改良剂对稻田土壤中镉形态及有效性的影响

随着现代工业的发展,我国土壤镉污染问题十分突出,这严重影响了我国粮食质量安全。镉是一种有毒的重金属元素,具有较强的迁移性,土壤中的镉易被植物吸收后通过食物链进入人体,从而危害人体健康。水稻是我国最重要的粮食作物,也是对镉吸收最强的大宗谷类作物。因此筛选适合重金属污染产地的低积累水稻品种,建立合理的水稻产地镉污染阻控技术体系,尤为重要和迫切。“镉米”事件后,湖南省农田镉污染状况及其防治措施已成为社会关注的热点。有鉴于此,本试验以湖南桂阳县农业局水稻试验基地作为依托,通过田间种植试验研究了猪粪和生物炭在不同配比下对镉污染水稻土的改良效果,研究施用不同改良剂对土壤pH、镉的有效态、形态变化和土壤微生物量的影响,及其对镉低吸收水稻(嘉兴-33)和杂交水稻(明珠丝苗)生长和镉吸收的影响等。田间水稻种植试验主要结论如下：不同改良剂处理下,嘉兴-33和明珠丝苗成熟期土壤pH有小幅度提高,其中2%猪粪处理效果最好,分别提高了0.25和0.31个单位；几种改良剂均可有效降低明珠丝苗水稻土壤中有效态镉的含量,降幅在28.0%-46.2%之间,猪粪和生物炭混合添加量在2%时可显著降低嘉兴-33水稻土壤中有效态镉含量。通过Tessier法分析土壤中镉的五种形态发现,种植不同水稻品种土壤镉形态变化存在差异：各形态含量占总镉百分比排序依次为交换态>铁锰氧化物结合态>碳酸盐结合态>残渣态>有机结合态；M1、M2、M1C1和M2C2处理下,种植明珠丝苗水稻土壤交换态镉浓度显著下降,分别为18.4%、18.5%、24.8%和19.3%,种植嘉兴-33土壤有效态镉浓度均下降,但在形态分布上未见显著性差异。所有处理均提高了土壤ATP浓度,其中M1、M2和M2C2处理提升幅度最大,种植明珠丝苗土壤分别为803.7%、1121.2%和629.6%,种植嘉兴-33土壤为301.1%、252.2%和379.3%,BiomassC浓度均有一定幅度提升,分蘖期和成熟期平均生物量浓度分别为7.35和11.98μmol g-1 biomassC,说明改良剂促进了微生物生长。在成熟期,M2C2和C1处理对植株生长的促进效果较为明显,两种水稻株高、根长和植株总干重有较明显的增长。单施猪粪对抑制两种水稻根部镉吸收效果最佳,相比于空白,明珠丝苗根部镉含量分别降低了16.1%和17.1%,嘉兴-33为49.2%和46.5%；不同处理下,两种水稻不同器官中镉积累变化基本与根部相反；所有处理均促进了两种水稻稻壳镉吸收；M1、M2、M1C1和M2C2处理下,明珠丝苗精米中镉含量下降,降幅分别为11.6%、15.8%、10.3%和5.50%,除M1和M1C2处理其余处理均提高了嘉兴-33精米镉含量,说明嘉兴-33自身镉积累较低。水稻植株各部位镉含量大小为根>茎叶>谷壳>精米。总体来看,猪粪添加对镉污染稻田有较好的改良效果,如提高土壤pH,降低交换态镉含量,提升残渣态镉含量,从而减少水稻对镉的吸收,促进水稻生长,提高水稻植株生物量,抑制镉在水稻植株的积累。改良剂能够修复镉污染水稻土,可以在一定程度上减少水稻对镉的吸收,显著改善水稻的生长状况；但两个水稻品种对不同改良剂处理的响应不同,嘉兴-33水稻精米中较低镉含量显示出比明珠丝苗更低的镉积累性。说明选种镉污染低积累水稻配合一定的改良剂处理,能够降低水稻对镉的吸收,从而减少镉在食物链转移的风险。