4种炭基复合改良剂可不同程度地降低糙米Cd富集

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0497

中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (12): 146-153.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0497

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4种炭基复合改良剂可不同程度地降低糙米Cd富集

魏岚¹(), 邱超才², 黄连喜¹, 李翔¹, 黄庆¹, 郑小东¹, 林启美¹, 刘忠珍¹(), 陈伟盛¹

¹ 广东省农业科学院农业资源与环境研究所，农业农村部南方植物营养与肥料重点实验室，广东省养分资源循环利用与耕地保育重点实验室，广州 510640
² 云浮市云城区农业农村综合服务中心，广东云浮 527300

收稿日期:2022-06-25 修回日期:2022-08-15 出版日期:2023-04-25 发布日期:2023-04-21
通讯作者: 刘忠珍，女，1977年出生，河南延津人，研究员，博士，研究方向：土壤污染修复与治理。通信地址：510640 广东省广州市天河区五山金颖路66号广东省农业科学院农业资源与环境研究所环境化学研究室，Tel：020-85161402，E-mail：lzzgz2001@163.com。
作者简介:
魏岚，女，1981年出生，浙江湖州人，副研究员，博士，研究方向：土壤污染修复与治理。通信地址：510640 广东省广州市天河区五山金颖路66号广东省农业科学院农业资源与环境研究所环境化学研究室，Tel：020-85161402，E-mail：441004456@qq.com。
基金资助:
广西自然科学基金项目重点项目（粤桂联合基金项目）“粤桂有色金属矿区重金属污染土壤生物-钝化改良剂联合修复治理技术研究与示范”(2021JJYGD150048); 广东省现代农业产业技术体系创新团队建设专项资金“香蕉菠萝产业技术体系创新团队”(2023KJ109); 广东省农科院新兴团队项目“土壤质量与污染控制”(202120TD); 广州市科技计划项目“生物炭对不同理化性质土壤镉污染消减效应及其机理研究”(202102080407)

Four Biochar-based Conditioners Reducing Cd Accumulation in Brown Rice to Different Degrees

WEI Lan¹(), QIU Chaocai², HUANG Lianxi¹, LI Xiang¹, HUANG Qing¹, ZHENG Xiaodong¹, LIN Qimei¹, LIU Zhongzhen¹(), CHEN Weisheng¹

¹ Key Laboratory of Plant Nutrition and Fertilizer in South Region, Ministry of Agriculture and Rural Affairs; Guangdong Key Laboratory of Nutrient Cycling and Farmland Conservation, Institute of Agricultural Resources and Environment, Guangdong Academy of Agricultural Sciences, Guangzhou 510640
² Yunfu City Yuncheng District Agricultural and Rural Comprehensive Service Center, Yunfu, Guangdong 527300

Received:2022-06-25 Revised:2022-08-15 Online:2023-04-25 Published:2023-04-21

摘要/Abstract

摘要：

为了实现水稻的安全生产，降低土壤Cd生物有效性及糙米Cd含量，以4种炭基复合改良剂为材料，开展田间小区试验，研究其对土壤Cd生物有效性以及水稻植株吸收、累积及转运Cd的影响。结果表明，施用4种炭基复合改良剂（生物炭+沸石BZ、生物炭+沸石+有机肥BZM、生物炭+铁粉BFe、生物炭+钙镁磷肥BP）后，早稻和晚稻产量提高了4.41%~21.18%，其中BZM和BP表现较好，早稻增产更为显著。晚稻中Cd富集系数(BCF)总和大大超过早稻（1.07~3.75倍）。施用4种复合改良剂可使糙米Cd含量降低到0.03~0.23 mg/kg，除了施用BZ的晚稻糙米超标外，其余均符合国家食品安全标准，其中BP的效果最好。该研究表明炭基复合改良剂在Cd污染土壤修复中具有一定的应用价值，其中BP在中性或弱碱性土壤中的潜力更大一些。

关键词: 稻田, Cd, 炭基复合改良剂, 早稻, 晚稻

Abstract:

The purpose of this experiment is to ensure the quality safety of brown rice, and reduce the bioavailability of soil Cd and the content of Cd in brown rice. In this study, four biochar-based conditioners were used as materials to evaluate their effects on reducing Cd bioavailability in soil and inhibiting Cd absorption, transportation and accumulation in rice plants in field. The results showed that after applying the four biochar-based conditioners (biochar+zeolite BZ, biochar+zeolite+organic fertilizer BZM, biochar+iron powder BFe, biochar+calcium magnesium phosphate fertilizer BP), the yield of both spring and autumn brown rice increased by 4.41%-21.18%, of which BZM and BP treatments were better and increased the yield of spring rice more significantly. The sum of Cd bioaccumulation factors (BCF) in autumn rice was significantly higher than that in spring rice (1.07-3.75 times). The Cd content of brown rice could be reduced to 0.03-0.23 mg/kg by applying the four biochar-based conditioners. Except the Cd content of autumn brown rice under BZ treatment, the Cd content of brown rice under all the other treatments could conform to the limit of the National Standard for Food Safety. BP was the most effective conditioner in reducing Cd content in brown rice and increasing rice yield. The results indicated that biochar-based conditioners had a certain value for the remediation of Cd-polluted paddy soil, and BP had more potential value in neutral or weakly alkaline soil.

Key words: paddy soil, cadmium (Cd), biochar-based conditioner, spring rice, autumn rice

魏岚, 邱超才, 黄连喜, 李翔, 黄庆, 郑小东, 林启美, 刘忠珍, 陈伟盛. 4种炭基复合改良剂可不同程度地降低糙米Cd富集[J]. 中国农学通报, 2023, 39(12): 146-153.

WEI Lan, QIU Chaocai, HUANG Lianxi, LI Xiang, HUANG Qing, ZHENG Xiaodong, LIN Qimei, LIU Zhongzhen, CHEN Weisheng. Four Biochar-based Conditioners Reducing Cd Accumulation in Brown Rice to Different Degrees[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2023, 39(12): 146-153.

图/表 7

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材料	pH	有机质 /(g/kg)	总C含量 /(g/kg)	CEC /(cmol/kg)	总Cd /(mg/kg)
生物炭(B)	9.80	-	42.00	-	0.00
沸石(Z)	10.45	1.20	-	0.42	0.01
有机肥(M)	6.53	52.00	-	0.52	0.09
还原铁粉(Fe)	9.78	-	-	-	0.00
钙镁磷肥(P)	9.05	0.40	-	23.21	0.02

材料	pH	有机质 /(g/kg)	总C含量 /(g/kg)	CEC /(cmol/kg)	总Cd /(mg/kg)
生物炭(B)	9.80	-	42.00	-	0.00
沸石(Z)	10.45	1.20	-	0.42	0.01
有机肥(M)	6.53	52.00	-	0.52	0.09
还原铁粉(Fe)	9.78	-	-	-	0.00
钙镁磷肥(P)	9.05	0.40	-	23.21	0.02

器官	季别	元素	CK	BZ	BZM	BFe	BP	平均
糙米	早稻	N	11.37±0.28b	12.35±0.68ab	12.85±0.77a	12.22±1.06ab	13.22±1.00a	12.40
		P	3.30±0.28a	3.15±0.50a	3.36±0.57a	3.05±0.72a	3.47±0.44a	3.27
		K	2.81±0.25a	2.56±0.29a	2.55±0.15a	2.62±0.38a	2.81±0.23a	2.67
	晚稻	N	15.38±0.61a	15.38±0.87a	15.49±1.51a	16.09±0.48a	16.51±1.00a	15.77
		P	2.06±0.07a	2.50±0.39a	2.49±0.25a	2.34±0.36a	2.82±0.57a	2.44
		K	1.82±0.12a	2.18±0.43a	2.13±0.16a	2.01±0.13a	2.36±0.34a	2.10
稻壳	早稻	N	4.79±0.64a	5.13±0.78a	5.48±0.98a	4.76±0.78a	4.96±0.54a	5.02
		P	1.08±0.07a	0.88±0.25a	1.00±0.31a	1.19±0.41a	0.70±0.27a	0.97
		K	4.36±0.39a	4.34±0.22a	4.57±0.12a	4.28±0.21a	4.24±0.62a	4.36
	晚稻	N	8.96±0.36a	8.01±0.41abc	7.20±0.67bc	7.02±0.18c	8.36±0.91ab	7.91
		P	3.52±0.38a	3.67±0.65a	2.57±0.17b	2.60±0.15b	2.31±0.32b	2.93
		K	6.64±1.01a	6.96±0.54a	6.52±0.51a	6.81±0.10a	6.50±0.49a	6.69
稻草	早稻	N	7.62±1.80a	9.66±1.25a	11.34±1.28a	7.81±6.62a	9.84±2.20a	9.25
		P	1.17±0.41a	1.47±0.39a	1.64±0.32a	1.67±0.81a	1.20±0.10a	1.43
		K	27.02±2.22a	24.59±3.83a	25.42±3.86a	24.30±1.57a	28.46±2.44a	25.96
	晚稻	N	11.92±1.68a	10.76±1.00a	11.61±1.53a	12.00±1.24a	11.82±2.16a	11.62
		P	1.53±0.55a	1.40±0.13a	1.36±0.35a	1.49±0.10a	1.21±0.35a	1.40
		K	28.26±2.07a	29.88±0.69a	31.26±2.23a	29.92±2.99a	31.10±0.52a	30.08
稻根	早稻	N	7.62±1.04a	9.34±1.24a	9.08±1.25a	8.77±1.18a	7.90±1.43a	8.54
		P	2.39±0.54a	3.30±0.99a	2.47±0.55a	2.56±0.97a	2.53±0.61a	2.65
		K	11.29±3.15a	13.27±2.46a	13.35±2.99a	11.49±2.71a	9.93±3.32a	11.87
	晚稻	N	9.63±0.46a	9.53±0.60a	10.16±0.60a	9.88±0.65a	9.31±0.46a	9.70
		P	3.02±0.78a	4.37±0.70a	3.67±1.51a	3.75±0.28a	5.45±2.66a	4.05
		K	9.50±3.25a	10.71±2.32a	9.06±1.27a	10.52±2.00a	10.91±2.94a	10.14

