不同鈍化材料對酸性土壤中玉米產(chǎn)量及鎘吸收的影響

柴冠群，范成五，王 麗，蔣 亞，劉桂華，秦 松

（貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，貴州貴陽 550006）

玉米已成為我國第一大糧食作物，2020 年播種面積為4.13×107hm2，總產(chǎn)量達2.61×109t[1]。近年來多地報道玉米存在鎘（Cd）超標現(xiàn)象，如徐夢琪等發(fā)現(xiàn)貴州114 個玉米品種籽粒中Cd 超標3.51%[2]，柴冠群等發(fā)現(xiàn)在貴州試驗的50 個玉米品種籽粒Cd 超標率為14%[3]，李勇進等在長株潭地區(qū)開展Cd 低累積玉米品種試驗中玉米籽粒Cd超標率達27.78%[4]。玉米籽粒對土壤Cd 有一定的富集能力，土壤Cd 含量是決定玉米吸收Cd 多少的關(guān)鍵因素之一。因此，在土壤Cd 含量超標區(qū)種植玉米，可能存在Cd含量超標風險。

目前，農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要分為兩大類：一類是淋洗法、客土法、植物萃取法等措施，去除土壤中重金屬，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)[5]；另一類是通過農(nóng)藝措施降低作物對重金屬的吸收，包括品種調(diào)整、葉面調(diào)控與原位鈍化等措施[6]。原位鈍化修復(fù)技術(shù)作用于土壤，通過改變重金屬形態(tài)，降低活性重金屬含量，實現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)[6]。原位鈍化修復(fù)技術(shù)與其他土壤修復(fù)技術(shù)相比，操作簡便、費用低廉、見效快，易于推廣。前人已對Cd污染耕地修復(fù)做了大量研究，但不同區(qū)域的土壤特性不同，鈍化材料對土壤Cd污染的修復(fù)效果存在一定差異。一般來說，酸性Cd 污染耕地的Cd 活性較強，種植的農(nóng)作物Cd 超標風險較高。筆者在貴州省畢節(jié)市七星關(guān)區(qū)酸性Cd安全利用類耕地上，選擇市面上常見的幾種鈍化材料（海泡石、膨潤土、凹凸棒、生石灰），比較不同鈍化材料對土壤有效Cd 含量、玉米產(chǎn)量及籽粒Cd 吸收特征的影響，旨在為七星關(guān)區(qū)玉米安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地點、材料

試驗地位于七星關(guān)區(qū)楊家灣鎮(zhèn)，海拔為1 589 m，年均降水量954 mm，年均氣溫12.5 ℃，無霜期約250 d，屬亞熱帶濕潤季風氣候。供試土壤為黃壤，土壤pH 值為4.83，有機質(zhì)含量41.29 g·kg-1，堿解氮含量165.48 mg·kg-1，有效磷含量45.39 mg·kg-1，速效鉀含量218.63 mg·kg-1，全Cd含量0.56 mg·kg-1，有效Cd含量0.13 mg·kg-1。試驗地為受Cd 污染的安全利用類耕地，供試玉米品種為西抗18。

1.2 試驗設(shè)計

2021 年5 月在試驗基地開展田間小區(qū)試驗，試驗共設(shè)置5 個處理：1）CK（不施鈍化材料）；2）海泡石；3）膨潤土；4）凹凸棒；5）生石灰。每個處理3次重復(fù)。鈍化材料施用量均為3 000 kg·hm-2，在土壤旋耕前，一次性撒入土壤。小區(qū)面積30 m2（10 m×3 m），玉米種植規(guī)格為株距40 cm，行距60 cm，每穴播種3 粒玉米種子。玉米長出3片葉時間苗，每穴僅留1株。施肥與田間管理參照當?shù)剞r(nóng)戶習(xí)慣，整個生育期N、P2O5與K2O施用量分別為225、120、150 kg·hm-2。

