绿肥与稻草还田对镉污染水稻土的修复效应

来源 :华中农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhijie882008
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我国南方稻田土壤镉污染是当前影响水稻安全生产的主要问题之一,诸如土壤退化、水稻籽粒镉含量超标等问题会造成水稻减产乃至绝收等严重危害,给人民的生命财产安全造成巨大威胁。寻求适合南方稻田的土壤镉污染治理措施,对于水稻安全绿色生产具有重要意义。本研究于2019年~2021年在武汉市华中农业大学盆栽场开展,盆栽试验的土壤采自湖南长沙镉污染稻田。在紫云英-水稻轮作模式下,设置添加稻草以及配施石灰处理,通过监测水稻产量及养分吸收、土壤理化性质及酶活性、土壤镉活性以及水稻镉含量和累积量,探索绿肥、稻草还田配施石灰对于土壤镉污染的治理效果及土壤理化性质的改善能力,为构建稻田镉污染治理技术提供依据。连续两年试验结果显示:(1)稻草和绿肥单独还田对稻谷产量没有显著影响,二者联合还田可有效增加稻谷产量,两年分别增产27.0%和35.6%;施用石灰仅在第一年具有显著增产效应,第2年增产作用减弱。绿肥和稻草还田两年使稻米氮素积累量分别增加了20.5%、18.5%和28.6%、34.1%,稻草还田还可以促进水稻钾素的积累,施用石灰导致水稻的氮吸收量增加,磷和钾的吸收量降低。(2)镉污染稻田中有机物料还田在第一年对土壤的理化性质影响有限,试验第二年绿肥可以有效提高土壤全氮和有机质含量,稻草可以有效增加土壤氮、钾养分以及有机质含量,其中绿肥和稻草还田分别使全氮增加8.2%和11.1%,速效钾分别增加了9.4%和46.5%,有机质分别增加了20.9%和17.7%。石灰的施用则与有机物料相反,其在第一年的土壤理化性质改良效果优于第二年。绿肥和稻草还田后还可以增加土壤各种酶的活性,其中过氧化氢酶活性增加达到了显著水平。(3)严重镉污染稻田土壤中,绿肥还田可以有效降低土壤镉活性,在试验后期降低了23.7%-59.5%,种植绿肥还田在试验后期可以达到将土壤中有效镉含量降低至与施用石灰处理同一水平的效果。绿肥和稻草还田主要通过将土壤镉赋存形态中Aci-Cd和Red-Cd转化为Res-Cd来达到降低土壤镉活性的目标,绿肥和稻草还田的联合还田较单独还田转化效果有上升趋势,其中种植绿肥对Aci-Cd含量有显著降低作用,是降低镉有效性的关键原因。绿肥和稻草还田对于土壤p H变化影响较小,增加土壤总有机碳及各种形态活性有机碳效果明显,可能是其降低稻田土壤镉活性的主要原因。(4)绿肥还田两年使稻米镉含量分别降低了33.3%和54.9%,稻草还田可以分别使稻米镉含量降低34.9%和47.2%。试验第二年绿肥和稻草还田则分别使镉累积量降低了44.4%和40.0%。(5)种植绿肥还田可以显著降低镉由水稻根部向稻草以及稻壳向稻米转运;稻草还田主要可以降低稻草和谷壳向稻米的转运。种植绿肥还田可以有效增加根表胶膜的量,提高对于土壤中镉的吸收。综合连续2年的镉污染稻田土壤绿肥稻草还田配施石灰的盆栽试验结果来看,绿肥和稻草联合还田可以有效提高水稻产量;土壤酶的活性在绿肥和稻草还田后会有效增加,并在试验第二年提高土壤全氮和有机质含量。土壤弱酸溶解态镉和可还原态占比降低,转化为对水稻生长危害最小的残渣态镉,镉在土壤中的形态转变是土壤镉活性变化的重要原因。各项理化性质中,p H和土壤各形式有机质对镉有效性影响最大。石灰的施用可以显著影响土壤镉活性,种植绿肥还田在试验后期也能显著降低土壤镉活性,并且绿肥和稻草还田均可以有效降低稻米镉含量和累积量。因此可以认为,绿肥、稻草和石灰的共同作用,是一种有效的镉污染农田土壤治理和水稻安全生产措施。
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