钾硅钙微孔矿物肥对稻田土壤及稻谷镉污染的阻控效果

罗思颖，周卫军，曹 胜，赵淑荣，谭 洁，刘 沛（.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 408；.河南中科明星肥业有限公司，河南 桐柏 474750）



钾硅钙微孔矿物肥对稻田土壤及稻谷镉污染的阻控效果

罗思颖1，周卫军1，曹 胜1，赵淑荣2，谭 洁1，刘 沛1
（1.湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128；2.河南中科明星肥业有限公司，河南 桐柏 474750）

摘 要：以晚稻杂交品种“威优644”为供试水稻，采用田间试验研究了钾硅钙微孔矿物肥对重金属镉污染稻田土壤及稻谷中镉含量的阻控效果。结果表明：施用钾硅钙微孔矿物肥可改善水稻植株的经济性状，使水稻增产6.9%～13.6%；同时，可抑制土壤镉的生物有效性，可使土壤有效镉降低7.9%～26.3%，从而使稻谷中镉含量降低37.8%～42.4%。综合试验结果，建议钾硅钙微孔矿物肥的施用量为50～75 kg/667m2。

关键词：钾硅钙微孔矿物肥；镉污染；阻控效果；晚稻

土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可降解和不可逆转性的特点［1］，重金属元素的积累可导致土壤、大气和水环境质量的进一步恶化，引起农作物产量和品质的下降，并将其污染通过食物链传递到人体中，危害人体健康［2］。在确定土壤重金属污染治理方法时，需考虑污染场地特征，污染物种类、浓度及土地使用功能等因素。常用的土壤重金属污染治理方法有物理法、化学法和生物法［3］。化学钝化修复技术就是向重金属污染土壤中添加钝化剂，使重金属在土壤中的各赋存形态发生变化，使重金属由生物有效性高的可交换态和碳酸盐结合态转变为生物有效性低的有机结合态和残渣态，从而减轻重金属污染对作物的危害［4］。研究表明，该技术具有处理时间短、经济廉价、适用范围广等优点。因此，2015年在湖南省攸县进行了钾硅钙多元素微孔矿物肥/土壤调理剂的田间试验研究，以弄清该调理剂对降低稻米镉含量以及提高水稻产量的作用效果，以期为稻田土壤镉污染的修复治理以及调理剂的合理施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况及供试材料

2015年7～11月在湖南省攸县皇图岭镇富厚村下城组进行钾硅钙多元素微孔矿物肥/土壤调理剂田间试验。供试土壤为第四纪红色粘土发育的红黄泥。试验前，耕层土壤肥力呈中等水平，土壤碱解氮含量为156 mg/kg、有效磷含量为15.8 mg/kg、速效钾含量为95 mg/kg、有机质含量为39.4 g/kg，pH值为5.4，土壤全镉含量为0.75 mg/kg，有效镉含量为0.38 mg/kg。

供试水稻品种为晚稻杂交品种“威优644”。供试钾硅钙微多元素微孔矿物肥/土壤调理剂（河南中科明星肥业有限公司，以下简称钾硅钙微孔矿物肥），含CaO≥25%，K2O≥4%，SiO2≥20%，Mg≥3%。

1.2 试验设计与方法

试验共设5个处理，分别为：处理1 （CK），常规施肥（40%复合肥35 kg/667m2）；处理2，钾硅钙微孔矿物肥40 kg/667m2+常规施肥；处理3，钾硅钙微孔矿物肥为50 kg/667m2+常规施肥；处理4，钾硅钙微钾硅钙微孔矿物肥 75 kg/667m2+常规施肥；处理5，钾硅钙微孔矿物肥为95 kg/667m2+常规施肥。每个处理3次重复，按随机单元组排列，每单元的面积为6 m×5 m =30 m2。单元间做土埂包农膜隔离，四周设置1.5 m宽保护行。

晚稻于6月22日播种，7月22日整地，7月23日作埂覆膜，7月24日分处理按方案施肥，并进行水稻移栽，各处理其他各项管理措施保持一致。10月27日采集试验田各单元耕作层土壤样和水稻植株样，10月30日试验田收割，分别对各单元进行测产验收，考察各处理水稻的经济性状和实际产量。