1.3 測定項目及方法

玉米成熟后，采用“梅花形”取樣法，在各小區(qū)隨機選取10株玉米，進行株高、莖粗、穗位高等農(nóng)藝性狀的測量，并將玉米穗帶回實驗室測定穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒數(shù)、百粒重等。將各小區(qū)收獲的玉米穗，按14%的籽粒含水量折算各處理產(chǎn)量。用去離子水清洗玉米籽粒后，吸水紙擦干，置于烘箱內(nèi)105 ℃殺青30 min，60 ℃烘干。用三維震擊式球磨儀研磨玉米籽粒烘干樣，過0.25 mm 尼龍篩、備用。玉米籽粒Cd 含量參照《食品安全國家標準食品中多元素的測定》（GB 5009.268—2016）測定[7]。土壤有效Cd 含量參照《土壤8 種有效態(tài)元素的測定二乙烯三胺五乙酸浸提-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法》（HJ 804—2016）測定[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

應(yīng)用EXCEL 2010 進行數(shù)據(jù)計算，運用SPSS 20 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，采用Sigmaplot 14.0進行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鈍化材料對玉米農(nóng)藝性狀的影響

不同處理對玉米株高、莖粗、穗位高的影響如表1 所示?？芍?，就株高而言，不同處理的玉米株高介于276.89～319.11 cm，與CK 相比，施用凹凸棒、生石灰的處理玉米株高均有顯著增加，增幅分別為5.82%、15.25%；就莖粗而言，不同處理的玉米莖粗介于13.89～14.23 mm，不同處理之間差異不顯著；就穗位高而言，不同處理的玉米穗位高介于113.67～116.15 cm，不同處理之間差異不顯著。

表1 不同鈍化材料處理的玉米農(nóng)藝性狀

2.2 不同鈍化材料對玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.2.1 對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

不同處理對玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響如表2所示?？芍陀衩姿腴L而言，不同處理的玉米穗長介于22.39～25.10 cm，生石灰處理的玉米穗長顯著高于其他處理，與CK 相比，生石灰處理的穗長增幅為12.10%；就穗粗而言，不同處理玉米穗粗介于4.78～5.03 cm，生石灰處理的玉米穗粗顯著高于其他處理，與CK 相比生石灰處理的穗粗增幅為5.01%；生石灰處理的玉米穗行數(shù)、行粒數(shù)均顯著高于其他處理，分別較對照處理提高了6.62%、6.36%；施用鈍化材料的處理玉米穗粒數(shù)顯著高于CK，其中生石灰處理的玉米穗粒數(shù)最高，增幅為12.20%。

表2 不同鈍化材料處理的玉米產(chǎn)量構(gòu)成因子

2.2.2 對玉米百粒重和產(chǎn)量的影響

不同處理對玉米百粒重和產(chǎn)量的影響如表3所示?？芍?，施用鈍化材料顯著促進百粒重增加，與CK 相比，海泡石、膨潤土、凹凸棒與生石灰處理百粒重增幅分別為2.32%、4.78%、6.22%、8.58%。施用鈍化材料顯著促進玉米籽粒產(chǎn)量增加，與CK 相比，海泡石、膨潤土、凹凸棒與生石灰處理產(chǎn)量增幅分別為2.84%、7.17%、7.75%、16.43%。

表3 不同鈍化材料處理對玉米百粒重與產(chǎn)量的影響

2.3 不同鈍化材料對土壤有效Cd 含量及玉米籽粒Cd吸收的影響

2.3.1 對土壤有效Cd含量的影響

不同處理對土壤有效Cd 含量的影響如圖1 所示?？芍Ｅ菔幚?、膨潤土處理的土壤有效Cd含量均與CK 差異不顯著，與CK 相比，凹凸棒處理、生石灰處理的土壤有效Cd 含量均顯著降低，降幅分別為11.97%、43.66%。

