牡蛎壳粉对水稻产量和土壤重金属钝化的影响

罗华汉　柳开楼　余跑兰　谭武贵　陈燕　雷媛元

（1上饶市农业局，江西上饶334000；2江西红壤研究所/国家红壤改良工程技术研究中心/农业部江西耕地保育科学观测实验站，南昌330046；3农业部植物营养与生物肥料重点实验室/湖南泰谷生物科技股份有限公司，长沙410006；*通讯作者：liukailou@163.com）



牡蛎壳粉对水稻产量和土壤重金属钝化的影响

罗华汉1柳开楼2*余跑兰2谭武贵3陈燕2雷媛元2

（1上饶市农业局，江西上饶334000；2江西红壤研究所/国家红壤改良工程技术研究中心/农业部江西耕地保育科学观测实验站，南昌330046；3农业部植物营养与生物肥料重点实验室/湖南泰谷生物科技股份有限公司，长沙410006；*通讯作者：liukailou@163.com）

摘要：为探讨新型土壤调理剂牡蛎壳粉对水稻产量及其对土壤酸化改良和重金属钝化的效果，设置4种牡蛎壳粉用量的田间试验，分析了不同用量下水稻产量、土壤pH值、交换性氢和交换性铝的含量，以及土壤Cd、Pb全量和有效态的变化。结果表明，施用牡蛎壳粉的处理水稻产量为7 420.65～7 941.60 kg/hm2，比对照（不施）增产14.8%～22.9%；与对照相比，牡蛎壳粉将土壤pH值提高了0.18～0.33个单位（4.0%～7.3%），并使土壤交换性氢和交换性铝分别降低了19.6%～69.2%和34.7%～93.9%，土壤有效Cd下降了40.2%～49.0%，有效Pb下降了29.9%～44.7%。可见，使用牡蛎壳粉可以同时实现提高水稻单产、改良土壤酸化和阻控重金属活性的目标。

关键词：牡蛎壳粉；水稻；土壤酸化；重金属

水稻土是我国主要的耕作土壤，其面积约45.7 M hm2，占全国土壤总面积的4.9%，其中90%以上分布在秦岭-淮河一线以南地区，主要集中在长江下游平原、四川盆地、珠江三角洲和台湾西部平原［1］。但是，耕地面积刚性减少、人口快速增加和粮食供需矛盾日益突出的基本国情决定了我国水稻土的高度集约化种植，再加上污水灌溉、施用重金属元素超标的畜禽粪便等不合理的农事活动造成的土壤污染等问题，严重威胁着我国的粮食安全、环境安全和农业可持续发展［2-5］。特别是近年来，由于酸沉降的危害加剧和生理酸性肥料的大量施用，南方地区的水稻土酸化呈加速发展的趋势［6-7］。因此，通过合理的管理措施减缓土壤的酸化速度和阻控重金属活性就显得十分迫切。本研究以新型土壤调理剂牡蛎壳粉为材料，针对江西省的水稻土探讨合理的牡蛎壳粉用量，以期在提高水稻产量的同时来阻控土壤酸化加剧和钝化重金属活性，从而最终提高水稻生产力的目标。这对于江西省的农业可持续发展、保障区域粮食安全、提高农民收入和恢复该地区退化的生态环境等具有重要的现实意义。

1　材料与方法

1.1试验地概况

试验地位于江西省南昌县塔城乡（116°17'60''E、28°35'24''N），地处中亚热带，年均气温18.1℃，≥10℃积温6 480℃，年降雨量1 537 mm，年蒸发量1 150 mm，无霜期约289 d，年日照时数1 950 h。试验土壤为第四纪红粘土发育的红壤性水稻土，试验前土壤理化性质：耕层土壤pH值5.46，交换性氢4.13 mmol/kg，交换性铝34.14 mmol/kg，有机碳16.22 g/kg，全氮0.95 g/ kg，全磷1.02 g/kg，全钾15.41 g/kg，碱解氮143.70 mg/ kg，有效磷10.30 mg/kg，速效钾125.10 mg/kg，有效硅127.9 mg/kg。

