农业环境科学学报/第35卷第4期 Cd是生物生长发育过程的非必需元素,是自然1.1.2试验土壤性质 界中对动植物和人体危害性最大的重金属种类之 (1)盆栽试验土壤土壤类型为第四纪红壤,采 也是生物毒性最强的重金属元素。cd在较低浓度自株洲市马家河镇新马村。供试土壤pH和重金属含 下便能经由土壤到达植物根部进而迁移至植物地上量见表1。 部叫,大量积累后会对植物体造成危害,而由于镉的隐 蔽性,植物在不影响生长的情况下往往会积累较高浓 表1土壤理化性质(mgkg) 度的镉,并且通过食物链的富集作用进入人体,危害 Table 1 Physical and chemical properties of soil( mg kg) 人体健康,对人体具有三致(致病、致癌、致突变)作 项目pH 用,能诱发肾衰变、关节炎、痛痛病、癌症等病。近年 样品497±0.51153.25±8.35158.91±3.1943.12±1.10865±042 来,随着大气沉降、工业废渣堆积、农田污灌、城市垃 圾和污泥的农业化利用及化肥、农药和农膜的大量使 注:样品值为平均值±标准差;标准值为土壤环境质量标准(GB 15618-1995)的Ⅲ级标准 用等,使农用土壤受到多种重金属不同程度的污染, 尤其是Cd在环境中的化学活性强,移动性大,毒 从表1可知,土壤pH<50,属于偏酸性红壤,土 性持久,对土壤及农田造成的污染日趋严重。据统壤中Pb、Cu和Zn的含量没有超过国家土壤环境质 计,我国受镉(Cd)污染的耕地面积近130万hm2,涉量Ⅱ级标准,但土壤中Cd的含量已超过Ⅱ级标准的 及11个省市的25个地区,可见对cd污染的治理288倍,故属于单一重度Cd污染稻田土壤(一般认 迫在眉睫。 为土壤总Cd>2mg·kg-归类为重度cd污染土壤)。 水稻是世界上最重要的粮食作物之一,世界上 (2)田间随机区组试验选择湖南省茶陵县马江 半以上的人口以稻米为主食,我国60%以上人口以稻镇为试验点,土壤中Cd含量为0.36mgkg2,属于轻 米为主食叫。近年来,镉污染稻米事件层出不穷,尤其度污染区。 地处有色重金属之乡的湖南,稻米产业面临着前所未1.13供试盆栽装置 有的挑战。因此,寻找降低Cd含量效果更好的改良 盆栽装置为PE材质40桶,上口径为40cm,下 剂,开展对稻米Cd的阻控效果研究,进一步筛选出口径为35cm,桶高为30cm。每盆装土壤25kg,保 最佳稻米阻镉配套技术,对湖南稻米￠d污染阻控技持表土平整、湿润,于室外淹水等待土壤稳定紧实后 术具有十分重要的现实意义和应用价值。 备用。 在Cd污染的农田土壤上,施用改良剂来达到降1.1.4供试肥料 低作物可食部中Cd积累量的目标,从而保障粮食生 基施硅肥:俄罗斯进口矿物硅肥,奥斯科海外有限 产安全是较为有效的技术手段之—叫。石灰、海泡石、公司提供,主要成分是古微生物化石(硅藻、原始海绵 磷酸盐类等常用改良剂叫一直是国内外学者的研究体、海龙),富含70%以上二氧化硅和植物可用的氮 热点,近年来探索新型有效改良剂(硅肥、生物碳、微磷、钙、镁等微量元素,正常施用量75-150kghm3。 肥类物质等)也成为研究趋势。因此,通过盆栽试 微生物菌剂:CJY微生物菌剂,主要含有多种优 验和田间随机区组试验,开展单一施用进口矿物硅、势菌群及微量元素,可作底肥,也可作追肥使用,正常 微生物菌剂及其组配施用方式,对稻米Cd的阻控效施用量1200mLhm 果进行研究,为探索矿物硅肥及微生物菌剂对阻控稻 2试验设计 米Cd污染的机理提供科学依据并为稻米Cd污染控 室外盆栽试验及田间区组试验均采用完全随机 制技术提供科学依据和技术储备。 方案设计,详见表2和表3。试验共设计了4个处理 1材料与方法 水平:空白对照(CK),基施进口矿物硅肥(Si),基施微 生物菌剂(F),进口矿物硅肥+微生物菌剂(Si+F),每 1.1供试样品 个处理水平重复3次。在水稻盆栽试验开展前,采集 1.1.1供试水稻品种 盆栽土壤样品,测定土壤理化性质,并于移栽前一周 采用湖南省筛选的相对低镉积累品种,盆栽试验基施氮肥、磷肥及钾肥,移栽后正常水分管理。田间 及田间随机区组试验的晚稻品种均为湘晚籼13号,随机区组试验小区面积30m(5m×6m),各处理设 常规晚稻,全生育期124d。 独立灌溉沟渠,采用单一随机种植模式,移栽前施磷农业环境科学学报 第 35 卷第 4 期 Cd 是生物生长发育过程的非必需元素，是自然 界中对动植物和人体危害性最大的重金属种类之一， 也是生物毒性最强的重金属元素[1-2]。