“VIP+n”技术对稻田土壤和稻谷降镉效果的影响

蓝劲松，陈栩生

（湖南省新宁县农业农村局，湖南 新宁 422700）

镉是一种很重要的金属元素，它在炼金、塑料、电子、重工业中都扮演着举足轻重的角色[1-3]。但土壤中过多的镉元素会干扰植物的正常生长，特别是对粮食作物的影响将严重威胁人类健康[4-5]。现阶段我国优质耕地逐年减少，土壤污染问题日益加剧，镉污染状况也日渐突出，据统计，目前我国受镉、铅、砷等重金属污染的土地面积已近2 000 万hm2，约占耕地总面积的1/5。因此，农田镉污染的修复已迫在眉睫[6-9]。

目前，对于土壤重金属污染的修复，主要措施包括施用生石灰、长期的淹水管理、施用有机肥、土壤调理剂、深耕整地以及种植绿肥紫云英等[10-12]。近年来，“VIP+n”技术（V 指选种低镉吸附水稻品种、I既为淹水灌溉，P 为调节土壤酸碱度，n 为喷施叶面阻控剂或向土壤施加土壤调理剂）在湖南地区应用广泛，降镉效果显著，且成本较低，对环境不会产生二次污染[13-15]。笔者以水稻为供试作物，采用“VIP+n”修复技术在新宁县进行小区试验，旨在探明该技术在新宁县区域环境下的作用效果，为当地农作物的安全高效生产提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验地位于湖南省邵阳市新宁县金石镇永安村1组，东经110°52′48″，北纬26°28′12″，海拔高度300.9 m；成土母质为河流冲积物，属潴育水稻土，试验田块集中连片，且肥力水平、污染程度一致，距主要交通干道100 m 以上。供试土壤的理化性质：土壤pH值5.2，有机质43.44 g/kg，速效钾125.18 mg/kg，碱解氮185.46 mg/kg，有效磷21.49 mg/kg，有效态镉含量0.395 mg/kg。

供试水稻品种分早稻和晚稻，早稻为湘早籼32号和株两优819（均为低隔品种），晚稻为湘晚籼13号（低隔品种）和五丰优596（当地品种）。

供试土壤钝化剂为“楚戈”土壤钝化剂（CaO ≥8.0%，SiO2≥6.0%，有机质≥8.0%，pH 值7.0～10，湖南环保桥生态环境工程股份有限公司），生石灰（CaO ＞70%，镉3 ≤mg /kg，湖南恒旺碳酸钙有限公司）；供试有机肥（N+P2O5+K2O ≥5%，有机质≥45%，pH 值6.5～7，As ≤14 mg/kg，Hg ≤1.8 mg/kg，Pb ≤45 mg/kg，Cd ≤2.5 mg/kg，Cr ≤150 mg/kg，湖南润华农业环保科技发展有限公司）。

1.2 试验方法

试验在2021 年同块田进行早稻和晚稻试验。试验采用随机区组排列，设10 个处理（T1～T10，具体见表1），每个处理3 次重复，每个小区面积30 m2，早稻移栽密度为13.3 cm×16.7 cm，晚稻移栽密度为16.7 cm×20.0 cm，早晚两季在同一试验田进行，并保持小区排列不变，即早稻人工收获后，在不破坏主区田埂的前提下，采用人工和小型机械整地。小区间留走道和灌排水沟，小区间作埂，并用农膜覆盖，分小区单排单灌。播种和移栽参考当地的农事季节，整个小区内采用人工除草，不使用化学除草剂；病虫害按当地病虫情报进行防治，用足水量，不打高浓度药剂，不施用过磷酸钙，施肥量及其他栽培管理技术措施参考当地标准。

表1 不同试验处理

早稻于3 月29 日播种，4 月15 日采取水育秧，4 月18—22 日试验小区翻田、作田埂，4 月22 日插秧，5 月1 日进行人工除草，7 月18 日取样收割；晚稻于6 月13 日播种，7 月20 日插秧，10 月18—20 日收割，收割完成后取样。

有机肥整地时施入，施用量4 500 kg/hm2；移栽前5 d 施生石灰粉900 kg/hm2，均匀撒施后再耕耙均匀分散在田土中；移栽前3 d 一次性撒施3 000 kg/hm2钝化剂；淹水灌溉为全程保护水层灌溉（期间按照《稻田镉污染修复治理水稻田间水分管理技术规程》统一实施）[16-17]。

1.3 样品采集及检测

土壤样品采用5 点法取样，取0～20 cm 耕作层混合样，自然风干备用；稻谷样品也采用5 点法与土样“一对一”进行采集，稻谷样品采获后，带回实验室于105℃下杀青30 min，后用烘箱在70℃下烘干，研磨过40 目筛备用。土壤检测指标为土壤有效态镉（按照GB/T 5009—2003 标准，用石墨炉原子吸收分光光度法检测）、pH 值（便携式pH 检测仪JC-TY01 检测）及有机质含量（重铬酸钾滴定法测定），稻谷检测指标为全镉含量（按照GB5009.15—2014 标准，用电感耦合等离子体质法检测）及产量（人工称重法测定）。