1.2试验设计

试验材料为加工研磨的牡蛎壳粉，其中CaO≥45%，pH值为9.8。试验设4个牡蛎壳粉用量处理：CK，不施牡蛎壳粉；LO，750 kg/hm2；MO，1 500 kg/hm2；HO，2 250 kg/hm2。每个处理均施用相同用量的氮、磷、钾肥，3次重复，小区面积35 m2（7 m×5 m）。牡蛎壳粉和肥料具体用量见表1。氮肥（尿素）和钾肥（氯化钾）40%作基肥，60%在分蘖期作追肥施用，牡蛎壳粉和磷肥（钙镁磷肥）作基肥一次性施入。注意病虫害管理。种植作物为早稻，品种为优Ⅰ156，株行距20 cm×20 cm。

1.3测定指标

1.3.1水稻产量

在水稻成熟期每个小区单独收获和脱粒，晒干称重，然后计算产量。

1.3.2土壤酸性指标

表1　牡蛎壳粉和肥料用量（kg/hm2）

表2　不同牡蛎壳粉用量下水稻产量的变化

表3　不同牡蛎壳粉用量下土壤pH值和交换性氢铝的变化

表4　不同牡蛎壳粉用量下土壤Cd、Pb全量和有效态的变化

在试验结束后每个小区采集土壤样品，土壤pH值在2.5：1的水土比下直接用pH计读取。土壤交换性氢、铝用氯化钾交换-中和滴定法测定［8］。

1.3.3土壤重金属活性

在试验结束后每个小区采集土壤样品，风干后过筛，采用王水消煮、原子吸收分析土壤Cd、Pb的全量，用0.1 mol/L浸提土壤，原子吸收分析土壤Cd、Pb的有效态含量［7］。

1.4数据处理

所有试验数据采用Excel进行整理分析，用SPSS 18.0进行统计分析，用LSD法比较各个处理之间的差异显著性（p＜0.05）。

2　结果与分析

2.1牡蛎壳粉对早稻产量的影响

从表2可见，在江西省双季稻区，施用牡蛎壳粉可以显著提高早稻产量，各处理间产量大小依次为HO＞MO＞LO＞CK；其中，LO、MO和HO处理的产量分别比不施牡蛎壳粉的处理增加14.8%、21.2%和22.9%。说明施用牡蛎壳粉可以提高早稻产量，且用量越高，增产幅度越大。

2.2牡蛎壳粉对土壤酸化改良的影响

从表3可以看出，与不施牡蛎壳粉相比，LO处理的土壤pH值增幅不显著，但交换性氢和交换性铝分别降低19.6%和34.7%；MO和HO处理的土壤pH值分别提高0.18单位（4.0%）和0.33单位（7.3%），交换性氢分别降低50.8%和69.2%，交换性铝分别下降69.8% 和93.9%。可见，施用牡蛎壳粉可以改良稻田的土壤酸化问题。

2.3牡蛎壳粉对土壤Cd和Pb钝化的影响

从表4可见，施用牡蛎壳粉可以显著降低土壤Cd 和Pb的有效态含量。与不施牡蛎壳粉相比，虽然土壤全量Cd和全量Pb得到一定程度的减少，但差异不显著。而在土壤有效Cd和有效Pb含量上，LO、MO和HO处理的有效Cd含量分别比对照下降了40.2%、47.1% 和49.0%；有效Pb含量分别比对照下降了29.9%、37.2%和44.7%。这表明施用牡蛎壳粉可以有效钝化稻田Cd和Pb活性。

