duì)照分別提高15.38%、13.81%、14.41%、2.40%、20.51%。

表5 稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻糙米礦質(zhì)養(yǎng)分含量的影響

2.4 稀土微肥對(duì)水稻鎘吸收和分布的影響

由表6 可知，水稻吸收的鎘主要分布在根系，其次是秸稈，糙米中鎘含量相對(duì)較低，根系鎘含量為糙米的3.25～4.25 倍。在添加1.0 mg/kg 外源有效態(tài)鎘的土壤條件下，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥未對(duì)水稻吸鎘均起抑制作用，反而促進(jìn)了水稻對(duì)鎘的吸收并向地上部轉(zhuǎn)移，處理間根系和秸稈的鎘含量差異不顯著，糙米中鎘含量差異達(dá)顯著水平。當(dāng)稀土微肥施用量為0.4 g/kg 時(shí)，水稻吸鎘能力最強(qiáng)，根系和秸稈鎘含量均高于其他處理；施用量達(dá)0.6 g/kg 時(shí)，根系和秸稈鎘含量下降，糙米鎘含量上升，均高于或顯著高于對(duì)照。其原因是稀土微肥的施用促進(jìn)了水稻根系的生長(zhǎng)發(fā)育，從而增強(qiáng)了水稻對(duì)鎘的吸收。

表6 稀土微肥對(duì)鎘脅迫水稻不同部位鎘含量的影響

3 結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，供試土壤添加1.0 mg/kg 外源有效態(tài)鎘，施用0.2～0.6 g/kg 稀土微肥，緩減了鎘脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響，提高了稻谷產(chǎn)量；促進(jìn)了水稻對(duì)P、K、Mg、Zn、Cu 的吸收，抑制水稻對(duì)Ca 的吸收。從水稻經(jīng)濟(jì)性狀和效益分析，稀土微肥施用量以為0.4 g/kg 為宜，相當(dāng)于900 kg/hm2。

在添加1.0 mg/kg 外源有效態(tài)鎘的環(huán)境條件下（相當(dāng)于中、輕度鎘污染土壤），施用0.2 ～0.6 g/kg 稀土微肥并未抑制水稻對(duì)鎘的吸收，反而促進(jìn)了水稻對(duì)鎘的吸收并使鎘元素向地上部轉(zhuǎn)移，其原因是稀土微肥的施用促進(jìn)了水稻根系的生長(zhǎng)發(fā)育，從而增加了鎘的吸收。當(dāng)稀土微肥施用量為0.6 g/kg 時(shí)，根系吸鎘量有減少的趨勢(shì)，若進(jìn)一步提高稀土微肥的施用量，是否能降低稻米鎘含量，有待進(jìn)一步研究。

研究采用的是添加外源有效鎘的土壤盆栽試驗(yàn)方法，土壤鎘的生物有效性高，糙米鎘含量高達(dá)5.98～9.41 mg/kg，遠(yuǎn)高于相同污染水平的大田土壤，嚴(yán)重超出了國(guó)家規(guī)定的大米鎘含量標(biāo)準(zhǔn)。故在該試驗(yàn)條件下，施用0.2 ～0.6 g/kg 稀土微肥，未表現(xiàn)降鎘效應(yīng)。如果在大田試驗(yàn)條件下，增加稀土微肥的施用量，是否有降鎘效果有待進(jìn)一步驗(yàn)證。

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