牡蛎壳调理剂对稻田土壤环境及水稻生长的影响

吴一群，郑祥洲，王永明，陈绪龙，余劲聪，文 笑，张玉树

(1.福建省农业科学院土壤肥料研究所/福建省植物营养与肥料重点实验室， 福建福州 350013； 2.福建玛塔生态科技有限公司， 福建 漳州 363502)

化学肥料的大量施用，特别是氮肥的大量施用是导致土壤酸化的主要因素[1-2]。土壤酸化是耕地质量退化的一个重要方面[3]。土壤酸化既影响植物的正常生长发育，又影响土壤微生物区系和活性、矿质养分有效性和土壤保肥供肥性等土壤物理化学性质和生物学特性等，而且还会提高土壤中重金属的活性，引起环境和农产品安全问题[4-5]。因此解决土壤酸化问题，对于农田耕地质量的提升具有重要意义。土壤调理剂的施用是改良土壤酸化的一大途径[6]，目前土壤调理剂品种繁多，不同调理剂的性质与组成、作用机理以及在土壤重金属治理中的效果差异也较大[7-8]。福建省玛塔生态科技有限公司通过温度控制和粒径分选技术生产的牡蛎壳土壤调理剂，具有较好的调酸效果和吸附能力，在酸化比较严重的旱地土壤上有着显著的效果，能够明显提高土壤pH值、降低重金属的有效性及增加作物的产量[9-11]。然而，这些研究主要集中于旱地土壤，对水田土壤改良效果研究较少。因此，本研究选择在轻度酸化土壤且重金属有效含量超标的稻田开展大田试验，研究牡蛎壳土壤调理剂对水稻土酸化改良及作物生长的影响，为牡蛎壳土壤调理剂在水稻上的推广应用提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试作物为水稻品种野香优6831。调理剂为福建玛塔生态科技有限公司生产提供的特贝钙产品，主要原料为牡蛎壳(CaO≥45%，pH：8.5～10.5)。

1.2 试验地概况

试验选择在土壤轻度酸化且有重金属有效含量超标的土壤上进行试验，土壤pH 5.28、潜性酸2.08 cmol·kg-1、有机质39.30 g·kg-1、碱解氮119.61 mg·kg-1、有效磷41.56 mg·kg-1、速效钾78.08 mg·kg-1、交换性钙306.67 mg·kg-1、交换性镁16.52 mg·kg-1、有效铬0.23 mg·kg-1、有效镉0.33 mg·kg-1、有效铅22.6 mg·kg-1、有效汞0.011 mg·kg-1、有效砷0.26 mg·kg-1。

1.3 试验设计

试验设置4个处理，调理剂用量分别为0、1 500、3 000、4 500 kg·hm-2，编号分别为CK、T1、T2、T3。每个处理3次重复，小区面积为20 m2，随机排列。在水稻插秧前一次性施入；肥料使用水稻配方肥，配方肥氮、磷、钾总含量52%，比例为24∶10∶18，施用量为600 kg·hm-2，基肥∶分蘖肥∶穗肥=5∶3∶2；各试验处理除了调理剂用量不同外，其他肥料及农事措施均相同。

1.4 样品的采集

1.4.1水稻 每小区于成熟期采集5穴谷穗样品用于考种，进行水稻产量构成因子评价；各小区单打单晒，分别测产，计算经济效益。

1.4.2土样的采集 试验前采集基础土壤，试验结束后采集各小区耕层土样，用于pH、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾、交换性钙镁以及土壤重金属(汞、砷、铅、镉、铬)有效含量测定。

1.5 土壤样品检测

土壤pH值采用酸度计测量(水土比2.5∶1)，有机质含量采用重铬酸钾容量法，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷含量的测定采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，速效钾的测定采用1 mol·L-1NH4OAc-火焰光度法。土壤有效态汞、砷测定采用磷酸二氢钠浸提原子荧光方法测定；有效铅、镉测定采用DTPA浸提原子吸收方法；有效态铬测定采用盐酸浸提原子吸收方法。

2 结果与分析

2.1 牡蛎壳调理剂对水稻农艺性状的影响

由表1可知，不同处理之间水稻各农艺状差异不大，株高、穗粒数、穗实粒数、结实率、千粒重、有效穗、晒干率处理之间差异均未达到显著水平；与CK相比，T1、T2、T3处理水稻理论产量分别提高了3.04%、5.44%和5.00%，但不同处理之间差异均未达到显著水平。

表1 牡蛎壳调理剂对水稻农艺性状的影响Table 1 Effects of the oyster shell conditioner on the agronomic traits of rice

2.2 牡蛎壳调理剂对水稻产量的影响

由表2可知，各处理水稻产量高低顺序为T2>T3>T1>CK，不同用量调理剂的施用均在一定程度上提高了水稻产量。与CK相比，T1、T2、T3处理水稻产量分别提高了3.98%、6.54%和6.19%，其中3 000 kg·hm-2调理剂用量效果最好，大量施用调理剂并不会持续增加水稻的产量。

