新型土壤改良剂对水稻吸收累积Cd、Pb的影响初探

龚海军，刘昭兵，纪雄辉，彭 华

（1.岳阳市农业科学研究所，湖南 岳阳 414000；2.湖南省土壤肥料研究所，湖南长沙 410125；3.湖南省农业环境研究中心，湖南 长沙 410125）

一直以来，Cd、Pb等被认为是最具毒害的环境污染元素[1-4]。Cd能破坏人体骨骼系统，引发所谓的“骨痛病”[5]，Pb可对人的骨髓造血系统和神经系统造成损害，引起心血管、肾脏等器官的病变[6]。Cd、Pb具有较强的迁移性，尤其通过污染食物链，对人和动物危害极大。随着工业的快速发展，我国受重金属Cd、Pb污染的耕地面积也日趋扩大[7]，解决污染耕地粮食生产的品质安全问题已刻不容缓。如何行之有效地切断污染物的食物链传递途径，已成为环境科学领域的研究热点。目前，国内已有不少利用土壤改良剂控制污染土壤水稻对Cd、Pb的吸收累积，降低糙米Cd、Pb含量的研究报道[8-11]，这对控制污染土壤重金属的迁移，切断污染物的食物链途径具有重要的参考价值。笔者试将一种新的土壤改良剂应用于污染土壤，研究其对水稻吸收累积Cd、Pb的影响，为污染土壤上稻米的安全生产提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

供试土壤分别为采自湖南省岳阳市某矿区Cd、Pb污染的水稻土（第四纪红壤发育的红黄泥）和湖南省湘阴县Cd、Pb污染的水稻土（河流冲积物形成的潮泥田）。土壤采回后经风干、磨细、过5mm筛后待用，土壤基本理化性状见表1。

表1 供试土壤理化性质

1.2 供试水稻

水稻品种为湘早籼31号。水稻育秧于无重金属污染土壤上进行，3月中旬播种，4月下旬移栽秧苗，每盆2蔸，每蔸2株。水稻于7月中旬收获。

1.3 土壤改良剂

土壤改良剂来自中国台北的“农大夫—地保2号”，为灰色粉末状固体，又名“土壤还原素”。pH值（液土比 2.5∶1）为 8.62，重金属 Cd、Pb 含量未检出。该物质主要含钾0.41%、硅16.4%、钼0.01%、锌0.28%、硒0.0015%、硫0.02%、镧0.06%、钙0.02%、锰0.41%。

1.4 研究方法

1.4.1 盆栽试验 每盆加入经过前处理的土壤5 kg，基肥用量为每盆加入尿素1.63 g、磷酸二氢钾0.72 g、氯化钾1.25 g，淹水7 d后移栽秧苗。土壤改良剂分别于水稻分蘖期和抽穗期施入土壤，每个土壤设置4个处理，代码为H-0、H-1、H-2和 H-3，土壤改良剂用量分别为0、4、8和12 g/kg，3次重复。采用自来水灌溉，pH值6.9，水中Cd、Pb含量未检出。

1.4.2 样品分析 灌溉水样Cd采用螯合萃取法（GB 7475-87）；土壤及土壤改良剂全量Cd、Pb采用HNO3-HClO4-HF消煮；有效态Cd、Pb采用DTPA提取[12]，于水稻收获时取样；稻谷经去糙打粉后采用HNO3-HClO4湿法消煮，并带标准物质进行质量控制。分析所用器皿均以稀硝酸溶液浸泡过夜，Cd、Pb使用原子吸收光谱法测定（AA240FS型，美国瓦里安）。其他指标的测定采用常规方法[13]。

1.4.3 数据处理与统计 运用Excel 2003和DPS 3.01专业版进行数据统计和方差分析。

2 结果与分析

2.1 施土壤改良剂对土壤pH值的影响

试验结果表明，施用土壤改良剂对两种供试土壤的pH值均有显著影响（图1）。潮泥田和红黄泥随土壤改良剂施用量的增加pH值上升，当改良剂施用量达到8 g/kg时两种土壤的pH值均显著高于对照（H-0），说明施用土壤改良剂对提高酸性土壤的pH值作用更明显，而其碱性（pH值 8.62）是导致土壤pH值升高的主要原因。

图1 施土壤改良剂后土壤pH值变化

2.2 施土壤改良剂对土壤有效态Cd、Pb含量的影响

由图2可以看出，施用土壤改良剂对两种供试土壤的有效态Cd、Pb含量影响显著。潮泥田有效态Cd含量随土壤改良剂施用量的增加而降低，当土壤改良剂施用量达到4 g/kg时有效态Cd含量低于对照（H-0）30.8%（P＜0.05）；有效态 Pb含量的变化趋势略有不同，随土壤改良剂施用量的增加先降低，后略有升高，当土壤改良剂施用量达到8 g/kg时有效态Pb含量比对照降低21.9%（P＜0.05）。红黄泥施用土壤改良剂后有效态Cd含量的变化趋势与潮泥田基本相同，当土壤改良剂施用量达到8 g/kg时，与对照相比有效态Cd含量的降幅达30.7%（P＜0.05）；有效态Pb含量的变化趋势更为明显，随土壤改良剂施用量的增加而降低，当土壤改良剂施用量达到8 g/kg时有效态Pb含量比对照低24.4%（P＜0.05），当其施用量增至12 g/kg时，土壤有效态Pb含量的降幅达 54.3%（P＜0.01）。