Cd 在较低浓度 下便能经由土壤到达植物根部进而迁移至植物地上 部[3]，大量积累后会对植物体造成危害，而由于镉的隐 蔽性，植物在不影响生长的情况下往往会积累较高浓 度的镉，并且通过食物链的富集作用进入人体，危害 人体健康[4]，对人体具有三致（致病、致癌、致突变）作 用，能诱发肾衰变、关节炎、痛痛病、癌症等病[5-7]。近年 来，随着大气沉降、工业废渣堆积、农田污灌、城市垃 圾和污泥的农业化利用及化肥、农药和农膜的大量使 用等，使农用土壤受到多种重金属不同程度的污染， 尤其是 Cd 在环境中的化学活性强，移动性大，毒 性持久，对土壤及农田造成的污染日趋严重[8-9]。据统 计，我国受镉（Cd）污染的耕地面积近 130 万 hm2，涉 及 11 个省市的 25 个地区[10]，可见对 Cd 污染的治理 迫在眉睫。 水稻是世界上最重要的粮食作物之一，世界上一 半以上的人口以稻米为主食，我国 60%以上人口以稻 米为主食[11]。近年来，镉污染稻米事件层出不穷，尤其 地处有色重金属之乡的湖南，稻米产业面临着前所未 有的挑战[12]。因此，寻找降低 Cd 含量效果更好的改良 剂，开展对稻米 Cd 的阻控效果研究，进一步筛选出 最佳稻米阻镉配套技术，对湖南稻米 Cd 污染阻控技 术具有十分重要的现实意义和应用价值。 在 Cd 污染的农田土壤上，施用改良剂来达到降 低作物可食部中 Cd 积累量的目标，从而保障粮食生 产安全是较为有效的技术手段之一[13]。石灰、海泡石、 磷酸盐类等常用改良剂[14]一直是国内外学者的研究 热点，近年来探索新型有效改良剂（硅肥、生物碳、微 肥类物质等）[15-17]也成为研究趋势。因此，通过盆栽试 验和田间随机区组试验，开展单一施用进口矿物硅、 微生物菌剂及其组配施用方式，对稻米 Cd 的阻控效 果进行研究，为探索矿物硅肥及微生物菌剂对阻控稻 米 Cd 污染的机理提供科学依据并为稻米 Cd 污染控 制技术提供科学依据和技术储备。 1 材料与方法 1.1 供试样品 1.1.1 供试水稻品种 采用湖南省筛选的相对低镉积累品种，盆栽试验 及田间随机区组试验的晚稻品种均为湘晚籼 13 号， 常规晚稻，全生育期 124 d。 1.1.2 试验土壤性质 （1）盆栽试验土壤 土壤类型为第四纪红壤，采 自株洲市马家河镇新马村。供试土壤 pH 和重金属含 量见表 1。 从表 1 可知，土壤 pH<5.0，属于偏酸性红壤，土 壤中 Pb、Cu 和 Zn 的含量没有超过国家土壤环境质 量域级标准，但土壤中 Cd 的含量已超过域级标准的 28.8 倍，故属于单一重度 Cd 污染稻田土壤（一般认 为土壤总 Cd>2 mg·kg-1 归类为重度 Cd 污染土壤）。 （2）田间随机区组试验 选择湖南省茶陵县马江 镇为试验点，土壤中 Cd 含量为 0.36 mg·kg-1，属于轻 度污染区。 1.1.3 供试盆栽装置 盆栽装置为 PE 材质 40 桶，上口径为 40 cm，下 口径为 35 cm，桶高为 30 cm。每盆装土壤 25 kg，保 持表土平整、湿润，于室外淹水等待土壤稳定紧实后 备用。 1.1.4 供试肥料 基施硅肥：俄罗斯进口矿物硅肥，奥斯科海外有限 公司提供，主要成分是古微生物化石（硅藻、原始海绵 体、海龙），富含 70%以上二氧化硅和植物可用的氮、 磷、钙、镁等微量元素，正常施用量 75~150 kg·hm-2。 微生物菌剂：CJY 微生物菌剂，主要含有多种优 势菌群及微量元素，可作底肥，也可作追肥使用，正常 施用量 1200 mL·hm-2。 1.2 试验设计 室外盆栽试验及田间区组试验均采用完全随机 方案设计，详见表 2 和表 3。试验共设计了 4 个处理 水平：空白对照（CK），基施进口矿物硅肥（Si），基施微 生物菌剂（F），进口矿物硅肥+微生物菌剂（Si+F），每 个处理水平重复 3 次。在水稻盆栽试验开展前，采集 盆栽土壤样品，测定土壤理化性质，并于移栽前一周 基施氮肥、磷肥及钾肥，移栽后正常水分管理。田间 随机区组试验小区面积 30 m（2 5 m伊6 m），各处理设 独立灌溉沟渠，采用单一随机种植模式，移栽前施磷 表 1 土壤理化性质（mg·kg-1） Table 1 Physical and chemical properties of soil（mg·kg-1） 注：样品值为平均值依标准差；标准值为土壤环境质量标准（GB 15618—1995）的域级标准。 项目 pH Pb Zn Cu Cd 样品 4.97依0.51 153.25依8.35 158.91依3.19 43.12依1.10 8.65依0.42 标准 <6.5 臆250 臆200 臆50 臆0.3 628