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本文于 1998 年 2 月 17 日收到。
施肥和翻耕措施对减少水稻吸收137Cs 的效应
朱永懿　杨俊诚　陈景坚　刘学莲
(中国农业科学院原子能所　北京　100094)
徐寅良　孙志明
(浙江农业大学核农所　杭州　310029)
应用盆栽试验和模拟小区试验相结合 ,研究增施磷肥和钾肥、土壤翻耕后对减少
水稻植株 (尤其是稻谷)中137Cs 积累的效应。结果表明 ,增施钾肥可以使土壤中代换
性137Cs 活度明显降低 ,从而有效地减少水稻植株中137 Cs 的积累 ,施用量按每公顷
92215kg 硫酸钾表现最好。增施磷肥的作用表现不稳定 ,施用量较低时表现为水稻
植株中137Cs 积累量减少 ,但磷肥施用量增高时 ,表现为促进作物吸收137 Cs。翻耕土
壤能够有效地降低水稻植株中137Cs 的积累。
关键词 :137Cs 　水稻 　土壤污染 　施肥
前 言
自本世纪 80 年代大气层核试验结束以后 ,环境放射性污染的潜在危险主要来自核事故。
在核事故中释放的放射性微尘随风飘落到远离中心几百 km 乃至几千 km 的环境中。137 Cs 是
具有生物学意义的核素 ,沉积在土壤中的137 Cs 可以通过根系吸收进入植株体内 ,并通过食物
链最终给人体造成潜在内照射危害。因此研究并制定减少农产品中放射性污染的措施是十分
必要的。虽然有关137Cs 在土壤2植物系统的行为的研究已有不少的报道[1～3 ] ,但是137 Cs 在土
壤2植物系统中的行为要受土壤理化性质、核素在土壤中的生物有效性、植物种类等因子的影
响 ,因此 ,有必要根据我国具体情况因地制宜地找出合理的、符合农业持续发展需要的、有经济
效益的技术措施。
1996 年我们以秦山核电站周围有代表性土壤和水稻为试材 ,已经初步获得增施钾肥可以
有效地降低137Cs 从土壤向植物的转移 ,使水稻植株中137Cs 积累显著减少的好结果 ,并初步探
讨了 K2137Cs 的作用机制[4 ] 。由于农业生产中必须考虑到成本与效益的关系 ,本文主要是探
讨翻耕、增施磷、钾肥等措施对减少137Cs 在水稻植株中积累的效应 ,选择磷、钾肥适宜施用量 ,
进一步寻找减少水稻吸收137Cs 的有效措施。
材 料 和 方 法
盆栽试验　11 施肥措施试验 :试验用土培盆栽方法进行。供试土壤采用秦山地区粉砂质
壤土 (由浙江农业大学提供) 。土壤 p H619 ,有机质 1161 % ,全氮 01069 % ,碱解氮 121187mg/
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kg ,全磷 01121 % ,速效磷 3193mg/ kg ,速效钾 4517mg/ kg ,阳离子代换量 1410meq/ 100g ,粘粒
( < 01001mm) 5186 %。
供试作物为水稻 (品种为河北农垦所 9023 ,由中国农业科学院作物所提供) 。施用肥料为
硫酸钾 ( K2O 50 %)和重过磷酸钙 ( P2O5 45 %) 。
在容积为 016L 的塑料盆中装土 500g ,每盆均施入 0125g 硫酸铵和 011g 磷酸二氢钾作底
肥。试验设 9 个处理 :其中增施磷肥 (重过磷酸钙)的 4 组 ,增施钾肥 (硫酸钾)的 5 组。K2O 的
施用量按土壤阳离子代换量 1/ 10、1/ 20、1/ 30、1/ 40、1/ 50 计算 ,而 P2O5 的施用量则按土壤阳
离子代换量 1/ 20、1/ 30、1/ 40、1/ 50 计算。对照组仅施用底肥 ,每个处理设 4 次重复。
水稻于 5 月 29 日插秧 ,每盆 9 株。6 月 5 日随灌水每盆施入137 Cs 溶液 5ml ,137 Cs 的化学
形态为137CsCl ,比活度为 8119 ×103Bq/ ml。在施入137Cs 后每隔 1 周取样 1 次 ,共 3 次 ,每次取
3 株。
取样方法 :剪取植株地上部 ,用清水洗涤干净后在 60 ℃下烘干、剪碎、制样 ,在γ谱仪上测
量137Cs 活度。
在水稻取样完毕之后将土壤风干 ,捡去稻根 ,过 1mm 筛后在 105 ℃下烘干。每个样称
21000g 分析土壤水溶性137 Cs 和代换性137 Cs 含量 ,分析方法按土壤水溶性盐及土壤阳离子交
换量分析方法进行[5 ] 。将提取液置于直径为 7cm 的纸片上蒸干后 ,在γ谱仪上测量 ,并同时
测量土壤中的137Cs 含量。
盆栽及模拟小区试验各个处理的肥料施用量详见表 1。
表 1 　不同处理施肥量设计
Table 1 　Design of different t reatments of fertilizer application [ g/ pot (plot) ]
处　理 盆栽试验 模拟小区试验
Treatment Pot experiment Plot experiment
对照　　　　(CK) 0 0