圖1 不同鈍化材料對土壤有效Cd含量的影響

2.3.2 對玉米籽粒Cd吸收的影響

不同處理的玉米籽粒Cd 吸收特征如圖2 所示。可以看出，海泡石處理、膨潤土處理的玉米籽粒Cd含量均與CK差異不顯著，3個處理的玉米籽粒Cd含量均高于《糧食（含谷物、豆類、薯類）及制品中鉛、鉻、鎘、汞、硒、砷、銅、鋅等八種元素限量》（NY 861—2004）中玉米Cd 含量限值（0.05 mg·kg-1）[9]；凹凸棒處理、生石灰處理的玉米籽粒Cd 含量均低于國標限值[9]；與CK 相比，凹凸棒處理、生石灰處理的玉米籽粒Cd含量均顯著降低，降幅分別為15.76%、28.38%。

圖2 不同鈍化材料處理的玉米籽粒Cd含量特征

3 小結(jié)與討論

目前，我國約0.2×108hm2耕地受重金屬污染，其中Cd 點位超標率達7%，已成為土壤首要無機污染物[3,10]。土壤中的Cd 遷移能力較強，易被作物吸收，隨食物鏈進入人體后長期富集積累，易誘發(fā)人體骨質(zhì)疏松、器官衰竭等癥狀[11]。因此，土壤Cd污染修復(fù)治理已成為全社會關(guān)注的焦點。

試驗發(fā)現(xiàn)施用凹凸棒、生石灰的處理玉米株高均大幅提高，分別提高5.82%、15.25%，這可能是因為凹凸棒、生石灰中含有大量Ca、Mn、Zn 等中微量礦質(zhì)元素，能夠促進玉米的生長。張麗麗等報道，施用生石灰可緩解土壤酸化，對玉米幼苗生長起到促進作用[12]。玉米穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)與穗粒數(shù)是影響玉米產(chǎn)量的關(guān)鍵因素；周斌等分析發(fā)現(xiàn)玉米產(chǎn)量與穗行數(shù)、行粒數(shù)與穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)[13]。研究還發(fā)現(xiàn)生石灰處理的玉米百粒重、產(chǎn)量均顯著高于CK，增幅分別為8.58%、16.43%，可能是因為生石灰對土壤酸化調(diào)控能力較強，加之Ca 是參與植物生理過程、促進作物光合作用與干物質(zhì)累積的必需營養(yǎng)元素[14]。

作物吸收土壤重金屬不僅與其總量有關(guān)，而且與其在土壤中的存在形態(tài)也密切相關(guān)[15]。王玉婷等報道施用海泡石能夠顯著提升土壤pH，促進土壤Cd 由活性態(tài)向惰性態(tài)轉(zhuǎn)化[16]；徐奕等報道施用膨潤土后，土壤交換態(tài)Cd 含量較對照降低了7.9%～24.6%[17]；楊文葉等報道在鎘超標土壤中施用凹凸棒能夠顯著降低土壤有效Cd含量，實現(xiàn)菜薹安全生產(chǎn)[18]；呂俊飛等報道施用生石灰土壤交換態(tài)Cd 含量較對照降低了37.46%[19]。試驗研究發(fā)現(xiàn)施用鈍化材料的處理土壤有效Cd 含量較CK 顯著降低，使玉米籽粒Cd 含量較CK降低28.38%，這與前人研究結(jié)果一致。生石灰處理的土壤有效Cd 含量與玉米籽粒Cd 含量均最低，這是因為生石灰調(diào)控土壤酸度的能力較強，且Ca2+與Cd2+離子半徑相似，在植株中具有相同的運輸通道，生石灰能夠及時補充大量Ca2+，在作物體內(nèi)與Cd2+發(fā)生拮抗作用，抑制玉米對Cd2+的吸收[14]。

綜上所述，生石灰（用量3 000 kg·hm-2）可顯著促進玉米百粒重、產(chǎn)量增加，增幅分別為8.58%、16.43%，且能夠?qū)崿F(xiàn)玉米籽粒Cd 安全生產(chǎn)，使玉米籽粒Cd含量較CK處理降低28.38%。