土壤pH·淹水調(diào)控與低鎘積累品種在水稻大田生產(chǎn)上的降鎘效果
2018-05-14 08:59:49康六生
安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) 2018年20期
康六生
摘要 [目的]研究土壤pH、淹水調(diào)控與低鎘積累品種在水稻大田生產(chǎn)上的降鎘效果。[方法]通過(guò)土壤pH、淹水調(diào)控與低鎘積累品種等多項(xiàng)鎘污染防治措施的應(yīng)用，探索鎘污染稻田水稻安全生產(chǎn)技術(shù)模式。[結(jié)果]pH<6.5時(shí)，VIL、V、IL 3種處理均使土壤有效Cd上升，上升幅度表現(xiàn)為VIL
關(guān)鍵詞 鎘污染防治；糙米Cd含量；淹水管理+石灰施用；低鎘積累品種
中圖分類(lèi)號(hào) S158.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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
隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展和城市規(guī)模的不斷擴(kuò)大，污水、廢氣、毒渣毒泥等污染源與量顯著增多，因其不當(dāng)排放，已造成了大量的耕地污染，面積約達(dá)1.0×107 hm2[1] 。環(huán)境保護(hù)部、 國(guó)土資源部共同發(fā)布的《全國(guó)土壤染污狀況調(diào)查報(bào)告》（2014 年）顯示，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中鎘污染率達(dá)7.0%，是無(wú)機(jī)物污染類(lèi)型中占比最高的一種。鎘污染嚴(yán)重破壞了農(nóng)作物的生長(zhǎng)環(huán)境，威脅了人們身體健康及生命安全，鎘污染土壤治理已成為業(yè)界共同關(guān)注的重大問(wèn)題。
近年來(lái)出現(xiàn)的水分管理、石灰施用等農(nóng)藝措施，對(duì)土壤pH、Eh進(jìn)行調(diào)控，或通過(guò)篩選可食部位低鎘積累型品種等手段，降低鎘在作物中的積累，均有一定的效果，但目前此類(lèi)研究大多集中在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行，在大田中的應(yīng)用較少。大多認(rèn)為，鎘等重金屬污染土壤的修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，單一的修復(fù)技術(shù)，不是難以實(shí)施，就是很難達(dá)到預(yù)期效果，無(wú)法從根本上解決鎘等重金屬的污染問(wèn)題[2-3]，因此，如何利用已知有效的降鎘措施，進(jìn)行綜合性農(nóng)藝調(diào)控，探索大田應(yīng)用模式，來(lái)降低鎘通過(guò)食物鏈威脅人群健康的風(fēng)險(xiǎn)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者研究了土壤pH、淹水調(diào)控與低鎘積累品種在水稻大田生產(chǎn)上的降鎘效果，以期為鎘污染土壤治理提供理論依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 試驗(yàn)材料
根據(jù)2012年農(nóng)業(yè)部門(mén)耕地重金屬污染普查結(jié)果，選擇土壤有效鎘含量低、中度污染且有代表性的水稻田進(jìn)行試驗(yàn)。
低鎘積累型水稻品種，采用湖南省2014年公布的鎘低積累水稻品種，其中早稻為湘早秈32號(hào)，中稻和晚稻均為湘晚秈13號(hào)，對(duì)照不予統(tǒng)一，各自采用當(dāng)?shù)卮竺娣e推廣的非低鎘積累型品種。分別為雙峰晚稻、雙峰早稻、婁星區(qū)晚稻、婁星區(qū)早稻、婁星區(qū)中稻、漣源晚稻、漣源早稻、冷水江早稻、冷水江晚稻。
熟石灰和灌溉水均選用當(dāng)?shù)匚次廴静牧稀?/p>
1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