Ca ( H2PO4) 2 　( P1) 01143 -
Ca ( H2PO4) 2 　( P2) 01221 -
Ca ( H2PO4) 2 　( P3) 01296 -
Ca ( H2PO4) 2 　( P4) 01445 -
K2SO4 　　　 ( K1) 01123 3618
K2SO4 　　　 ( K2) 01153 4611
K2SO4 　　　 ( K3) 01205 6114
K2SO4 　　　 ( K4) 01307 9211
K2SO4 　　　 ( K5) 01610 -
21 深翻措施试验 :用 «20 ×40cm 的盆装土 1115kg ,施入底肥 (施用量同前) 。试验共设 5
个处理 ,即把被137Cs 污染的土壤放入深度为 15、20、25、30cm 的土层中 ,以污染表层土作为对
照。137Cs 施用量为每盆 37 ×103Bq ,每个处理重复 4 次。供试作物分为早稻和晚稻两季种植。
每盆种 4 株 ,在成熟期取样 ,植株分为茎叶和籽粒两部分。在γ谱仪上测量样品的137Cs 含量。
模拟小区试验　试验在浙江农业大学进行。目的是对施用钾肥能够减少水稻对137 Cs 吸
收的盆栽试验结果进行验证。供试土壤同前述。在体积为 0195 ×017 ×0135m3 的专用小池
内 ,装入 150kg 土。装土前先施入底肥 (按每公顷施 375kgN、18715kg P2O5 、18715kg K2O) 。
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试验设 6 个处理 : K2O 施入量按土壤阳离子代换量 1/ 50、1/ 40、1/ 30、1/ 20 (详见表 1) 计算的 4
个处理、设不施钾的对照 1、不施137Cs 的对照 2。土壤装入池后加水浸泡 7d ,于 5 月 4 日插秧。
137Cs 在水稻返青后 (5 月 17 日)随灌水施入 ,施用量按 100Bq/ kg 土计算。在 7 月 20 日成熟期
收获。分别取植株和土壤样品 ,植株分为茎叶和籽粒两部分 ,在γ谱仪上测量样品的137Cs含量。
结 果 与 分 析
(一)增施磷钾肥对减少水稻植株中137Cs 积累的效应
表 2 的结果表明 ,增施磷肥和钾肥对水稻吸收137Cs 有一定的影响。施用磷肥的 4 个处理
中 ,有 3 组表现出减少水稻吸收137Cs 的良好效果 ,其中以施用量低的处理组 (p1) 表现最好 ,与
对照组的差异达到十分显著水平。但是 ,随磷肥施用量提高 ,植株中137 Cs 的积累表现为增加
的趋势 ,这与 Monceeb 的研究结果相似[6 ] 。
试验结果表明 ,施用钾肥的效果比较稳定 ,不同施钾水平的 5 个处理均表现为能够降低水
稻对137 Cs 的吸收 ,使水稻植株中137 Cs 的积累减少 22136 %～55128 % ,差异达到十分显著水
平 ,其结果与 1996 年实验结果相似。其中第 2 组 (即施钾量土壤盐基代换总量的 1/ 40) 表现
最好 ,137Cs 的积累量比对照减少 55128 %。
土壤中元素的水溶性和代换性形态是植物能够吸收的主要形态之一 ,了解水溶性137 Cs 和
代换性137Cs 在土壤中的含量随磷、钾肥施用量的变化 ,可以初步说明施肥措施的应用机理。
分析结果表明 ,磷、钾的施用量较低时 ,对土壤中水溶性137Cs 的含量影响不大。当施用量达到
相当于土壤盐基代换量 1/ 30 时 ,水溶性137Cs 的含量明显降低。施用磷、钾肥对土壤中代换性
137Cs 含量的影响比水溶性大得多。从表 3 中看出 ,随着磷肥、钾肥施用量的增加 ,土壤中代换
性137Cs 的数量下降 ,两者呈显著的负相关 ,其相关系数分别为
　　　r1 = - 019353 　　Y1 = 7147 - 3125 X1 (磷)
　　　r2 = - 018378 　　Y2 = 5177 - 7106 X2 (钾)
表 2 　施用磷、钾肥对水稻吸收137Cs 的影响
Table 2 　Effect of application of phosphorus and potassium fertilizer on
the absorption of 137Cs by rice
处理 平均值 比 CK±% 效果排序
Treatment Average Bq/ g Comparison with CK±% Order of the effect
CK 322 9
P1 244 3 3 - 24161 5
P2 279 - 13135 8
P3 266 3 3 - 17142 7
P4 375 3 + 16146 10
K1 199 3 3 - 38110 2
K2 144 3 3 - 55128 1
K3 250 3 3 - 22136 6
K4 214 3 3 - 33155 4
K5 200 3 3 - 38103 3
761　3 期 施肥和翻耕措施对减少水稻吸收137Cs 的效应
