幾種葉面肥控制水稻籽粒重金屬積累的效果
——田間試驗與盆栽試驗的比較

倪中應，石一珺,謝國雄，章明奎

(1.桐廬縣農業和林業技術推廣中心，浙江 桐廬 311500；2.杭州市植保土肥總站,浙江 杭州 310020；3.浙江大學 環境與資源學院，浙江 杭州 310058)

幾種葉面肥控制水稻籽粒重金屬積累的效果
——田間試驗與盆栽試驗的比較

倪中應1，石一珺1,謝國雄2，章明奎3*

(1.桐廬縣農業和林業技術推廣中心，浙江 桐廬 311500；2.杭州市植保土肥總站,浙江 杭州 310020；3.浙江大學 環境與資源學院，浙江 杭州 310058)

葉面噴施生理阻隔劑阻控農產品中重金屬的積累因噴施簡單、成本低，是近年來被建議的農田重金屬污染治理的一項實用技術，但其效果穩定性尚不清楚。選擇了2種污染土壤，同時開展田間小區和盆栽試驗，比較研究了5種葉面肥在田間小區試驗與盆栽試驗中控制水稻籽粒重金屬積累效果的差異。結果表明，降低效果一般以硅-硒復合溶液為最高，其次為正硅酸乙酯稀溶液和硅酸鈉稀溶液，稀土溶液的效果為最低。但試驗也表明，田間試驗中噴施葉面肥降低谷物中重金屬含量的效果一般要比盆栽試驗低，前者降低谷物中Cd、Cu、Pb、As和Hg含量的比例平均分別比后者低7.72%、5.65%、5.85%、7.74%和3.21%。

葉面肥；生理阻隔；重金屬；農產品安全

2014年由環境保護部和國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》指出，我國農田土壤重金屬超標率達19.4%，其中以鎘、鉛、砷等重金屬的污染最為突出，局部地區農田土壤重金屬已達到較高的水平。重金屬通過農作物吸收富集于作物體內，最終通過食物鏈進入人體，造成人體慢性毒害作用[1-2]。針對土壤重金屬污染，2011年國務院批準了我國《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》，2016年5月31日國務院正式印發《土壤污染防治行動計劃》(又稱《土十條》)，這標志著我國土壤修復行業駛入發展快車道。《土十條》指出，到2020年，我國受污染耕地治理與修復面積要達到66.67萬hm2。因此，發展合適的、環保的土壤重金屬污染修復技術是確保我國農產品安全的當務之急。根據治理原理，國內外農田重金屬污染土壤的修復技術大致可分為物理工程措施、化學淋洗、異位固化、原位鈍化、植物修復和聯合修復技術等。在土壤重金屬污染的眾多治理措施中，農業措施以其投資小、成本低、基本無環境副作用以及能實現修復和利用相結合等而受到人們的普遍關注。近年來的一些試驗表明，通過葉面噴施硅、硒、鋅和鐵等并配合土壤養分綜合管理，可有效減輕或控制重金屬污染農田對農產品可食部分的污染[3-8]。馬建軍[9]研究表明：葉面噴施低濃度的鐵可減少小白菜對重金屬鎘的積累；許超等[10]研究發現，葉面噴施硫酸亞鐵、檸檬酸鐵和EDTA二鈉亞鐵可降低菜心鎘、鉛和銅積累；王世華等[11]通過在水稻上葉面噴施硅，降低了水稻籽粒鎘的積累量，緩解了鎘對水稻的毒害；呂選忠等[12]采用葉面噴施鋅、硒明顯降低了生菜對鎘的吸收；賀前鋒等[13]應用6種富硒葉面肥噴施不同品種水稻均呈現稻米降鎘富硒的作用；湯海濤等[14]研究發現，噴施腐植酸肥、富硒肥、自配鈦硒肥均顯著降低了稻谷中鉛、鎘、汞、鉻的含量；丁凌云等[15]研究表明，葉面噴施KH2PO4可降低鎘、鉛、鋅在稻米中的積累。文獻上報道的噴施葉面肥降低重金屬的效果有很大的差異，以降低農產品中鎘含量為例，葉面噴施硅肥，大田大米鎘降低64%～67%[16]，盆栽水稻谷物鎘下降17%～53%[11]和17.0%～22.0%[14,17]。目前，有關利用葉面肥調控作物可食部分重金屬積累的研究多限于盆栽試驗，缺乏廣泛的田間試驗評估，田間應用效果如何及其與盆栽試驗結果的可比性也有待于進一步研究。為此，本文選擇了2種污染土壤，同時開展田間小區試驗和盆栽試驗，比較研究了5種葉面肥在田間小區試驗與盆栽試驗中控制水稻籽粒重金屬積累效果的差異。

1 材料與方法

1.1供試材料

研究分別在重金屬污染水平不同的2種農田土壤上進行(中污染農田和輕污染農田)。其中，田間小區試驗在原位農田土壤中進行；盆栽采用二種農田的表層土壤(0～20 cm)開展試驗，由采樣農田中20個點采集的樣品混合而成。試驗表層土壤的性狀平均值見表1。試驗葉面肥共有5種，分別為硅酸鈉、正硅酸乙酯、亞硒酸鈉、稀土和硅-硒復合溶液。供試水稻品種為秀水42。