3　讨论

在江西省双季稻区，受不合理施肥、灌水、氮沉降和土壤母质特性的影响，稻田土壤的酸化和重金属累积是影响水稻产量提升和品质安全的重要因素之一［9-12］。许多研究表明，施用石灰、黑炭等调理剂可以显著降低土壤酸化程度和重金属活性，从而为作物高产和品质安全提供良好的土壤环境［13-15］。施用海藻液硅肥不仅能提高早稻产量，也能降低早稻对镉的吸收［16］。在本研究中，施用牡蛎壳粉的早稻产量比对照增加了14.82% ～22.89%，且用量越高增产效果越好。

土壤酸化可以导致有效养分大量淋失、土壤质量退化，从而严重影响该区域的作物产量［17］，因此，阻控土壤酸化是提高稻田土壤质量的重要途径。目前，有关阻控土壤酸化的主要方法仍是施用石灰，已开发的改良土壤酸化的调理剂也由于工艺、成本等问题而不能大面积推广［18］。因此，开发广适性的牡蛎壳粉就显得十分重要。在本研究中，利用牡蛎壳粉深加工而成的生物源石灰已实现大规模量产，因此具有十分广阔的推广前景。本试验结果表明，与对照相比，施牡蛎壳粉处理的土壤pH值提高了0.18～0.33个单位，交换性氢和交换性铝分别降低了19.6%～69.2%和34.7%～93.9%。因此，施用牡蛎壳粉可以较好地阻控稻田土壤的酸化。在我国双季稻稻田，土壤重金属累积是影响稻米品质的重要因子，稻田土壤Cd和Pb累积和活性的提升将导致稻米安全风险，从而威胁人体健康［19-21］。大量研究表明，通过施用石灰等酸化改良剂可以明显钝化土壤中的重金属活性，从而显著阻控稻米的重金属吸收能力。本试验结果表明，施用牡蛎壳粉后土壤有效Cd和有效Pb含量分别下降了40.2%～49.0%和29.9%～44.7%。这可能是由于牡蛎壳粉提高了土壤pH值，从而导致有效态的Cd和Pb失活，但具体原因还有待进一步研究。

4　结论

在江西省双季稻区，施用牡蛎壳粉可以同时实现水稻增产、阻控土壤酸化和钝化重金属活性的目标。与对照相比，土壤施用牡蛎壳粉可以使水稻产量增加14.8%～22.9%，同时将土壤pH值提高0.18～0.33个单位，且显著降低土壤交换性氢和交换性铝含量，使土壤的有效Cd和Pb含量减少40.2%～49.0%和29.9%～44.7%。

参考文献

［1］覃同，韦向克.南方酸性水稻土施用硅钾肥增产效应试验［J］.广西农学报，2014，29（4）：6-9.

［2］张桃林，潘剑君，刘绍贵，等.集约农业利用下红壤地区土壤肥力与环境质量变化及调控—江西省南昌市郊区和余江县案例研究［J］.土壤学报，2007，44（4）：584-591.

［3］成杰民，潘根兴.太湖地区水稻土pH及重金属元素有效态含量变化影响因素初探［J］.农业环境科学学报，2001，20（3）：141-144.

［4］余喜初，李大明，柳开楼，等.长期施肥红壤稻田有机碳演变规律及影响因素［J］.土壤，2013，45（4）：655-660.

［5］柳开楼，李大明，黄庆海，等.红壤稻田长期施用猪粪的生态效益及承载力评估［J］.中国农业科学，2014，47（2）：303-313.

［6］李艾芬，麻万诸，章明奎.水稻土的酸化特征及其起因［J］.江西农业学报，2014，26（1）：72-76.

［7］曾招兵，曾思坚，刘一锋，等. 1984年以来广东水稻土pH变化趋势及影响因素［J］.土壤，2014，46（4）：732-736.

［8］中国土壤学会.土壤农业化学分析方法［M］.北京：中国农业科学技术出版社，1999.

［9］朱安繁，邵华，张龙华.江西省耕地土壤酸化现状与改良措施［J］.江西农业学报，2014，26（4）：43-45.

［10］张佳文，薛强，郭科，等.江西德兴大坞河流域土壤重金属环境质量及演化趋势［J］.国土资源科技管理，2012，29（6）：129-134.