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表 3 　137Cs 在土壤中存在形态
Table 3 　Forms of 137Cs in the soil
处理
Treatment
土壤
Soil
(Bq/ g)
水溶性137Cs
Soluble 137Cs
Bq/ g 占土壤 %
代换性137Cs
Available 137Cs
Bq/ g 占土壤 %
CK 85912 114 0117 6217 7129
P1 79618 114 0118 5815 7134
P2 76219 113 0117 5016 6164 3
P3 79019 019 0111 3 5210 6157 3
P4 73714 019 0112 4318 5194 3 3
K1 69118 113 0119 3110 4149 3 3
K2 74713 117 0123 3314 4146 3 3
K3 70312 018 0112 2316 3135 3 3
K4 74615 018 0111 3 2116 2189 3 3
K5 65117 017 0111 3 1510 2130 3 3
　　表 4 列出了模拟小区试验的结果 ,它表明增施钾肥可以有效地减少水稻植株中137Cs 的积
累 ,使稻谷中137Cs 的积累量比对照降低 8131 %～59110 % ,从而验证了施用钾肥的效果。由表
3 可见 ,随钾肥施用量的增加 ,植株中137 Cs 的积累减少 ,两者呈负相关 ,r = 017992。当钾肥施
用量为土壤盐基代换总量的 1/ 40 以上 ,稻谷中137 Cs 的积累比对照组减少 40 %以上。效果最
好的是施钾量为土壤盐基代换总量的 1/ 30 处理 ,可使稻谷中137Cs 的积累减少 59110 %。虽然
对茎叶的效果比稻谷差些 ,但亦能获得使茎叶中137Cs 的积累量减少 38113 %的效果。
表 4 　模拟小区试验中不同施钾量对水稻吸收137Cs 的影响
Table 4 　Effect of different application of potassium fertilizer on the absorption
of 137Cs by rice in plot experiment
处理
Treatment
籽粒
Seed
Bq/ g CK±%
效果排名
Order of effect
茎叶
Stem
Bq/ g CK±%
效果排名
Order of effect
CK 4145 - - 2517 - -
K1 4108 - 8131 4 2810 - 8195 3
K2 2165 - 40145 3 2719 - 8156 4
K3 1182 - 59110 1 1519 - 38113 2
K4 2146 - 44172 2 1510 - 41163 1
　　从表 5 可以看到 ,把被137Cs 污染的土壤翻入下层对减少水稻吸收137 Cs 有很好的效果 ,其
减少的幅度在 84 %～98 %之间 ,晚稻的效果比早稻更好 ,处理组水稻植株中137 Cs 的积累比对
照减少 94 %以上。已有试验表明 ,水稻吸收137 Cs 的高峰期是在苗期[7 ,8 ] ,当被137 Cs 污染的土
壤被翻耕到下层时 ,可以避免水稻苗期的吸收高峰 ,达到有效地减少水稻吸收、积累137Cs 的目
的。在种植晚稻时 ,由于137Cs 施入土壤后已经经历了几个月的时间 ,部分的137 Cs 离子被土壤
固定 ,因而进一步减少了水稻的吸收。
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表 5 　翻耕措施对减少水稻吸收137Cs 的效果
Table 5 　Effect of deep rooting measures on absorption of 137Cs by rice
翻耕深度
Rooting depth
cm Bq/ kg
籽粒
Seed
CK±%
转移系数
Transfer coefficient
茎叶
Stem
Bq/ kg CK±%
早稻 表层 (CK) 815 01253 2292
Early rice 15 93 3 3 - 88169 01029 301 3 3 - 86186
20 100 3 3 - 87180 01031 281 3 3 - 87176
25 126 3 3 - 84153 01039 359 3 3 - 84132
30 14 3 3 - 98130 01004 22 3 3 - 99104
晚稻 表层 (CK) 1363 01425 4735
Late rice 15 79 3 3 - 94118 01020 238 3 3 - 94197
20 33 3 3 - 97159 01011 67 3 3 - 98153
25 57 3 3 - 95183 01017 147 3 3 - 96190