1.3 土壤样品测定

土壤样品采集后带回实验室，捡出肉眼可见的植物残体、根系、外来物等，捏碎，平铺在塑料样品盘中，在室温条件下风干，磨碎，分别过1 mm和 0.25 mm筛，装入塑料瓶中备用。

用王水-高氯酸消煮-原子吸收光谱法测定土壤全镉；用CaCl2提取原子吸收法（GB/T 23739—2009）测定土壤有效态镉。用水提电位法测定的土壤酸碱度；用常规分析方法测定土壤的理化性状。

1.4 植株样品的测定

水稻植株样品采集后，带回实验室，考种后，分为茎叶和稻谷两部分，于80℃杀青30 min，然后在65℃烘干，用不锈钢粉碎机磨碎，过40目筛，装入塑料瓶中备用。

植株（茎叶和稻谷）中重金属镉含量采用微波消煮-原子吸收法测定。

1.5 数据统计与分析

所有数据采用EXCEL 2007汇总整理，用SPSS进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 钾硅钙微孔矿物肥对晚稻植株经济性状的影响

从表1中可以看出，晚稻施用钾硅钙微孔矿物肥可以改善水稻经济性状。与未施用的对照相比，水稻植株增高4.2～7.4 cm，每穗总粒数平均增加7.1～12.1粒，穗平实粒数增加9.5～16.8粒，且差异达显著水平；有效穗增加0.1万～0.2万穗/667m2，穗长增加0.3～0.5 cm，千粒重增加0.1～0.4 g，但差异未达显著水平；结实率提高2.5～5.7个百分点，其中处理3～5与对照的差异显著。钾硅钙微孔矿物肥可通过改善水稻的经济性状，显著提高水稻的理论产量，但处理2（施用钾硅钙微孔矿物肥40 kg/667m2）的理论产量显著低于其他高量施用处理。因此，从提高水稻产量的角度来看，钾硅钙微孔矿物肥的施用量应高于40 kg/667m2。

表1 不同处理晚稻植株经济性状的比较

2.2 钾硅钙微孔矿物肥对晚稻产量的影响

从晚稻田间实际产量（表1）来看，施用钾硅钙微孔矿物肥的处理平均产量为575.1～611.4 kg/667m2，比对照处理增产37.1～73.4 kg/667m2，增产率为6.9%～13.6%。方差分析与多重比较结果表明，处理2～5与处理1（CK）之间的差异均达显著水平，同时以处理5的产量最高。由此可知，钾硅钙微孔矿物肥不同施用量对水稻产量的影响表现出一定程度的差异，施用时必须考虑最佳施用量。

2.3 钾硅钙微孔矿物肥对土壤理化特性及镉含量的影响

由表2可知，施用钾硅钙微孔矿物肥可明显改善土壤的理化特性，促进土壤有效养分的提高。与试验前相比，处理2～5土壤的有机质含量没有显著差异，且处理2还略有降低，但均高于对照处理；土壤pH值有一定程度的提高，最高提高了0.2，但处理间没有明显差异，且与试验前相比也没有明显差异；处理2～5土壤的碱解氮含量显著高于对照处理，最大的提高了13 mg/kg，而处理2和处理5与试验前相比，没有显著差异；施用钾硅钙微孔矿物肥可显著提高土壤有效磷含量，处理2～5土壤的有效磷含量显著高于对照处理，处理4和处理5的土壤有效磷显著高于试验前，处理2的土壤有效磷含量与试验前相比略有降低，差异不显著，但与其他高施用量处理相比差异达显著水平；施用钾硅钙微孔矿物肥的土壤速效钾含量均显著地高于试验前，处理3～5的土壤速效钾含量显著地高于对照，而对照与处理2之间没有显著差异。由此可知，钾硅钙微孔矿物肥的施用量不能低于40 kg/667m2。

从表2中还可以看出，施用钾硅钙微孔矿物肥对土壤全镉含量没有明显影响，但对降低土壤中有效镉含量有一定的效果。与试验前相比，处理4土壤中的有效镉含量降低了0.10 mg/kg，处理3和处理5均降低了0.08 mg/kg，差异达显著水平；而处理2虽降低了0.03 mg/kg，但差异不显著。

