双季稻田施用土壤调理剂的生态环境效应初探

吴家梅，谢运河，田发祥，官 迪，陈 锦，纪雄辉，柏连阳

（1. 湖南省农业环境生态研究所，农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室，湖南 长沙 410125；2. 农业部长江中游平原农业环境重点实验室，湖南 长沙 410125；3. 南方粮油作物协同创新中心，湖南 长沙 410125；4. 湖南省农业科学院，湖南 长沙 410125）

我国污染耕地约有0.1亿hm2，中、重度污染耕地高达333.33万hm2[1]，土壤污染不仅导致土壤生态功能退化，影响我国农产品质量，而且给生态环境安全带来严重的威胁，因此治理耕地污染已成为现代农业生产中的热点问题。

中轻度重金属污染土壤施用土壤调理剂，是一种有效的修复与利用同时进行的措施。重金属污染尤其是镉污染土壤的调理剂，主要有提高酸性土壤pH值、降低重金属活性、吸附重金属离子和抑制土壤重金属向植物迁移等方式[2]，减少作物对镉的吸收。研究采用的土壤调理剂以石灰氮为主要原料，石灰氮含氮素20%～22%、含钙50%，是药、肥两用的土壤净化剂[3]。石灰氮作为肥料使用的历史悠久，但作为土壤调理剂能否降低中轻度污染土壤中作物对镉的吸收的研究较少。

福寿螺（Pomaces canaliculataLamark）是世界100种恶性外来入侵物种中仅有的一种水生螺[4]。福寿螺食量大，咬食水稻等作物，可造成严重减产，是名副其实的水稻杀手。目前福寿螺已侵入到我国13个省（市）246个县（市），受害农田超过4 266 880 km2[5]。福寿螺在湖南已由点状分布发展成片状分布，自2009年以来，福寿螺在湖南省不同县市爆发，已经严重威胁湖南的粮食生产安全。以石灰氮为主要原料的土壤调理剂施入稻田，能否降低福寿螺高发稻区的活体螺数量的研究较少。因此，研究主要采用以石灰氮为主要原料的土壤调理剂，旨在明确土壤调理剂对抑制福寿螺的效果、调节土壤酸碱性和降低稻米中镉含量的影响，为石灰氮的合理农用提供理论支撑。

1 材料与方法

1.1 供试土壤

试验于2016年设置在湖南省长沙县北山镇农业技术推广站试验基地（28°26′22.7″N，113°03′28.4″E），该地区年平均温度17.1℃，年降水量1 500 mm，年≥10℃积温5 300～6 500℃，为南方典型的水稻生产区。土壤类型为花岗岩发育的水稻土，化学性质：土壤pH值4.9，有机质28.5 g/kg，全氮2.59 g/kg，碱解氮173 mg/kg，有效磷35.2 mg/kg，速效钾72 mg/kg，全镉1.03 mg/kg，有效镉0.46 mg/kg。

1.2 试验设计和田间管理

水稻试验采用田间小区试验，设置5个处理，每个处理重复3次，采用单因素随机区组设计。每小区面积119 m2。早晚稻施肥量相同，处理如下：（1）对照（CK）：常规施肥；（2）土壤调理剂1：常规施肥，土壤调理剂用量为112.50 kg/hm2；（3）土壤调理剂2：常规施肥，土壤调理剂用量为168.75 kg/hm2；（4）土壤调理剂3：常规施肥，土壤调理剂用量为225.00 kg/hm2。

常规施肥（N、P和K用量早稻分别为N 150 kg/hm2，P2O590 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2，晚稻施肥为N 180 kg/hm2，P2O545 kg/hm2，K2O 120 kg/hm2）N、P、K肥分别为尿素、钙镁磷肥和氯化钾。不同处理的N、P、K 肥保持一致，土壤调理剂处理的N肥为化学尿素+土壤调理剂的N素。所有肥料全部作基肥一次施入稻田，常规施肥处理在水稻移栽前一天施入，早稻施用土壤调理剂在水稻移栽前15 d施入土壤，晚稻于移栽前7 d，翻耕与土壤混匀。由于土壤调理剂含有氮肥，为保证每个处理施肥量保持一致，施土壤调理剂的稻田中，在水稻生长季，为了避免小区相互串水，小区田埂采用薄膜覆盖。为防治福寿螺逃逸，每个小区用高0.5 m的10目尼龙网隔开。早晚稻品种分别为湘早籼45号和H优519，早稻于4月13日移栽，7月20日收获，晚稻于7月26日移栽，10月26日收获。生产中病虫害防治与当地习惯保持一致。