采用多點(diǎn)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，點(diǎn)位分布在婁底市下轄的冷水江、漣源、婁星區(qū)、雙峰4個(gè)縣（市）區(qū)，除婁星區(qū)分別設(shè)早、中、晚稻3個(gè)區(qū)組外，其他行政區(qū)均分別設(shè)早、晚稻2個(gè)區(qū)組，共9個(gè)區(qū)組。區(qū)組內(nèi)設(shè)4個(gè)處理：處理①（CK）采用當(dāng)?shù)仄贩N，習(xí)慣性水分管理，可以曬田，不施用熟石灰；處理②（IL）采用當(dāng)?shù)仄贩N，全生育期淹水性管理，施用熟石灰；處理③（V）采用低鎘品種，其余同CK。處理④（VIL）采用低鎘型品種，全生育期淹水性管理，施用熟石灰。
1.3 田間管理 用種、用肥量參考當(dāng)?shù)厮?，并選用當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)常用肥料品種；分蘗末期施用熟石灰900 kg/hm2；全生育期淹水性管理，即除分蘗盛期露田不曬田外，其他時(shí)期均不脫水，保持有水層；其他日常管理均按照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的常規(guī)栽培方式管理。
1.4 測(cè)定項(xiàng)目與方法
試驗(yàn)后各小區(qū)采集土壤樣品和稻谷樣品各一份。土壤pH采用電位法測(cè)定；土壤速效態(tài)鎘采用DTPA提?。徊诿證d含量采用HNO3-HClO濕法消煮，原子吸收光譜法測(cè)定。
1.5 數(shù)據(jù)分析
采用Excel 2003對(duì)處理間效果進(jìn)行方差分析（LSD法），各點(diǎn)平均值為3次重復(fù)的平均值。
2 結(jié)果與分析
2.1 土壤pH及其變化
試驗(yàn)后，CK土壤pH為5.70～8.07，其中大于6.5的有婁星區(qū)中稻、雙峰早稻及晚稻等，小于6.5的有漣源早稻及晚稻。以CK為對(duì)照，土壤pH變化情況見(jiàn)表1。由表1可知，VIL、IL處理（施用石灰和淹水管理）對(duì)土壤pH有明顯的影響，其中除雙峰早稻及婁星區(qū)中稻外，其他7個(gè)試驗(yàn)土壤pH均有所提高，平均上升0.27，這說(shuō)明撒施一定量的石灰和進(jìn)行淹水管理，在不同區(qū)域水稻土上均有降低土壤酸度的作用。將土壤△pH與CK土壤pH二次回歸分析（圖1），其二次模型相關(guān)性達(dá)顯著水平。表明相同石灰施用量，土壤pH下降幅度隨CK土壤pH的升高而降低，在土壤pH達(dá)7.2左右時(shí)，施用石灰難以表現(xiàn)出調(diào)酸的效果。V處理土壤pH相對(duì)CK，在各地區(qū)表現(xiàn)不一，變化幅度不大，平均下降0.01。
2.2 土壤有效Cd含量
土壤Cd的化學(xué)形態(tài)可分為水溶態(tài)、吸附態(tài)、絡(luò)合態(tài)和礦物態(tài)[4]。其中pH、Eh是影響Cd在水溶態(tài)、吸附態(tài)、固定態(tài)等不同相態(tài)中分布的重要因素[5-6]。在淹水狀態(tài)下，土壤因缺氧而轉(zhuǎn)變?yōu)檫€原狀態(tài)，F(xiàn)e2+、S2-等含量增加，將促進(jìn)Cd硫化物的形成，影響鐵等氧化物對(duì)重金屬的吸附特性；淹水也能增加土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)Cd的絡(luò)合能力，形成穩(wěn)定的絡(luò)合態(tài)、晶形氧化鐵結(jié)合態(tài)及石灰性土壤碳酸鹽結(jié)合態(tài)，從而降低鎘的活性。廖敏等[5]通過(guò)石灰施用調(diào)節(jié)土壤pH，室內(nèi)模擬研究土壤水溶態(tài)鎘和交換態(tài)鎘之間的轉(zhuǎn)化特性，發(fā)現(xiàn)土壤水溶態(tài)鎘隨著石灰用量的增加而減少，當(dāng)pH為7.5時(shí)，幾乎全部水溶態(tài)鎘進(jìn)入土壤中，pH在5.5以下時(shí)，交換態(tài)鎘隨著石灰用量的增加而增加，當(dāng)pH為5.0時(shí)，交換態(tài)鎘達(dá)到最大值。
由表2可知，淹水管理、石灰施用等措施，直接或間接地影響了土壤有效Cd形態(tài)的變化，但在不同pH土壤上表現(xiàn)不同。CK、V、VIL、IL 4種處理，土壤有效Cd差異未達(dá)顯著水平（P<0.05）。但根據(jù)土壤pH分段與CK比較，發(fā)現(xiàn)在婁星區(qū)中稻、雙峰早稻及晚稻pH>6.5的土壤上，VIL、IL處理土壤有效Cd含量均下降，下降幅度表現(xiàn)為VIL >IL，而V處理土壤有效Cd升降不同，且變幅很?。辉趐H<6.5的其他土壤上，4種處理土壤有效Cd絕大多數(shù)表現(xiàn)為上升，且表現(xiàn)為VIL
2.3 糙米Cd含量
