不同钝化材料对酸性土壤中玉米产量及镉吸收的影响

柴冠群　范成五　王丽　蒋亚　刘桂华　秦松

柴冠群，范成五，王丽，等.不同钝化材料对酸性土壤中玉米产量及镉吸收的影响[J].南方农业，2023，17（11）：107-110.

摘 要 在Cd安全利用类酸性土壤中开展田间小区试验，比较不同钝化材料（CK、海泡石、膨润土、凹凸棒、生石灰）对玉米农艺性状、产量、土壤有效Cd含量及玉米籽粒Cd吸收特征等方面的影响。结果：与CK相比，施用3 000 kg·hm-2的钝化材料能够显著增加玉米穗行数、行粒数和穗粒数，其中生石灰处理的增幅最大，分别为6.62%、6.36%、12.20%；施用3 000 kg·hm-2的生石灰还能够显著促进玉米百粒重、产量增加，增幅分别为8.58%、16.43%，并且其土壤有效Cd含量较CK降低43.66%，玉米籽粒Cd含量降低了28.38%，表明实现了玉米籽粒的安全生产。

关键词 玉米；农艺性状；产量；镉；钝化材料

中图分类号：S513 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2023.11.027

玉米已成为我国第一大粮食作物，2020年播种面积为4.13×107 hm2，总产量达2.61×109 t[1]。近年來多地报道玉米存在镉（Cd）超标现象，如徐梦琪等发现贵州114个玉米品种籽粒中Cd超标3.51%[2]，柴冠群等发现在贵州试验的50个玉米品种籽粒Cd超标率为14%[3]，李勇进等在长株潭地区开展Cd低累积玉米品种试验中玉米籽粒Cd超标率达27.78%[4]。玉米籽粒对土壤Cd有一定的富集能力，土壤Cd含量是决定玉米吸收Cd多少的关键因素之一。因此，在土壤Cd含量超标区种植玉米，可能存在Cd含量超标风险。

目前，农业土壤重金属污染修复技术主要分为两大类：一类是淋洗法、客土法、植物萃取法等措施，去除土壤中重金属，实现农产品安全生产[5]；另一类是通过农艺措施降低作物对重金属的吸收，包括品种调整、叶面调控与原位钝化等措施[6]。原位钝化修复技术作用于土壤，通过改变重金属形态，降低活性重金属含量，实现农产品安全生产[6]。原位钝化修复技术与其他土壤修复技术相比，操作简便、费用低廉、见效快，易于推广。前人已对Cd污染耕地修复做了大量研究，但不同区域的土壤特性不同，钝化材料对土壤Cd污染的修复效果存在一定差异。一般来说，酸性Cd污染耕地的Cd活性较强，种植的农作物Cd超标风险较高。笔者在贵州省毕节市七星关区酸性Cd安全利用类耕地上，选择市面上常见的几种钝化材料（海泡石、膨润土、凹凸棒、生石灰），比较不同钝化材料对土壤有效Cd含量、玉米产量及籽粒Cd吸收特征的影响，旨在为七星关区玉米安全生产提供技术支撑。

1  材料与方法

1.1  试验地点、材料

试验地位于七星关区杨家湾镇，海拔为1 589 m，年均降水量954 mm，年均气温12.5 ℃，无霜期约250 d，属亚热带湿润季风气候。供试土壤为黄壤，土壤pH值为4.83，有机质含量41.29 g·kg-1，碱解氮含量165.48 mg·kg-1，有效磷含量45.39 mg·kg-1，速效钾含量218.63 mg·kg-1，全Cd含量0.56 mg·kg-1，有效Cd含量0.13 mg·kg-1。试验地为受Cd污染的安全利用类耕地，供试玉米品种为西抗18。

1.2  试验设计

2021年5月在试验基地开展田间小区试验，试验共设置5个处理：1）CK（不施钝化材料）；2）海泡石；3）膨润土；4）凹凸棒；5）生石灰。每个处理3次重复。钝化材料施用量均为3 000 kg·hm-2，在土壤旋耕前，一次性撒入土壤。小区面积30 m2（10 m×3 m），玉米种植规格为株距40 cm，行距60 cm，每穴播种3粒玉米种子。玉米长出3片叶时间苗，每穴仅留1株。施肥与田间管理参照当地农户习惯，整个生育期N、P2O5与K2O施用量分别为225、120、150 kg·hm-2。

1.3  测定项目及方法

玉米成熟后，采用“梅花形”取样法，在各小区随机选取10株玉米，进行株高、茎粗、穗位高等农艺性状的测量，并将玉米穗带回实验室测定穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒数、百粒重等。将各小区收获的玉米穗，按14%的籽粒含水量折算各处理产量。用去离子水清洗玉米籽粒后，吸水纸擦干，置于烘箱内105 ℃杀青30 min，60 ℃烘干。用三维震击式球磨仪研磨玉米籽粒烘干样，过0.25 mm尼龙筛、备用。玉米籽粒Cd含量参照《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》（GB 5009.268—2016）测定[7]。土壤有效Cd含量参照《土壤 8种有效态元素的测定 二乙烯三胺五乙酸浸提-电感耦合等离子体发射光谱法》（HJ 804—2016）测定[8]。

1.4  数据处理

应用EXCEL 2010进行数据计算，运用SPSS 20进行数据统计分析，采用Sigmaplot 14.0进行绘图。

2  结果与分析

2.1  不同钝化材料对玉米农艺性状的影响

不同处理对玉米株高、茎粗、穗位高的影响如表1所示。可知，就株高而言，不同处理的玉米株高介于276.89～319.11 cm，与CK相比，施用凹凸棒、生石灰的处理玉米株高均有显著增加，增幅分别为5.82%、15.25%；就茎粗而言，不同处理的玉米茎粗介于13.89～14.23 mm，不同处理之间差异不显著；就穗位高而言，不同处理的玉米穗位高介于113.67～116.15 cm，不同处理之间差异不显著。

