不同生育期施用复合土壤调理剂对水稻吸收积累镉的影响

摘要 为了探究不同生育期施用复合土壤调理剂对水稻吸收积累镉的影响，采用田间小区试验，分别在水稻移栽前、分蘖期、孕穗期、灌浆期施用复合土壤调理剂。结果表明，在水稻移栽前、分蘖期、孕穗期3个时期施用复合土壤调理剂可提高水稻产量，并显著降低土壤镉弱酸提取态比例、增加土壤镉可还原态比例。不同生育期施用复合土壤调理剂使土壤pH提高0.55～0.68，使土壤有效镉含量降低4.59%～25.04%。不同生育期施用复合土壤调理剂使稻米镉含量降低25.18%～67.14%，降镉率水稻移栽前＞分蘖期＞孕穗期＞灌浆期。稻米镉含量与土壤有效镉含量、根系Cd吸收系数、Cd次级转运系数呈显著或极显著正相关关系，复合土壤调理剂通过降低土壤镉有效性、抑制水稻根系对镉的吸收、抑制镉从茎秆到籽粒的转运来降低稻米中镉的累积。对于复合土壤调理剂的施用时期，水稻移栽前和分蘖期均可满足当前污染耕地安全利用项目技术上的要求，但水稻移栽前施用的成本较低，综合效果较好。综合可知，镉污染耕地安全利用实践中，考虑到技术可行性与经济合理性，应尽量在水稻移栽前施用复合土壤调理剂，特殊情况下（错过农时等）可在分蘖期施用。

关键词 生育期；土壤调理剂；水稻；镉；稻米

中图分类号 X53  文献标识码 A   文章编号 0517-6611（2024）15-0071-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.15.016

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Compound Soil Conditioner Application at Different Growth Stages on Cadmium Uptake and Accumulation by Rice

YUAN Hai-wei， TANG Shou-yin， HU Lu et al

（Hunan Huanbaoqiao Ecology and Environment Engineering Co.， Ltd.， Changsha， Hunan 410205）

Abstract To investigate the effects of compound soil conditioner application at different growing stages on the cadmium（Cd） accumulation in rice， field plot experiments were carried out to apply compound soil conditioner at pre-transplanting stage， tillering stage， booting stage and filling stage， respectively. Results showed that the application of compound soil conditioner at pre-transplanting stage， tillering stage and booting stage could significantly increase rice yield， decrease the proportion of weakly acid-extractable Cd， and increase the proportion of reducible Cd. Compared with the control， soil pH was increased by 0.55-0.68 units and soil available Cd（DTPA-extractable）was decreased by 4.59%-25.04% after compound soil conditioner application at different growing stages. Applying compound soil conditioner lowered Cd concentrations in rice grain by 25.18%-67.14%. At the same time， the application period of Cd reduction rate was as follows： pre-transplanting stage > tillering stage > booting stage > filling stage. There was a significant or extremely significant positive correlation between Cd concentration in rice grain and soil available Cd， Cd absorption index of roots and Cd secondary transport index. Compound soil conditioner reduced the accumulation of Cd in rice grain by reducing the availability of Cd in soil， inhibiting the absorption of Cd by rice roots and inhibiting the transport of Cd from stem to grain. For the application period of compound soil conditioner， both pre-transplanting stage and tillering stage could meet the technical requirements of the current safe utilization project of polluted cultivated land， but the application cost of pre-transplanting stage was lower and the comprehensive effect was better. Our study suggested that considering the technical feasibility and economic rationality， compound soil conditioner should be applied before rice transplanting as far as possible in the practice of safe utilization of contaminated farmland. If it is necessary to apply soil conditioner under special circumstances due to missed agricultural time， compound soil conditioner could be applied at tillering stage.

Key words Growing stage;Soil conditioner;Rice;Cadmium;Rice grain

我国土壤镉（Cd）的点位超标率达到7.0%［1］，镉污染是我国耕地土壤面临的一个严峻的环境问题。Cd是稻米中主要的污染物，在我国南方地区已有多地出现了稻米Cd超标的现象。