［11］孙华，张桃林，孙波.江西省贵溪市污灌水田重金属污染状况评价研究［J］.农业环境科学学报，2001，20（6）：405-407.

［12］余进祥，刘娅菲，尧娟.江西省水稻优势产区重金属污染及累积规律［J］.江西农业学报，2008，20（12）：57-60.

［13］刘莹莹，秦海芝，李恋卿，等.不同作物原料热裂解生物质炭对溶液中Cd2+和Pb2+的吸附特性［J］.生态环境学报，2012，21（1）：146-152.

［14］张晓熹，罗泉达，郑瑞生，等.石灰对重金属污染土壤上镉形态及芥菜镉吸收的影响［J］.福建农业学报，2003，18（3）：151-154.

［15］崔红标，梁家妮，周静，等.磷灰石和石灰联合巨菌草对重金属污染土壤的改良修复［J］.农业环境科学学报，2013，32（7）：1 334 -1 340.

［16］余跑兰，肖小军，陈燕，等.硅肥对早稻群体生产力和镉吸收的影响［J］.中国稻米，2015，21（4）：135-137.

［17］周娟，袁珍贵，郭莉莉，等.土壤酸化对作物生长发育的影响及改良措施［J］.作物研究，2013，27（1）：96-102.

［18］孙蓟锋，王旭.土壤调理剂的研究和应用进展［J］.中国土壤与肥料，2013（1）：1-7.

［19］彭华，戴金鹏，纪雄辉，等.稻田土壤与稻米中的镉含量关系初探［J］.湖南农业科学，2013（7）：68-72.

［20］雷鸣，曾敏，王利红，等.湖南市场和污染区稻米中As、Pb、Cd污染及其健康风险评价［J］.环境科学学报，2010，30（11）：2 314 -2 320.

［21］余守武，刘宜柏.土壤-水稻系统重金属污染的研究现状和展望［J］.江西农业学报，2004，16（1）：41-48.

Effects of Oyster Shell Powder on Rice Yield and Heavy Metal Stabilization in Paddy Soil

LUO Huahan1，LIU Kailou2*，YU Paolan2，TAN Wugui3，CHEN Yan2，LEI Yuanyuan2
（1Agriculture Bureau of Shangrao City，Shangrao，Jiangxi 334000，China；2Jiangxi Institute of Red Soil，National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement/ Scientific Observational and Experimental Station of Arable Land Conservation in Jiangxi，Ministry of Agriculture，Nanchang 330046，China；3Key Laboratory of Plant Nutrition and Bio-fertilizer，Ministry of Agriculture / Hunan Taigu Biotechnology Co.，Ltd.，Changsha 410006，China；*Corresponding author: liukailou@163.com）

Abstract:In order to investigate the effects of a new soil conditioner oyster shell powder on rice yield，soil acidification improvement and availability of heavy metals in paddy soil，the grain yield，soil pH，exchangeable hydrogen and aluminum，concentrations of soil total and available Cd，Pb contents were analyzed after the application of oyster shell powder with four addition rates in 2014. The results showed that the grain yield and soil pH were increased by 14.8%～22.9%and 0.18～0.33 units（4.0%～7.3%）after application of soil conditioner compared with the control. Moreover，the soil exchangeable hydrogen and aluminum were decreased by 19.6%～69.2% and 34.7%～93.9%，the soil available Cd and Pb contents were significantly decreased by 40.2%～49.0%and 29.9%～44.7%compared with the control. Therefore，oyster shell powder could increase the rice yield，improve soil acidification and reduce activity of heavy metals.

Key words:oyster shell powder；rice yield；soil acidification；heavy metals

中图分类号：S511.062

文献标识码：B

文章编号：1006-8082（2016）03-0030-04

收稿日期：2015-12-04

基金项目：江西省自然科学基金（20151BAB214008）；农业部植物营养与肥料学科群开放基金（201408）；公益性行业（农业）科研专项（201203030）