表2 牡蛎壳调理剂对水稻产量的影响Table 2 Effects of the oyster shell conditioner on the rice yield

2.3 牡蛎壳调理剂对水稻效益的影响

由表3可知，与CK相比，T1、T2、T3处理水稻产量分别增加了289、475和450 kg·hm-2。按照当时市场价格水稻3元·kg-1计算，产值分别增加了868、1 426和1 349元·hm-2；然而，随着土壤调理剂用量的增加，水稻经济效益有着下降的趋势，与CK相比，T1、T2、T3处理收益分别减少了632、1 574和3 151元·hm-2。

表3 牡蛎壳调理剂对水稻经济效益的影响Table 3 Effects of the oyster shell conditioner on the economic benefit of rice

2.4 牡蛎壳调理剂对土壤理化性状的影响

由表4可知，不同处理之间土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾及交换性镁含量都没有显著差异；土壤交换性钙含量随着牡蛎壳调理剂施用量的增加而提高，与CK相比，T1、T2、T3处理分别提高了7.95%、28.75%和45.87%；土壤pH也随着调理剂施用量的增加而提高，与CK相比，T1、T2、T3处理分别上升了3.04%、3.61%和7.02%，T2、T3处理与CK之间差异达到了显著水平；不同处理之间潜性酸的变化规律与pH一致，随着调理剂用量的增加不断减少，与CK相比，T1、T2、T3处理分别下降了4.19%、12.56%和 20.93%。

表4 牡蛎壳调理剂对土壤理化性状的影响Table 4 Effects of the oyster shell conditioner on the physicochemical properties of soil

2.5 牡蛎壳调理剂对土壤重金属有效性的影响

由表5可知，不同处理土壤有效铬、有效汞、有效砷含量分别为0.21～0.25、0.004～0.007和0.243～0.273 mg·kg-1，均在农产品产地土壤重金属污染分级DB35/T 859-2016《农产品产地土壤重金属污染程度的分级》的安全级以内，且处理之间都未达到显著水平；有效镉含量为0.27～0.32 mg·kg-1，有效铅含量为19.0～22.1 mg·kg-1，高于安全值，但是两者都随着调理剂施用量的增加呈不断下降的趋势，与CK相比，有效镉含量降幅为15.63%～31.25%，有效铅含量降幅为9.05%～14.03%，且T3处理与CK之间差异达到了显著水平。

表5 牡蛎壳调理剂对土壤重金属有效性的影响Table 5 Effects of the oyster shell conditioner on the bioavailability of heavy metals in soil

3 结论与讨论

大量研究表明土壤调理剂能够调节土壤酸碱度[12-14]。本研究中，随着调理剂施用量的增加，土壤pH值呈上升趋势，潜性酸含量呈下降趋势，且调理剂最大施用量与对照之间差异达到了显著水平，说明通过施用特贝钙土壤调理剂能够提高起到缓解土壤酸化的作用。根据福建省耕地土壤养分分级标准，本试验土壤交换性钙含量(306.67 mg·kg-1)属于中等水平，通过调理剂的施用T2、T3处理交换性钙含量分别达到了421、477 mg·kg-1，为丰富水平，说明调理剂施用改善了土壤中钙素营养供给状况，这是因为特贝钙土壤调理剂含CaO≥45%，其原料为牡蛎壳。

一般认为，通过调节土壤pH值是调理剂降低土壤重金属有效性含量的主要原因[15-16]。根据福建省地方标准DB35/T 859-2016《农产品产地土壤重金属污染程度的分级》，本试验土壤有效镉含量为0.33 mg·kg-1，超出了限制值(0.30 mg·kg-1)；有效铅含量为22.6 mg·kg-1，超过了安全值(15 mg·kg-1)，但是在限制值(35 mg·kg-1)以内。牡蛎壳调理剂施用处理土壤有效铬、有效铅含量分别降低15.63%～31.25%、9.05%～14.03%，且随着调理剂用量的增加，降幅不断加大。虽然本研究中各处理均未能使有效镉和有效铅含量达到安全水平，但是T3处理与CK之间差异达到了显著水平，说明通过特贝钙土壤调理剂的施用能够降低土壤重金属安全风险，而且施用量越大效果越好。本研究仅是一次施用的结果，在实际操作中可以通过连续多年施用，并进行观察，使土壤中重金属达到安全水平。

特贝钙土壤调理剂施用能够在不同程度提高水稻产量，但是处理之间差异都未达到显著水平。然而，随着调理剂用量增加，单季水稻经济效益呈下降趋势，这主要是调理剂成本增加水稻种植投入造成的。因此，调理剂推广应用过程中需要给农户适当的补贴，才能提高农民施用调理剂的积极性，发挥土壤调理对土壤调节的长期作用，充分体现其在保障农业可持续发展中的作用。