土壤调理剂对土壤镉含量及小麦镉积累的影响

摘要 为探究在镉（Cd）轻度污染农田中不同土壤改良剂对土壤镉的钝化效果及对冬小麦镉吸收及籽粒产量的影响，在许昌市建安区选择重金属镉污染的农田进行大田试验，通过添加不同土壤改良剂，比较了不同土壤改良剂处理对麦田土壤Cd生物有效性及对不同Cd积累吸收类型冬小麦品种籽粒Cd含量与产量的影响。结果表明，施用土壤改良剂（复合微生物肥、重金属钝化剂、复合微生物肥+重金属钝化剂）均能降低土壤有效Cd含量，且能促使土壤Cd可交换态和碳酸盐结合态向残渣态方向转移；还可降低小麦籽粒Cd含量，有利于通过协调产量构成因素实现增产，且不同土壤改良剂施用处理相比，均以复合微生物肥+重金属钝化剂复合处理效果最好。因此，复合微生物肥和重金属钝化剂复合处理可作为豫中部镉轻度污染麦田土壤修复与小麦安全生产的栽培调控技术。

关键词 微生物肥；重金属钝化剂；镉；冬小麦

中图分类号 X173 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2023）19-0053-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.19.011

Effects of Soil Conditioners on Soil Cd Content and Cd Accumulation in Wheat

CHAO Jian-li1， DONG Zhang2， LI Yong-ge3 et al

（1.Xuchang City Rural Energy Management Workstation， Xuchang， Henan 461000; 2.Luohe Agriculture and Rural Bureau， Luohe， Henan 462000; 3.Anyang City Agricultural Environment Monitoring Station， Anyang， Henan 455000）

Abstract In order to investigate the effects of different soil amendments on the passivation of soil Cd and the effect on Cd uptake and seed yield of winter wheat in Cd-contaminated fields， we conducted field experiment in Jian’an District of Xuchang City， so as to compare the effects of different soil amendments on the biological effectiveness of soil Cd and on the accumulation and uptake of different types of winter wheat varieties by adding different soil amendments. The effects of different soil amendments on the bio-effectiveness of Cd in wheat fields and on the Cd accumulation and uptake of winter wheat varieties were compared. The results showed that the application of soil conditioners （compound microbial fertilizer， heavy metal passivator and compound microbial fertilizer + heavy metal passivator） could reduce the effective Cd content of soil and promote the transfer of soil Cd exchangeable and carbonate bound state to residue state; it could also reduce the Cd content of wheat seeds and help to achieve yield increase by coordinating the yield components. Cd content of wheat seeds was reduced by the compound microbial fertilizer + heavy metal passivator. Compared with the different soil conditioner treatments， the best results were obtained with the combination of microbial fertilizer + heavy metal passivator. Therefore， the combination of microbial fertilizer and heavy metal passivatorcould be used as a cultivation control technique for the remediation of lightly Cd-contaminated wheat fields and safe wheat production in central Henan.

Key words Microbial fertilizer；Deactivator；Cadmium；Winter wheat

随着我国工业的快速发展，由于保护不当，个别农业作物种植区出现废水、废渣和废气排放对空气、土壤及生态环境造成的重金属污染问题。由于重金属的难降解性，进入土壤后，很难被土壤微生物或化学方法快速降解，若不加预防和治理，会在土壤中长期滞留，从而造成严重的土壤重金属污染［1］。土壤重金属污染主要有铬、镉、汞、砷、铅5种元素。研究表明，土壤受到污染的根本原因是土壤中污染物的含量超出了土壤自净能力的界限，从而使土壤的理化性质、生态环境质量和土壤自身的肥力和土壤健康受到严重损害，进而影响农作物的产量［2］，且重金属污染物可通过食物链进行富集，对人体造成健康风险。近年来，河南新乡市［3］、河北省石家庄市［4］等多地已有报道并证实了农田土壤Cd污染导致小麦籽粒Cd含量超标的问题，农田土壤镉污染形势日益严峻，对我国粮食安全及人体健康构成了潜在威胁。目前，钝化修复是农田土壤重金属污染常用的方法之一，其中物理、化学修复技术钝化效果较好，但对物力、人力和技术的要求较高，多适用于小面积的土壤修复，因此在一定程度上限制了大面积推广应用［5］。复合微生物肥和重金属钝化剂由于能够与重金属发生吸附、有机络合、氧化还原等反应，且成本较低、使用方便，是目前土壤修复的主要方式之一。研究发现与单一钝化剂相比，组合钝化剂对重金属污染农田修复效果更佳，也是目前修复土壤重金属污染较为理想的方法之一［6］。鉴于此，笔者以2个镉积累吸收差异较大的冬小麦品种周麦18（高Cd积累）和郑麦366（低Cd积累）为供试材料，选用微生物肥和重金属钝化剂2种土壤改良剂进行大田试验，分析不同土壤改良剂处理对土壤Cd有效态、Cd形态、小麦籽粒Cd含量和产量及其构成因素的影响，旨在验证不同土壤改良剂处理对镉轻度污染麦田土壤有效镉含量、不同镉吸收类型小麦品种籽粒镉含量与产量的影响，为镉轻度污染农田土壤修复及冬小麦安全高效生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在许昌市建安区选择重金属镉污染农田进行，该试验点因20世纪80年代河流上游建有化工厂往河流排放废水，当地农户常利用被污染河水灌溉农田而导致土壤Cd污染，Cd总量为0.536 mg/kg，接近GB 15618—2018土壤环境质量标准风险筛选值（pH>7.5，Cd=0.6 mg/kg），播前土壤基础养分如表1。