器官	季别	元素	CK	BZ	BZM	BFe	BP	平均
糙米	早稻	N	11.37±0.28b	12.35±0.68ab	12.85±0.77a	12.22±1.06ab	13.22±1.00a	12.40
		P	3.30±0.28a	3.15±0.50a	3.36±0.57a	3.05±0.72a	3.47±0.44a	3.27
		K	2.81±0.25a	2.56±0.29a	2.55±0.15a	2.62±0.38a	2.81±0.23a	2.67
	晚稻	N	15.38±0.61a	15.38±0.87a	15.49±1.51a	16.09±0.48a	16.51±1.00a	15.77
		P	2.06±0.07a	2.50±0.39a	2.49±0.25a	2.34±0.36a	2.82±0.57a	2.44
		K	1.82±0.12a	2.18±0.43a	2.13±0.16a	2.01±0.13a	2.36±0.34a	2.10
稻壳	早稻	N	4.79±0.64a	5.13±0.78a	5.48±0.98a	4.76±0.78a	4.96±0.54a	5.02
		P	1.08±0.07a	0.88±0.25a	1.00±0.31a	1.19±0.41a	0.70±0.27a	0.97
		K	4.36±0.39a	4.34±0.22a	4.57±0.12a	4.28±0.21a	4.24±0.62a	4.36
	晚稻	N	8.96±0.36a	8.01±0.41abc	7.20±0.67bc	7.02±0.18c	8.36±0.91ab	7.91
		P	3.52±0.38a	3.67±0.65a	2.57±0.17b	2.60±0.15b	2.31±0.32b	2.93
		K	6.64±1.01a	6.96±0.54a	6.52±0.51a	6.81±0.10a	6.50±0.49a	6.69
稻草	早稻	N	7.62±1.80a	9.66±1.25a	11.34±1.28a	7.81±6.62a	9.84±2.20a	9.25
		P	1.17±0.41a	1.47±0.39a	1.64±0.32a	1.67±0.81a	1.20±0.10a	1.43
		K	27.02±2.22a	24.59±3.83a	25.42±3.86a	24.30±1.57a	28.46±2.44a	25.96
	晚稻	N	11.92±1.68a	10.76±1.00a	11.61±1.53a	12.00±1.24a	11.82±2.16a	11.62
		P	1.53±0.55a	1.40±0.13a	1.36±0.35a	1.49±0.10a	1.21±0.35a	1.40
		K	28.26±2.07a	29.88±0.69a	31.26±2.23a	29.92±2.99a	31.10±0.52a	30.08
稻根	早稻	N	7.62±1.04a	9.34±1.24a	9.08±1.25a	8.77±1.18a	7.90±1.43a	8.54
		P	2.39±0.54a	3.30±0.99a	2.47±0.55a	2.56±0.97a	2.53±0.61a	2.65
		K	11.29±3.15a	13.27±2.46a	13.35±2.99a	11.49±2.71a	9.93±3.32a	11.87
	晚稻	N	9.63±0.46a	9.53±0.60a	10.16±0.60a	9.88±0.65a	9.31±0.46a	9.70
		P	3.02±0.78a	4.37±0.70a	3.67±1.51a	3.75±0.28a	5.45±2.66a	4.05
		K	9.50±3.25a	10.71±2.32a	9.06±1.27a	10.52±2.00a	10.91±2.94a	10.14

