应用有机缓释肥降低水稻籽粒镉含量的效果探讨

蒋玉根，陈慧明，裘雪龙，王楚栋，于颖，徐君，邵赛男，张立群

(1.杭州市富阳区农业技术推广中心，浙江 杭州 311400； 2.万里神农有限公司，浙江 杭州 310000)

近年来，耕地土壤重金属污染问题日益凸显，对食品安全造成重要影响，威胁着人类健康。在中国人口与耕地资源矛盾日益突出的状况下，对重金属中轻度污染土壤开展农产品质量安全生产的研究与应用，保障粮食等主要农产品有效供给和质量安全显得十分重要[1]。目前，土壤调理剂等土壤改良材料在重金属污染土壤安全利用方面的研究非常广泛，然而绝大多数材料不具备足够的作物生长所需养分，在生产上仍需配合其他肥料施用，一定程度上影响了种植户的使用积极性。研究开发兼具养分供应和土壤调理两方面功效的定制化新型肥料具有较强的现实意义。近年来，有机缓释肥作为一种新型肥料在水稻生产上的减肥增效效果得到广泛认可[2-4]。我们在田间生产应用上也发现，有机缓释肥在土壤污染区域能促进水稻生长，降低后期籽实中重金属的含量。考虑到其有机无机相结合、富含吸附性功能材料的特性，本研究在前期生产应用的基础上，2019年在中轻度镉污染水稻田进行小区试验，探索应用有机缓释肥对降低水稻籽粒镉含量的可行性。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验在杭州市富阳区新桐乡某村进行。试验田土壤碱解氮136.8 mg·kg-1，有效磷24.7 mg·kg-1，速效钾216.5 mg·kg-1，有机质19.2 g·kg-1，pH 5.3，全镉0.308 mg·kg-1，有效镉0.086 mg·kg-1，全锌66.4 mg·kg-1。全镉含量略高于国家标准GB 15618—2018规定的农用地土壤污染风险筛选值，低于农用地土壤污染风险管控值，属中轻度镉污染的农田，具备安全利用的可行性。

供试水稻品种为甬优5550，属单季三系籼粳杂交稻(偏籼型)，由宁波市种子有限公司选育。

供试有机缓释肥含N 15%、P2O54%、K2O 6%、有机质20%，由金华万里神农农业科技有限公司生产并提供。尿素(N 46%)、磷酸一铵(N 11%，P2O544%)、氯化钾(K2O 60%)等从当地农资公司购得。

1.2 处理设计

设4个处理：处理1(T1)，底施有机缓释肥900 kg·hm-2，穗肥施尿素112.5 kg·hm-2、氯化钾112.5 kg·hm-2，养分投入量折N 187 kg·hm-2、P2O536 kg·hm-2、K2O 122 kg·hm-2；处理2(T2)，底施有机缓释肥1 200 kg·hm-2，穗肥施氯化钾75 kg·hm-2，养分投入量折N 180 kg·hm-2、P2O548 kg·hm-2、K2O 117 kg·hm-2；处理3(T3)，底施有机缓释肥1 500 kg·hm-2，不追肥，养分投入量折N 225 kg·hm-2、P2O560 kg·hm-2、K2O 90 kg·hm-2；处理4为常规对照(CK)，底施尿素274.5 kg·hm-2、磷酸一铵82.5 kg·hm-2、氯化钾90 kg·hm-2，穗肥施尿素112.5 kg·hm-2、氯化钾112.5 kg·hm-2，养分投入量与T1一致。小区面积24 m2(4 m×6 m)，小区间用塑料薄膜隔离，各小区独立灌排，随机区组排列，重复3次。除施肥处理外，其他栽培管理措施均保持一致。

6月3日整地，6月4日施用底肥，6月15日移栽，8月14日施用穗肥，10月20日收割。

1.3 样本采集

试验前采集0～15 cm土壤样品，分析土壤基本养分状况。10月18日采集各处理土样及植株样品。各小区随机采集水稻整体植株样本3丛作混合样品，按部位分为籽粒、秸秆和根系3个部分，分析各部分的镉含量和锌含量。并点对点采集土壤样品，分析有效镉含量和全镉含量。水稻成熟后实割测产。

