南方轻度镉污染农田钝化阻隔技术研究与示范

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我国南方酸性镉(Cd)污染农田稻米质量安全问题一直以来都备受关注,水稻由于自身的生长特性导致Cd容易在籽粒中积累。本文以广东省韶关市酸性轻度Cd污染农田为例,采用钝化阻隔技术以及筛选适应性强的Cd低积累水稻品种等手段来保证当地水稻的安全生产,为我国南方酸性轻度Cd污染农田修复治理提供技术参考。本文实验分为大田试验和盆栽实验两个部分,其中大田试验主要包括钝化剂小区试验、低积累品种筛选小区试验、早稻碳酸钙施用大田示范、早稻硅钙磷镁复合材料施用大田示范以及晚稻碳酸钙施用50亩推广示范。主要研究结果如下:(1)钝化剂小区试验结果表明,试验施用的8种钝化剂当中只有碳酸钙粉以及硅钙磷镁复合材料能够在不影响水稻产量的前提下,显著增加试验农田土壤的pH,降低土壤中有效态Cd的含量,并且显著降低水稻籽粒中Cd含量,与对照相比,二者分别将籽粒中Cd含量降低了 47.9%和34.1%。(2)Cd低积累水稻品种适应性筛选小区试验结果表明,试验所用的14个Cd低积累水稻品种当中有7个水稻品种籽粒中Cd含量低于或等于0.2mg·kg-1。将其由高到低进行排序为:五广占>丰优9号>晶两优华占>隆香优130>深优957>株两优168>深优9516。结合产量来看,最终筛选出了 5个适合在韶关轻度Cd污染地区进行种植的水稻品种,分别为深优9516、深优957、丰优9号、隆香优130以及晶两优华占。(3)碳酸钙早稻大田示范以及硅钙磷镁复合材料早稻大田示范结果表明,施用330 kg/亩碳酸钙或者施用500 kg/亩以上的硅钙磷镁复合材料均能显著降低水稻籽粒Cd含量,对两种钝化剂进行成本分析发现,两种材料的施用量都按500 kg/亩计算,硅钙磷镁复合材料施用的成本大约是碳酸钙的6.7倍。因此,碳酸钙的性价比更高,更具有推广意义。(4)碳酸钙施用降Cd技术晚稻50亩示范结果表明,在韶关轻度酸性Cd污染农田中施用500 kg/亩的碳酸钙能够显著提高土壤pH,降低土壤中有效态Cd含量,田间管理良好且碳酸钙施用均匀的20亩田块水稻籽粒Cd含量均低于0.2mg·kg-1,对水稻产量也没有产生明显的影响。经过经济成本分析得出,一次性施用碳酸钙500 kg/亩,三年每亩农田增收效益为675元,表明碳酸钙施用降镉技术具有较好推广应用前景。而30亩田块田间管理缺失、碳酸钙施用不均匀导致部分采样点土壤pH未提高到目标值,水稻籽粒Cd含量仍然超标,由此可知,碳酸钙均匀施用是保证降Cd效果的前提。(5)盆栽实验结果表明,添加3 g/kg 土的碳酸钙对Cd低积累水稻品种深优957以及Cd高积累水稻品种甬优538根系、秸秆、籽粒中Cd的降低能力均显著强于8%生物炭和1%生物炭处理,且碳酸钙处理下两种水稻籽粒中Cd含量均低于0.2 mg·kg-1。四种处理下深优957和甬优538籽粒中Cd含量由低到高排序均为:碳酸钙<1%生物炭<8%生物炭<对照。对照处理下,深优957籽粒中Cd含量为1.05±0.17 mg·kg-1仅比甬优538籽粒中Cd含量低了 19.2%,并没有表现出显著差异。另外,和对照相比,三种添加处理均未对深优957和甬优538的结实率、百粒重、生物量以及有效穗数等农艺性状产生明显影响。综上所述,在广东韶关轻度酸性镉污染农田中均匀添加500kg/亩碳酸钙或者种植深优9516、深优957、丰优9号、隆香优130以及晶两优华占这5种Cd低积累水稻品种均能实现当地水稻的安全生产。
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