图2 施土壤改良剂后土壤有效态Cd、Pb含量变化

土壤有效态Cd、Pb是指以离子状态吸附在带电荷的土壤胶体表面，可被植物吸收利用的那部分[14]。该土壤改良剂碱性可提高土壤pH值，并对土壤理化性状产生一定影响，甚至引发一系列的氧化还原反应。施用土壤改良剂后，导致土壤有效态Cd、Pb含量发生显著变化的原因与土壤pH值的变化及土壤理化性状得以改善有关。一方面土壤pH值的提高直接导致了土壤有效态Cd、Pb含量下降，另一方面土壤理化性状的改善可能增强了土壤对Cd、Pb的吸附能力，从而降低其生物有效性。

2.3 施土壤改良剂对水稻产量的影响

施用土壤改良剂后，两种土壤的水稻产量变化基本相似（图3）。与对照相比，在土壤改良剂施用量为4 g/kg时两种土壤的水稻产量略有增加，但均未达到显著性水平，此后随着土壤改良剂施用量的增加，水稻产量降低，在其施用量为12 g/kg时两种土壤的水稻产量显著低于对照，说明土壤改良剂在低用量水平时有一定增产作用，超过一定用量后反而导致水稻减产。其对水稻产量的影响与诸多因素有关，有待进一步探明。

图3 施土壤改良剂后水稻产量变化

图4 施土壤改良剂后水稻糙米Cd、Pb含量变化

2.4 施土壤改良剂对水稻糙米Cd、Pb含量的影响

施用土壤改良剂后，两种供试土壤的水稻糙米Cd、Pb含量随其施用量的增加而降低（图4）。对于潮泥田而言，当土壤改良剂施用量达到8 g/kg时，水稻糙米 Cd、Pb含量分别比对照（H-0）降低18.4%（P＜0.05）和 20.3%（P＜0.05）；而当改良剂施用量增加到12 g/kg时，糙米Pb含量略有增加，这与土壤有效态Pb含量的变化趋势相同。红黄泥施用土壤改良剂后水稻糙米Cd、Pb含量的变化趋势基本相同，当土壤改良剂施用量为4 g/kg时水稻糙米Cd、Pb含量已显著低于对照，降幅分别为22.8%和24.2%；当其施用量增加到12 g/kg时，水稻糙米Cd、Pb含量分别低于对照40.2%（P＜0.01）和51.7%（P＜0.01）。

作物吸收重金属与众多因素有关，而土壤中有效态重金属的含量水平是影响其吸收累积的关键因素之一。分析认为，施用土壤改良剂后土壤有效态Cd、Pb含量下降是导致糙米中其含量降低的主要原因；此外，土壤改良剂中存在的某些拮抗元素（如锌、镧等）以及施入土壤后土壤理化性状的改善均有可能降低作物对Cd、Pb的吸收累积，但其作用机理还有待进一步探明。

2.5 土壤有效态Cd、Pb含量与水稻糙米Cd、Pb含量的相关性分析

已有大量的研究表明，土壤有效态重金属含量与植物吸收量具有良好的相关性[15]。从表2的分析结果可以看出，施用土壤改良剂后，两种供试土壤（潮泥田和红黄泥）的有效态Cd、Pb含量与水稻糙米Cd、Pb含量呈极显著线性正相关，随土壤有效态Cd、Pb含量的降低，水稻糙米Cd、Pb含量下降。但两种土壤的试验结果存在较大差异，潮泥田有效态Cd含量对水稻糙米累积Cd的影响程度要高出红黄泥近2倍，对Pb而言其影响程度甚至高出红黄泥近10倍。推测认为，造成这种差异的原因可能与土壤理化性质及重金属Cd、Pb含量有关，而其中土壤pH值的差异（潮泥田pH值 5.04，红黄泥pH值7.20）可能是最主要的原因，因此，利用土壤改良剂降低污染土壤Cd、Pb的有效性，减少水稻糙米的Cd、Pb累积，可能对酸性土壤更有效。

表2 水稻糙米Cd、Pb含量(y)与土壤有效态Cd、Pb含量(x)的回归分析

3 小 结

（1）施用土壤改良剂能显著提高两种土壤（潮泥田和红黄泥）的pH值，降低土壤有效态Cd、Pb及水稻糙米Cd、Pb含量。

（2）土壤改良剂对污染土壤水稻吸收累积Cd、Pb的影响程度与其用量、土壤pH值及土壤Cd、Pb含量有关；对两种土壤的有效态Cd、Pb含量与水稻糙米Cd、Pb含量相关性的进一步比较分析认为，利用土壤改良剂降低污染土壤Cd、Pb的有效性，减少水稻糙米Cd、Pb累积，可能对酸性土壤更有效。

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