1.3 样品采集与测定

福寿螺的取样调查于施土壤调理剂前、水稻移栽前、苗期、分蘖期和成熟期调查取样，于每个小区随机选择3个1 m2的区域，调查福寿螺活体的个数，水稻成熟后各小区单打单收，测产，并取样检测大米中镉的含量。

1.4 计算方法与数据分析

试验数据采用Excel 2010和SPSS 10.0软件进行处理和统计分析并作图，多重比较的显著性检验均采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调理剂条件下的土壤pH值

随调理剂施用量的增加，土壤pH值呈上升趋势（表1）。施用土壤调理剂，早、晚稻稻田土壤pH值分别提高0.06～0.19和0.05～0.20个pH值单位，尤其是早稻施调理剂225.00 kg/hm2，pH值比对照显著提高，晚稻不同施肥处理间无显著性差异。

表1 不同处理稻田pH值

2.2 不同处理条件下稻田福寿螺的生长情况

稻田中福寿螺活体的数量随着生育期的延长而减少（表2）。早、晚稻施土壤调理剂后，福寿螺活体数量明显减少，尤其是水稻移栽时期，早、晚稻分别比对照处理减少95.0%和87.5%。早稻施用土壤调理剂明显影响晚稻稻田的福寿螺的生长，早稻施肥后和晚稻生育期的福寿螺几乎全部死亡。可见土壤调理剂的施用抑制田间福寿螺的生长。

2.3 不同土壤调理剂处理条件下的稻米镉含量

表2 不同处理田间福寿螺活体数量 （个）

早、晚稻施入土壤调理剂，稻米镉含量随施用量的增加而降低（表3），少早、晚稻稻米镉平均含量分别比对照处理降低19.1%和16.8%。早稻施调理剂168.75和 225.00 kg/hm2比对照下降23.5%（P＜0.05）和 28.7%（P＜0.05），晚稻施调理剂 225.00 kg/hm2比对照处理稻米镉含量下降25.2%（P＜0.05）。

表3 不同处理条件下的稻米镉含量 （mg/kg）

2.4 不同土壤调理剂处理条件下的水稻产量

早、晚稻水稻产量分别为5 833～6 056 kg/hm2和7 153～7 500 kg/hm2（表4）。与对照相比，早、晚稻施入不同量土壤调理剂的水稻产量有增加也有减少，但不同处理间水稻产量无显著差异，可见早、晚稻施入土壤调理剂对水稻产量无显著影响。

表4 不同处理条件下的水稻产量 （kg/hm2）

3 结 论

早晚稻施入甲烷土壤调理剂后，土壤pH值呈上升趋势，早晚稻分别提高0.06～0.19和0.05～0.20个pH值单位。

稻田施用土壤调理剂的福寿螺活体数量明显减少，早、晚稻移栽期福寿螺活体数量分别比对照减少95.0%和87.5%。

土壤调理剂的施用能降低稻米镉的含量，早晚稻稻米镉含量平均降低19.1%和16.8%，尤其是土壤调理剂施用量达225.00 kg/hm2，早、晚稻稻米镉降低28.7%（P＜0.05）和25.2%（P＜0.05）。

土壤施用调理剂不影响水稻产量，因此在保证粮食安全的前提下，早、晚稻稻田选择施入225.00 kg/hm2甲烷土壤调理剂比较合适，水稻既不减产，又能适量提高土壤pH值，有效降低稻米中重金属镉的含量，并抑制稻田福寿螺的生长。

参考文献：

[1] 欧国良，吴 刚. 我国城镇化与工业化进程中的土地污染问题[J].社会科学家，2015，（2）：73-78.

[2] 孙蓟锋，王 旭. 土壤调理剂的研究和应用进展[J]. 中国土壤与肥料，2013，（1）：1-7.

[3] 王 礼. 石灰氮对土壤微生物种群及黄瓜枯萎病病原菌影响的研究[D]. 杭州：浙江大学，2006.

[4] Lowe S，Browne M，Boudjelas S，et al. 100 of the World’s Worst Invasive Alien Species[M]. Auckland：The Invasive Species Specialist Group，IUCN，2000.

[5] 刘雨芳，李 菲，李玉峰，等. 福寿螺在湖南的分布现状、危害与扩散风险预警[J]. 水生生物学报，2011，35（6）：1067-1071.