30 35 3 3 - 97145 01011 133 3 3 - 97118
小 结
11 增施磷肥有减少水稻吸收137 Cs 的效应 ,其施用效果与磷肥施用量呈负相关。而且磷
肥的效果不如钾肥好。
21 施用钾肥能够有效地减少水稻吸收137 Cs ,使水稻植株中137 Cs 的积累比对照减少 50 %
以上 ,盆栽试验和模拟小区试验的结果相同。钾肥的施用量按土壤盐基代换量的 1/ 30 计算为
宜。
31 翻耕措施对减少水稻吸收137 Cs 有良好的作用。由于将污染的土壤翻入下层 ,可以避
开作物苗期的吸收高峰 ,从而有效地减少水稻对137Cs 的吸收。
参 考 文 献
1 　F. P. W. Winteringham ,裘同才译 1 土壤、作物及食品中的放射性沉积物. 北京 :中国农业科技出版社 ,1995 ,40～44
2 　朱永懿. 中国对137Cs 在农业环境中行为的研究进展. 中国核科技报告 ,CNIC20118 ,1996
3 　杨俊诚. 137Cs 的沉降与农业对策国际研究进展. 核农学报. 1997 ,11 (增刊) :28～34
4 　朱永懿. 施肥措施对水稻吸收137Cs 的影响. 核农学报 ,1998 , (2) :95～100
5 　中国土壤学会农化专业分会. 土壤农业化学常规分析方法. 北京 :科学出版社 ,1983 ,195～197
6 　Monceeb N T. 施用无机肥料对作物从土壤吸收137Cs 的影响. 核农学通报 ,1987 , (3) :26～27
7 　路子显. 137Cs 在水稻体内及土壤中动移、积累与分布. 中国核科技报告 ,CNIC200696 ,1992
8 　朱永懿. 裂变产物90Sr、137Cs 和144Ce 在土壤2植物系统中的行为. 中国核科技报告 ,CNIC200275 ,1988
961　3 期 施肥和翻耕措施对减少水稻吸收137Cs 的效应
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EFFECT OF FERTIL IZER APPL ICATION AND DEEP ROOTING MEASURES ON THE
ABSORPTION OF 137Cs BY RICE
Zhu Yongyi 　Yang J uncheng 　Chen Jingjian 　Liu Xuelian
( Instit ute f or A pplication of A tomic Energy , CA A S , Beiji ng 　100094)
Xu Yinliang 　Sun Zhiming
( Instit ute of N uclear A gricult ure , A gricult ure U niversity of Zhe jiang , Hangz hou 　310029)
ABSTRACT
Effects of the application of phosphorus and potassium fertil izer and deep rooting on reduc2
ing the absorption of 137Cs by rice ( especially in the seed) were estimated using pot and plot ex2
periment. The results show that the available 137 Cs in soil decreased signif icantly by applying
potassium fertil izer , which led to the lower accumulation of 137Cs in rice stem and the most ef2
fective measure was to apply potassium sulphate of 92215kg/ ha . An unsteady effect with phos2
phate fertil izer existed. When P application was in a lower amount , the accumulation of 137Cs in
rice decreased. But following the increase of P application , the absorption of 137Cs was promot2
ed. The 137Cs accumulation in rice decreased signif icantly by deep rooting.
Key words :　137Cs , rice , soil contamination , application of fertilizer
071 Acta A gricult urae N ucleatae Sinica
　　　　　1998 ,12 (3) :165～170