4種處理糙米Cd含量均未表現(xiàn)出顯著差異（P<0.05），可見(jiàn)在土壤有效Cd含量為0.439～1.054 mg/kg 時(shí)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的不同技術(shù)組合降低水稻糙米對(duì)Cd的積累均未達(dá)顯著水平。但與CK相比，糙米Cd含量總體呈下降趨勢(shì)，其中VIL處理糙米Cd含量除雙峰早稻外，一致表現(xiàn)為下降，平均下降0.053 mg/kg，幅度為28.90%；V處理糙米Cd含量有6處表現(xiàn)為下降，平均下降0.051 mg/kg，幅度為27.53%；IL處理有5處下降，平均下降0.019 mg/kg，幅度為10.01%（表3、圖2），可見(jiàn)，V、VIL、IL處理均對(duì)水稻糙米Cd積累產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響，且效果明顯，其影響程度和一致性表現(xiàn)為VIL >V>IL，其中VIL、V與IL處理有較大差異，前兩者的降Cd幅度是后者的2倍以上。這表明在低鎘積累品種、全生育期淹水管理及石灰施用3種調(diào)控技術(shù)中，影響糙米Cd積累的主因是低鎘積累品種的基因特性。傳統(tǒng)管理方式下，3類(lèi)技術(shù)綜合應(yīng)用，在不同性質(zhì)、不同區(qū)域的稻田土壤上，在降低糙米Cd的效果上，表現(xiàn)出更好的一致性。而當(dāng)土壤pH達(dá)8.0以上時(shí)（即雙峰早稻），則3類(lèi)控制措施均未能起到降低糙米Cd的效果。
2.4 土壤有效Cd含量與糙米Cd含量的相關(guān)性
水溶態(tài)Cd是植物吸收的直接來(lái)源，有效性最高；交換態(tài)Cd所占比例大，活性也較高，對(duì)植物Cd吸收起決定作用[7] 。在不同技術(shù)組合模式下，對(duì)土壤有效Cd含量與水稻糙米Cd含量進(jìn)行相關(guān)性回歸分析，相關(guān)性均達(dá)顯著水平，相關(guān)系數(shù)表現(xiàn)為IL>VIL>V>CK（表4）。
3 結(jié)論與討論
Baker等[8]研究表明，絕大多數(shù)植物對(duì)鎘的吸收均隨土壤中鎘含量的升高而迅速增加，植物體內(nèi)鎘含量與土壤中總鎘和有效鎘均呈極顯著相關(guān)。在該研究中，在不同調(diào)控措施下，水稻糙米中Cd含量與土壤有效Cd含量呈顯著正相關(guān)，盡管水稻吸收的Cd大部分積累在根、葉、莖中，糙米積累的Cd在水稻植株中所占比重很小。這表明控制土壤有效Cd，可作為降低糙米Cd積累的有效途徑。
該研究通過(guò)淹水管理與土壤pH調(diào)節(jié)，控制土壤環(huán)境，降低土壤有效Cd濃度，但影響明顯的因素是土壤pH。土壤pH 6.5以下時(shí)，土壤有效Cd（水溶態(tài)與交換態(tài)二者之和）含量并未隨pH提高而減少，反而有所升高，僅當(dāng)pH 6.5以上時(shí)，土壤有效Cd才有所降低?？梢?jiàn)，在土壤pH 6.5以下時(shí)，pH的變化更多地是導(dǎo)致Cd在水溶態(tài)和吸附態(tài)之間的轉(zhuǎn)化。因此，在通過(guò)調(diào)控土壤pH降低土壤有效Cd 含量來(lái)減少Cd進(jìn)入植物體時(shí)，將土壤pH調(diào)控到6.5以上是非常關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)，這與楊忠芳等[9]的研究結(jié)果較一致。
試驗(yàn)中水稻糙米Cd積累結(jié)果表明，在pH 6.5以下地塊，盡管土壤有效Cd含量上升，但相對(duì)CK，IL、VIL、V 3種處理的糙米Cd含量并未上升，而是下降，特別是VIL、V處理下降幅度達(dá)27.53%，是IL處理的2倍以上。這表明淹水管理+石灰施用與低鎘積累品種均能較大幅度降低水稻糙米對(duì)Cd的積累，而水稻低鎘積累品種的基因特性對(duì)糙米Cd積累的影響遠(yuǎn)大于淹水管理與石灰施用的影響，當(dāng)以上3種控制措施綜合應(yīng)用時(shí)，在各類(lèi)不同性質(zhì)的土壤上，降Cd效果具有更好的一致性。該研究結(jié)果與徐燕玲等[10]研究認(rèn)為水稻對(duì)Cd的吸收及籽粒積累依水分管理和品種而變化，水分管理影響遠(yuǎn)高于基因型影響的結(jié)果不一致。這可能是由于試驗(yàn)條件不同導(dǎo)致的，因此在不同環(huán)境因素下，單一的淹水管理+土壤pH調(diào)控與低鎘積累型品種等措施，在降低糙米Cd積累的效果上并不穩(wěn)定，進(jìn)行多措施的綜合應(yīng)用能帶來(lái)更好的效果。
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