1.2 供试材料

试验选用的冬小麦品种为周麦18（高Cd积累）、郑麦366（低Cd积累），施用的土壤改良剂如表2所示。

1.3 试验设计

试验采用裂区设计，土壤改良剂处理为主区，分别为CK（空白对照）、WSW（微生物肥）、JBR（重金属钝化剂）和WSW+JBR（微生物肥和重金属钝化剂各计各量配施），品种为副区。为防止小麦生育期内灌溉时不同处理小区串水，将试验地灌溉水污染源进行截断，以保证灌溉用水中Cd含量不超标，其他管理依照当地传统生产模式进行。

1.4 样品处理

1.4.1 土壤样品。

在各处理小区采用五点取样法采集土壤0～20 cm土层样品，混匀后装入对应自封袋中，在室内自然风干，去除土中杂质后研磨并过20和100目筛备用。

1.4.2

小麦籽粒样品。

成熟期采用五点法采集各处理100单穗，晒干脱粒后研磨备用。

1.5 测定项目与方法

1.5.1 土壤Cd有效态。采用二乙基三胺五乙酸（DTPA）法浸提。

1.5.2

土壤Cd全量。采用分析纯HNO3和HF消解。

1.5.3

土壤Cd形态分级。采用Tessier五步连续提取法，将土壤重金属分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机态、残渣态。

1.5.4

小麦籽粒Cd含量。优级纯HNO3消解；消解液以及土壤有效态和各形态提取液的Cd含量采用电感耦合等离子体质谱仪测定。

1.5.5

产量及其构成因素。于小麦成熟期，选取各小区1 m双行进行穗数调查，并随机选取50穗进行穗粒数调查和脱粒晒干后进行千粒重的测定。每处理小区随机收割1 m2脱粒测产并测定籽粒含水量，按13%的含水量折算实际产量，每个小区重复3次。

1.6 数据处理

采用Excel 2019处理试验数据和作图；通过SPSS 21.0软件在0.05水平下，对试验数据进行统计分析和差异显著性检验（Duncan’s新复极差法）。

2 结果与分析

2.1 不同土壤改良剂对土壤Cd有效态的影响

由图1可知，在越冬期3种土壤改良剂处理均使土壤有效态Cd含量降低。与CK处理相比，WSW、JBR和WSW+JBR 3种处理分别降低了0.023、0.046、0.056 mg/kg，JBR和WSW+JBR处理的效果显著，其降幅分别高达18.05%、22.07%，WSW处理的降低效果比JBR和WSW+JBR处理弱，但也明显低于CK。由此说明，除CK外各土壤改良剂在短期内均能有效降低土壤Cd有效态，其中微生物有机肥与重金属钝化剂等量配施的降低效果较为明显。成熟期土壤Cd有效态整体低于越冬期，说明土壤中Cd的有效态含量具有随小麦生育时期推进而减少的趋势，这可能是由于小麦植株对土壤Cd有效态的吸收导致，与CK相比，WSW、WSW与JBR和WSW+JBR 3种土壤改良剂处理均能显著降低Cd有效态含量，其中JBR处理与WSW处理、WSW与WSW+JBR处理之间差异不显著，但WSW+JBR处理的Cd有效态含量显著低于WSW处理，相差0.028 mg/kg，WSW+JBR处理与CK相比，降低0.050 mg/kg，降幅达23.85%，比越冬期的降幅效果增加1.68%，WSW处理较CK降低10.54%，比越冬期的降幅效果增加了1.59%，JBR处理较CK降低了18.58%，比越冬期的降低效果增加0.53%。这说明微生物肥、重金属钝化剂，以及微生物肥与重金属钝化剂等量配施均可有效降低土壤中Cd有效态含量，且持效期长，在小麦成熟期对土壤Cd有效态含量仍具有持效性。