1.4 采用公式

富集系数=植物各器官镉含量/土壤全镉含量；

转运系数=两个植物运转器官(或土壤)中后者镉含量/两个植物运转器官(或土壤)中前者镉含量[5]。

1.5 检测方法

碱解氮、有效磷、速效钾、有机质、pH采用LY/T 1229—1999、NY/T 1121.7—2014、NY/T 889—2004、NY/T 1121.6—2006、NY/T 1121.2—2006等规定的方法检测，全镉、有效镉、全锌采用ICP-MS检测。

2 结果与分析

2.1 水稻产量

图1可知，各处理均比CK增产。其中：在养分投入量一致的情况下，T1处理比CK增产22.3%，差异显著；T2处理与CK产量持平，低于T1处理，虽然三者总养分投入量相近，但T2处理的氮肥基追比为1∶0，由于该试验地为培泥砂田，土壤肥力较低，氮肥的减少影响了水稻分蘖，有效穗减少3.5%，这可能是产量低于T1处理的主要原因；T3处理在一次性施肥的情况下比CK增产4.6%，且比T2处理产量高，这与T3处理比T2处理前期施氮量提高了45 kg·hm-2，从而提高了分蘖率，保证了一定的有效分蘖数量(有效穗增加2.1%)有关。

柱间无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。图1 不同处理对水稻产量的影响

2.2 水稻对镉的吸收和转运

从表1可知，与CK相比，有机缓释肥处理的籽粒镉含量和籽粒富集系数都有不同程度的降低。T1、T2和T3的籽粒富集系数分别降低了17.1%、11.0%和23.2%，降镉效果明显。

表1 不同处理水稻植株各部位对镉的吸收和转运

以CK转运系数为参照，处理的土壤—根系转运系数与CK相比略有降低，降幅为2.7%～5.3%，表明试验条件下有机缓释肥的施用影响了根系对镉的吸收。不过，有机缓释肥用量中所含吸附等功能性材料量有限，导致影响幅度不大。处理的根系—秸秆转运系数与CK相比明显降低，降幅达13.8%～28.9%(表1)，有机缓释肥的施用明显抑制了镉从水稻根系往秸秆的转运，秸秆镉含量降低。由于处理秸秆镉含量明显降低，导致处理的秸秆—籽粒转运系数比CK有所提升，但籽粒镉含量依然表现为降低。

图2可以看出，各处理根系中锌含量随着有机缓释肥用量的增加而升高，T1～T3处理秸秆中锌含量均显著高于CK，或许是处理根系—秸秆转运系数显著降低的原因之一。有机缓释肥含锌量不高，以耕层土壤2 250 t·hm-2计，T1～T3处理的锌投入浓度分别为0.40、0.53和0.67 mg·kg-1。锌与镉的吸收和运输过程中可能共用细胞质上的同一个转运子，两者同时存在时会竞争转运结合位点，T1～T3处理根系中锌含量的提升适当抑制了镉向韧皮部的转运，使得秸秆中镉含量显著低于CK[6]。

同部位柱间无相同小写字母表示组间差异显著(P<0.05)。图2 不同处理水稻植株各部位的锌含量

2.3 土壤镉含量变化

从表2可知，各处理试验前后土壤的有效镉含量和全镉含量均有小范围的波动，有效镉含量整体呈下降趋势，但处理间无显著性差异。进一步说明，在目前这款有机缓释肥用量900～1 500 kg·hm-2的情况下，难以通过单季种植对土壤镉形态有较大的改变。

表2 试验前后土壤镉含量的变化情况

3 小结

与常规化肥相比，在中轻度镉污染的水稻田施用有机缓释肥在实现稳产增产的同时，可降低水稻籽粒对镉的吸收，籽粒富集系数降幅达11.0%～23.2%。通过对镉吸收和转运路径进行分析，有机缓释肥主要抑制了镉从水稻根系往秸秆的转运，其次在从土壤往根系的转运上也有一定的抑制效果。建议有机缓释肥可以在配方上进行优化，适当降低肥料中养分占比以加大吸附等功能性材料的投料空间，从而提升功能性材料的入田量以加强有机缓释肥对土壤有效镉形态的影响。另外，建议配合叶面喷施硅肥等手段[7-8]，加强镉在秸秆—籽粒这一转运过程的控制，进一步降低水稻籽粒镉含量，从而实现中轻度镉污染农田的水稻安全生产利用。