水稻	处理	稻根	稻草	稻壳	糙米	总和
早稻	CK	3.32±0.79b	0.68±0.24bc	0.28±0.09a	1.46±0.50a	5.74
	BZ	7.08±2.48a	2.68±0.68a	0.25±0.05a	0.69±0.27b	10.70
	BZM	4.32±1.81ab	1.61±0.65b	0.13±0.07a	0.32±0.09b	6.38
	BFe	2.66±0.63b	1.02±0.41bc	0.24±0.15a	0.44±0.17b	4.36
	BP	2.59±0.39b	0.50±0.05c	0.24±0.24a	0.21±0.07b	3.54
晚稻	CK	6.35±0.24b	4.85±0.78ab	0.61±0.18a	1.25±0.13a	13.06
	BZ	13.81±1.45a	6.24±0.52a	0.85±0.11a	1.20±0.19a	22.10
	BZM	12.52±1.12a	2.65±0.48bc	0.89±0.26a	0.99±0.26ab	17.05
	BFe	15.12±0.34a	4.65±1.01ab	0.60±0.16a	0.32±0.04b	20.69
	BP	9.76±1.80ab	0.83±0.06c	0.61±0.15a	0.21±0.03b	11.41

4种炭基复合改良剂可不同程度地降低糙米Cd富集

Four Biochar-based Conditioners Reducing Cd Accumulation in Brown Rice to Different Degrees

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水稻	处理	根系至稻草	根系至稻壳	根系至糙米
早稻	CK	0.20±0.04bc	0.09±0.02a	0.43±0.05c
	BZ	0.39±0.07a	0.04±0.02a	0.10±0.01ab
	BZM	0.40±0.08a	0.03±0.01a	0.09±0.02ab
	BFe	0.30±0.15ab	0.08±0.03a	0.03±0.03bc
	BP	0.20±0.02c	0.08±0.02a	0.09±0.02a
晚稻	CK	0.57±0.05a	0.09±0.04a	0.20±0.09b
	BZ	0.46±0.11ab	0.06±0.01a	0.09±0.01b
	BZM	0.24±0.10c	0.08±0.05a	0.09±0.04b
	BFe	0.30±0.13bc	0.04±0.02a	0.02±0.00a
	BP	0.10±0.03c	0.07±0.03a	0.03±0.00a

水稻	处理	pH	有机质/(g/kg)	速效氮/(mg/kg)	速效磷/(mg/kg)	速效钾/(mg/kg)	有效Cd/(mg/kg)
早稻	CK	7.44±0.32a	21.79±1.62a	113.22±7.41a	24.36±4.05b	135.55±1.99b	0.23±0.03a
	BZ	7.50±0.02a	20.27±2.24a	101.37±13.58a	24.06±2.06b	141.05±5.09ab	0.18±0.04a
	BZM	7.50±0.26a	23.49±8.05a	112.17±32.99a	32.79±2.43a	161.87±16.32a	0.18±0.04a
	BFe	7.46±0.08a	23.15±1.75a	116.35±8.45a	24.63±5.24b	135.81±11.05b	0.19±0.02a
	BP	7.54±0.29a	21.81±2.48a	119.74±10.08a	42.97±3.94a	156.41±15.52a	0.18±0.06a
晚稻	CK	7.56±0.44a	22.24±1.52e	171.11±11.02c	46.66±10.12b	184.73±1.99a	0.24±0.02a
	BZ	6.89±0.90ab	31.42±4.97d	177.81±17.49bc	45.78±21.47b	150.85±39.21a	0.19±0.04ab
	BZM	6.35±0.17b	38.60±3.76bc	222.51±19.58ab	56.76±2.80b	152.16±5.81a	0.15±0.04b
	BFe	6.89±0.48ab	41.54±4.44b	214.15±38.41ab	47.15±9.40b	141.41±33.17a	0.16±0.03b
	BP	7.28±0.48ab	49.60±3.87a	248.37±7.94a	103.25±43.74a	158.30±11.41a	0.17±0.01b

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