施用土壤调理剂是当前开展污染耕地安全利用工作中广泛运用的一种技术措施，其可通过吸附、离子交换、沉淀、络合、拮抗等原理降低土壤Cd的植物有效性［2］，抑制Cd在土壤-农作物系统中的迁移转化。经查询，目前已获得农业农村部肥料登记证的土壤调理剂达200多种，其中适宜酸性土壤的超过150种。复合土壤调理剂是将2种或多种材料结合在一起的钝化剂，具有治理效果突出、适用性广等优点，在当前大面积污染耕地安全利用项目中广泛运用。由于一些客观原因，Cd污染耕地安全利用项目中土壤调理剂的施用可能错过水稻移栽前这段最佳时期，导致须在水稻种植后施用。错过最佳施用时期后，如何精准选择施用时期以确保安全利用效果是亟待解决的问题。研究表明，水稻在不同生育期对Cd的吸收、转运、积累特征不同［2-4］，不同生育期吸收的Cd对籽粒中Cd积累的贡献率也有较大差异；在水稻生长过程中，稻米Cd含量降低率会施用土壤调理剂的时期不同而存在较大差异［5-7］。然而，现有的研究大都集中在单一型钝化剂的不同施用时期对水稻吸收富集Cd的影响上，鲜有复合土壤调理剂不同施用时期对水稻吸收积累Cd影响的相关报道。该研究通过水稻田间小区试验，探究在水稻不同生育期施用复合土壤调理剂对水稻吸收富集Cd的影响，为后续污染耕地安全利用项目中施用复合土壤调理剂提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于湖南省湘潭市雨湖区长城乡，属亚热带湿润季风气候区，年平均气温17 ℃左右，年降水量1 300 mm，无霜期273 d。试验区土壤为当地中等肥力水平的河沙泥田。试验前耕层土壤（0～20 cm）基本理化性质：pH 4.96，有机质27.3 g/kg，全氮1.63 g/kg，全磷0.82 g/kg，全钾15.41 g/kg，全Cd 0.97 mg/kg，有效态Cd 0.46 mg/kg。

1.2 试验材料

试验用水稻品种为金优284，该品种为籼型三系杂交晚稻水稻。供试复合土壤调理剂由环保桥（湖南）生态环境工程股份有限公司提供，以硅灰石、沸石、海泡石等天然矿物为原料制成，主要技术指标（细度为粒径≤500 μm部分的含量）为：有效CaO 37.06%、有效SiO2 7.37%、有效MgO 6.81%、细度99.48%、水分0.49%、pH 11.69、Hg 0.04 mg/kg、As 2.76 mg/kg、Cd 0.01 mg/kg、Pb 9.70 mg/kg、Cr 24.90 mg/kg。

1.3 试验方法

1.3.1 试验处理。

试验共设5个处理：①对照（CK），不施用复合土壤调理剂；②T1，在水稻移栽前施用复合土壤调理剂；③T2，在水稻分蘖期施用复合土壤调理剂；④T3，在水稻孕穗期施用复合土壤调理剂；⑤T4，在水稻灌浆期施用复合土壤调理剂。T1、T2、T3、T4处理的土壤调理剂施用量均为3 000 kg/hm2。不同生育期田间的施工条件存在较大差异：水稻移栽前，田间可以利用机械（拖拉机加挂撒施斗）撒施；水稻移栽后，为了避免扰动土壤及破坏秧苗，无法采用机械下田撒施。为了最大限度模拟污染耕地安全利用项目施工的实际情况，T1处理复合土壤调理剂的施用方法为均匀施用于土壤表面后采用小型旋耕机使其与土壤充分混匀；T2、T3、T4处理复合土壤调理剂施用方法为均匀撒施于田面（一部分土壤调理剂会落在水稻植株上），不采取混匀措施。

每个处理设3次重复，合计15个小区，随机区组排列。小区长7 m、宽4 m，面积28 m2，试验区四周设置2.5 m宽保护行。同时，每2个小区用田埂（宽30 cm，高40 cm）隔开，并在田埂上覆盖塑料薄膜，防止不同小区间串水、串肥。

1.3.2 样品采集。

供试晚稻分小区单收、单晒、单独称重测产。水稻成熟后，采用五点取样法采集水稻样品，每点采集1株水稻（分成根、茎秆、稻谷3部分），即每个小区采集5株，装入网袋保存。同时，在每个采样点用不锈钢取土铲采集土壤样品0.5 kg，即每个小区采集2.5 kg土壤样品。植株样品根系、茎秆用自来水冲洗干净，再用去离子水彻底润洗3次，70 ℃烘干至恒重后粉碎；稻谷于70 ℃烘干至恒重后用小型脱壳机将稻壳和糙米分开，再用不锈钢粉碎机粉碎。全部植株样品粉碎后过100目标准筛，装入塑料自封袋中待用。土壤样品自然风干后研磨，并分别过20目和100目标准筛待用。

1.3.3 样品分析。

土壤养分含量及pH采用常规方法测定［8］；土壤全Cd采用HCl-HNO3-HF-HClO4全消解法测定［9］；土壤有效态Cd采用DTPA提取法测定［10］；植物样品Cd全量采用HNO3-HClO4（9∶1）湿解法消煮［11］，ICP-MS测定。土壤中Cd各形态含量采用BCR连续提取法测定［12］。

1.4 数据统计

根系Cd吸收系数、Cd初级转运系数、Cd次级转运系数计算参照公式（1）～（3）。

根系Cd吸收系数=根系Cd含量/土壤全Cd含量（1）

Cd初级转运系数=茎秆Cd含量/根系Cd含量（2）

Cd次级转运系数=稻米Cd含量/茎秆Cd含量（3）

采用Excel 2010和SPSS 19.0软件对数据进行统计分析。分别采用单因素方差分析（one-way ANOVA）、LSD法和Pearson参数进行方差分析、多重比较（P<0.05）和相关性分析。