表2 不同处理土壤理化特性及镉含量的比较

2.4 钾硅钙微孔矿物肥降阻稻谷镉含量效果

稻谷全镉含量的测定结果（表3）表明，施用钾硅钙微孔矿物肥可显著降低稻谷全镉含量，与对照相比，处理2～5稻谷的镉含量平均值分别降低了0.307、0.340、0.334、0.344 mg/kg， 降 幅 分 别 为37.8%、41.9%、41.1%、42.4%，降镉效果明显。但稻谷中的镉含量并未达到国家食品卫生标准（0.2 mg/kg以下），这可能是由于土壤中原始的全镉含量较高，仅施用一次钾硅钙微孔矿物肥在短期内很难使稻谷中的镉含量降低到安全标准。这说明土壤重金属污染修复治理是一项长期且艰巨的工作。

表3 不同处理稻谷镉含量的比较

2.5 钾硅钙微孔矿物肥对晚稻经济效益影响

由表4可知，在不考虑劳动力成本增加的情况下，稻谷按市场价2.7元/kg计算，施用钾硅钙微孔矿物肥，比对照产值增加100.1～198.1元/667m2，减去钾硅钙微孔矿物肥成本，除处理4外， 其他处理增加纯收入8.1～32.1元/667m2，经济效益不显著，但没有导致水稻减产，且有一定的经济效果。

表4 不同处理晚稻经济效益的比较

3 结 论

田间试验结果表明，晚稻施用钾硅钙微孔矿物肥可促进水稻生长，改善水稻植株的经济性状，提高水稻产量，增产率可达到6.9%～13.6%，在合理的施用范围内，有一定的比较经济效益；钾硅钙微孔矿物肥对土壤全镉没有明显影响，但可抑制土壤镉的生物有效性，可使土壤有效镉降低7.9%～26.3%，从而导致稻谷镉含量降低，降幅达37.8%～42.4%，虽然稻谷中镉含量降低效果明显，但由于土壤镉含量较高，并未使稻谷镉含量达到食品卫生标准。综合试验结果，钾硅钙微孔矿物肥的建议施用量为50～75 kg/667m2。

参考文献：

［1］ 贾建丽，于 妍，王 晨，等. 环境土壤学［M］. 北京：化学工业出版社，2012.

［2］ 于 颖，周启星. 污染土壤化学修复技术研究与进展［J］. 环境污染修复技术与设备，2005，6（7）：1-7.

［3］ 郭观林，周启星，李秀颖. 重金属污染土壤原位化学固定修复研究进展［J］. 应用生态学报，2005，16（10）：190-196.

［4］ 殷 飞，王海娟，李燕燕，等. 不同钝化剂对重金属复合污染土壤的修复效应研究［J］. 农业环境科学学报，2015，34（3）：438-448.

（责任编辑：成 平）

中图分类号：X53

文献标识码：A

文章编号：1006-060X（2016）06-0030-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.06.010

收稿日期：2016-04-14

基金项目：湖南重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点项目（NC201538MZ01）

作者简介：罗思颖（1993-），女，湖南常德市人，硕士研究生，主要从事土地/土壤环境信息技术研究。

通讯作者：周卫军

Mitigation of Cadmium Accumulation in Soil and Rice with Mineral Micropore Fertilizer with Potassium， Silicon and Calcium

LUO Si-ying，ZHOU Wei-jun，CAO Sheng，ZHAO Shu-rong，TAN Jie，LIU Pei
（1. College of Resource and Environment， Hunan Agricultural University， Changsha 410128，PRC；2.Henan Zhongke star fertilizer industry company， Tongbai 474750， PRC）

Abstract:Take Late rice hybrids “Weiyou 644” as experiment material， the mitigation of cadmium accumulation in soil and rice with mineral micropore fertilizer with potassium， silicon and calcium was studied by feld experiment. The results showed the mineral micropore fertilizer with potassium， silicon and calcium improved the economic characters of rice plants， and rice yield increased by 6.9%-13.6%； meanwhile， inhibits the bio-availability of soil cadmium， the effective cadmium content of the soil decreased by 7.9%-26.3%， and the cadmium content of the rice grain decreased by 37.8%-42.4%. The trial results suggested that the application rates could be 750-1125 kg/hm2.

Key words:mineral micropore fertilizer with potassium， silicon and calcium； cadmium pollution； mitigation role； late rice