2.2  不同钝化材料对玉米产量及其构成因子的影响

2.2.1  对玉米产量构成因子的影响

不同处理对玉米产量构成因子的影响如表2所示。可知，就玉米穗长而言，不同处理的玉米穗长介于22.39～25.10 cm，生石灰处理的玉米穗长显著高于其他处理，与CK相比，生石灰处理的穗长增幅为12.10%；就穗粗而言，不同处理玉米穗粗介于4.78～5.03 cm，生石灰处理的玉米穗粗显著高于其他处理，与CK相比生石灰处理的穗粗增幅为5.01%；生石灰处理的玉米穗行数、行粒数均显著高于其他处理，分别较对照处理提高了6.62%、6.36%；施用钝化材料的处理玉米穗粒数显著高于CK，其中生石灰处理的玉米穗粒数最高，增幅为12.20%。

2.2.2  对玉米百粒重和产量的影响

不同处理对玉米百粒重和产量的影响如表3所示。可知，施用钝化材料显著促进百粒重增加，与CK相比，海泡石、膨润土、凹凸棒与生石灰处理百粒重增幅分别为2.32%、4.78%、6.22%、8.58%。施用钝化材料显著促进玉米籽粒产量增加，与CK相比，海泡石、膨润土、凹凸棒与生石灰处理产量增幅分别为2.84%、7.17%、7.75%、16.43%。

2.3  不同钝化材料对土壤有效Cd含量及玉米籽粒Cd吸收的影响

2.3.1  对土壤有效Cd含量的影响

不同处理对土壤有效Cd含量的影响如图1所示。可知，海泡石处理、膨润土处理的土壤有效Cd含量均与CK差异不显著，与CK相比，凹凸棒处理、生石灰处理的土壤有效Cd含量均显著降低，降幅分别为11.97%、43.66%。

2.3.2  对玉米籽粒Cd吸收的影响

不同处理的玉米籽粒Cd吸收特征如图2所示。可以看出，海泡石处理、膨润土处理的玉米籽粒Cd含量均与CK差异不显著，3个处理的玉米籽粒Cd含量均高于《粮食（含谷物、豆类、薯类）及制品中铅、铬、镉、汞、硒、砷、铜、锌等八种元素限量》（NY 861—2004）中玉米Cd含量限值（0.05 mg·kg-1）[9]；凹凸棒处理、生石灰处理的玉米籽粒Cd含量均低于国标限值[9]；与CK相比，凹凸棒处理、生石灰处理的玉米籽粒Cd含量均显著降低，降幅分别为15.76%、28.38%。

3  小结与讨论

目前，我国约0.2×108 hm2耕地受重金属污染，其中Cd点位超标率达7%，已成为土壤首要无机污染物[3，10]。土壤中的Cd迁移能力较强，易被作物吸收，随食物链进入人体后长期富集积累，易诱发人体骨质疏松、器官衰竭等症状[11]。因此，土壤Cd污染修复治理已成为全社会关注的焦点。

试验发现施用凹凸棒、生石灰的处理玉米株高均大幅提高，分别提高5.82%、15.25%，这可能是因为凹凸棒、生石灰中含有大量Ca、Mn、Zn等中微量矿质元素，能够促进玉米的生长。张丽丽等报道，施用生石灰可缓解土壤酸化，对玉米幼苗生长起到促进作用[12]。玉米穗长、穗粗、穗行数、行粒数与穗粒数是影响玉米产量的关键因素；周斌等分析发现玉米产量与穗行数、行粒数与穗粒数呈显著正相关[13]。研究还发现生石灰处理的玉米百粒重、产量均显著高于CK，增幅分别为8.58%、16.43%，可能是因为生石灰对土壤酸化调控能力较强，加之Ca是参与植物生理过程、促进作物光合作用与干物质累积的必需营养元素[14]。

作物吸收土壤重金属不仅与其总量有关，而且与其在土壤中的存在形态也密切相关[15]。王玉婷等报道施用海泡石能够显著提升土壤pH，促进土壤Cd由活性态向惰性态转化[16]；徐奕等报道施用膨润土后，土壤交换态Cd含量较对照降低了7.9%～24.6%[17]；杨文叶等报道在镉超标土壤中施用凹凸棒能够显著降低土壤有效Cd含量，实现菜薹安全生产[18]；吕俊飞等报道施用生石灰土壤交换态Cd含量较对照降低了37.46%[19]。试验研究发现施用钝化材料的处理土壤有效Cd含量较CK显著降低，使玉米籽粒Cd含量较CK降低28.38%，这与前人研究结果一致。生石灰处理的土壤有效Cd含量与玉米籽粒Cd含量均最低，这是因为生石灰调控土壤酸度的能力较强，且Ca2+与Cd2+离子半径相似，在植株中具有相同的运输通道，生石灰能够及时补充大量Ca2+，在作物体内与Cd2+发生拮抗作用，抑制玉米对Cd2+的吸收[14]。

综上所述，生石灰（用量3 000 kg·hm-2）可显著促进玉米百粒重、产量增加，增幅分别为8.58%、16.43%，且能够实现玉米籽粒Cd安全生产，使玉米籽粒Cd含量较CK处理降低28.38%。

参考文献：

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（责任编辑：易  婧）