2 结果与分析

2.1 不同处理对早稻和晚稻土壤有效态镉含量的影响

由表2 可知，早稻土壤有效态镉含量方面，T3最高，为0.412 mg/kg，T6 最低，为0.388 mg/kg，各处理间无显著性差异，表明各处理对降低早稻土壤有效态镉含量效果不显著。晚稻土壤有效态镉含量方面，T2 最高，为0.381 mg/kg，T10 最低，为0.328 mg/kg；T6、T7、T8 和T10 处理的晚稻土壤有效态镉含量显著低于CK，表明淹水灌溉+生石灰+土壤钝化剂处理对于降低晚稻土壤有效态镉含量有一定的效果。

2.2 不同处理对早稻和晚稻谷总镉含量的影响

由表2 可知，早稻稻谷总镉含量方面，T3 最高，达0.365 mg/kg，T8 最 低，为0.182 mg/kg，T1、T2、T3 的稻谷总镉含量显著高于其他处理；晚稻稻谷总镉含量方面，CK 最高，为0.279 mg/kg，T5 最低，为0.155 mg/kg，降幅达80.00%,显著高于其余处理，与早稻的差异相似，T1、T2、T3 的稻谷总镉含量显著高于其他处理。这表明该研究采取的大部分措施均能在一定程度上降低稻谷的镉含量。

2.3 不同处理对稻谷降镉率的影响

由表2 可知，早稻稻谷降镉率方面，T8 最高，为99.45%， 其 次 是T10， 为98.36%，T8 和T9 显著高于其余处理；晚稻稻谷降镉率中T5 最高，为80.00%，显著高于其余处理，其次是T9，为74.38%，显著高于T5、T7、T8 和T10 以外的所有处理。T3 处理的早晚谷降镉率为负，表明单纯的淹水灌溉对于降低稻谷镉含量的效果不大，反而有可能增加早稻谷镉含量。

2.4 不同处理对土壤pH 值和有机质含量的影响

由表2 可知，土壤pH 值方面，不采用土壤降镉控制技术的土壤pH 值为5.24，而采取了降镉技术的处理中，以T2 的 pH 值最低，为4.94，T10 的最高，为6.27，且T4～T10 的土壤pH 值显著高于T1、T2 和T3。而从土壤有机质来看，各处理的初始土壤有机质含量变幅不大，在38.24～51.34 g/kg 范围内；而采用降镉控制技术后，早稻土壤有机质含量呈增加趋势，其中T9 提高幅度最大，为60.85%，T2 增加效果最低为7.39%；各处理晚稻成熟期土壤有机质含量较早稻成熟期有所降低，但与初始值相比，T5、T7、T8、T9、T10 的晚稻成熟期土壤有机质含量分别提高了11.58%、15.97%、16.00%、41.56%、11.72%。

表2 不同处理对早晚稻土壤及稻谷的影响

2.5 对照与VIP 处理产量及增产率的比较

由表3 可知，CK 早晚稻产量均低于T7、T8、T9 和T10 处理，其中早晚稻增产率最高的均为T10（VIP+A+B），增产率分别为7.92%和8.74%，其原因可能是有机肥的施用增加了土壤养分，改善了土壤环境，从而促进了产量的提升，但相对成本也更高。

表3 不同处理产量及增产率的比较

3 结论与讨论

土壤重金属镉污染导致土壤质量及稻米品质下降，影响了农产品质量安全及经济效益[18]。早稻施用生石灰可极显著降低稻谷总镉含量，晚稻生产中优化水分管理，并施用土壤调理剂可极显著降低稻谷总镉含量[19]；“VIP+n”技术操作简单、成本相对较低，降镉效果明显，具有较强的可复制性，可在镉污染耕地推广应用[20]；而施用生石灰和土壤调理剂并不能显著降低土壤中的镉含量，但可有效降低稻米镉含量[21]。

试验结果表明，各处理对早稻土壤有效态镉含量影响较小，且对土壤镉含量的降低作用不显著，但采取淹水灌溉+生石灰+土壤钝化剂的处理，对晚稻土壤有效态镉含量的降低有着显著的效果，若在此基础上配施有机肥效果最佳。究其原因可能是因为生石灰提高了土壤pH 值，改善了土壤内部环境；外源有机肥投入改善了土壤微生态，从而促进有机质与镉络合反应，降低了土壤有效镉含量；使用生石灰和土壤钝化剂同样因为降低了土壤有效态镉，从而可有效降低早稻谷总镉含量；淹水灌溉或施加有机肥对降低早稻谷镉含量效果较佳；种植低镉吸附水稻品种，采取淹水灌溉，2 项措施对晚稻稻谷总镉含量降低基本无影响，施用生石灰则可有效降低晚稻稻谷总镉含量。综合来看，施用生石灰以及土壤钝化剂可显著降低晚稻土壤有效态镉含量以及早晚稻稻谷总镉含量，同时配施有机肥效果更佳。但不同污染程度土壤及不同成土母质条件下，稻米对镉的吸收也存在差异。因此，不同污染程度和成土母质条件如何影响“VIP+n”模式的效果有待进一步深入探讨。

试验结果表明，施用生石灰以及土壤钝化剂可显著降低晚稻土壤有效态镉含量以及早晚稻稻谷总镉含量，早稻稻谷降镉效率最高可达98.36%，晚稻稻谷降镉效率最高可达73.29%；同时，“VIP+n”技术有助于提高土壤pH 值，增加土壤中有机质的含量，还能在一定程度的增加早晚稻产量，其中早稻的增产率最高可达7.92%，晚稻的增产率最高可达8.74%。