表1 供試土壤的基本性狀及重金屬含量

1.2試驗方法

盆栽試驗在溫室大棚內進行，采用塑料容器(直徑50 cm、高度30 cm)栽種水稻，每盆用土量(過5 mm)為30 kg。田間試驗小區面積為10 m2，(2 m×5 m)，小區間設置1 m寬的隔離行，每一小區灌溉與排水自成一體，相互不連通。每一處理重復4次。盆栽試驗與小區試驗的播種、施肥、葉面肥噴施時間和劑量相同。施肥按900 kg/hm2用量標準施入復合肥作基肥，分蘗期追施尿素225 kg/hm2，相當于田間試驗每一小區施復合肥0.90 kg作基肥、追施尿素0.225 kg，盆栽試驗每盆施復合肥12 g作基肥、追施尿素3 g。水稻采用直播方式，待稻苗生長至5葉期，適當進行間苗和定苗，保證每個小區稻苗數量和長勢基本一致；盆栽每盆保留8株。水分管理按常規方法管理，各處理相同。每一試驗土壤各設6個葉面肥處理,分別為清水對照(CK)、硅酸鈉稀溶液、正硅酸乙酯稀溶液、亞硒酸鈉稀溶液、稀土溶液和硅-硒復合溶液，分別于水稻分蘗至抽穗期間共噴5次；每次稀溶液用量為60 L/667 m2，在陰天或晴天下午4：00后噴施，以葉面均勻潤濕為準。

1.3采樣與分析

水稻成熟時(生長期155 d)收獲稻谷，估算產量；同時以處理為單元分別采集谷物樣品分析重金屬含量。土壤pH值采用常規方法測定[18]。土壤有機質含量采用Vario.EL元素分析儀測定。谷物樣品用高氯酸消化法消化，用石墨爐-原子吸收光譜法測定Cu、Cd和Pb，用熒光原子吸收法測定Hg和As。土壤中重金屬含量采用標準方法測定[19]，其中，Cd、Cu用鹽酸-硝酸-高氯酸消解，用石墨爐原子吸收分光光度法測定Cd，用原子光譜吸收法測定Cu；As用熒光原子吸收法測定，Hg用硝酸-高錳酸鉀消解，冷原子吸收光譜法測定；Pb用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸消解，石墨爐原子吸收分光光度法測定。重金屬測試采用標準物質進行準確度和精密度監控，各重金屬元素測試精密度均在5%左右；重復樣間相對誤差控制在10%以下。分析數據采用Microsoft Excel 2003處理，差異顯著性統計分析采用DPS 3.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1對產量的影響

從表2可知，水稻產量以輕污染土壤略高于中污染土壤。除中污染土壤上噴施正硅酸乙酯稀溶液處理外，葉面肥噴施的處理產量均高于對照，增產幅度為0.42%～5.43%，但統計分析表明，它們與對照之間產量無顯著的差異。

表2 葉面肥對水稻產量的影響 kg/667 m2

注：表中同列數據后小寫字母表示在0.05水平上的差異顯著性，字母相同則差異不顯著，不同則顯著。下同。

2.2盆栽試驗結果

盆栽試驗表明：噴施葉面肥可不同程度上降低谷物中重金屬的含量，但降低程度隨土壤重金屬污染水平的差異及重金屬種類的不同有所變化(表3)。總體上，對谷物中重金屬的降低效果在中污染土壤上大于低污染土壤(表4)，與對照相比，5種葉面肥降低谷物中重金屬的平均比例：Cd(26.72%)gt;Pb(22.80%)gt;As(12.95%)gt;Cu(11.37%)gt;Hg(8.45%)。與對照比較，降低效果一般以硅-硒復合溶液最高，其次為正硅酸乙酯稀溶液和硅酸鈉稀溶液，稀土溶液的效果最低(表3)。其中，在中污染土壤中，噴施硅-硒復合溶液對谷物中Cd、Cu、Pb、As和Hg等5種重金屬均有顯著的降低效果；噴施正硅酸乙酯稀溶液或硅酸鈉稀溶液對谷物中Cd、Cu和Pb等3種重金屬均有降低效果，但對As、Hg的降低效果不明顯；噴施亞硒酸鈉稀溶液對谷物中Cd和Pb也有顯著的降低效果，但對Cu、As和Hg等3種重金屬的降低效果不明顯；噴施稀土溶液只對谷物中Cd、Cu等2種重金屬有顯著的降低效果。在輕污染土壤中，噴施硅-硒復合溶液對谷物中Cd、Cu、Pb和As等4種重金屬均有顯著的降低效果，但Hg的影響較小；噴施正硅酸乙酯稀溶液對谷物中Cd、Cu和Pb等3種重金屬均有顯著的降低效果，但對As、Hg的降低效果不明顯；噴施硅酸鈉稀溶液對谷物中Cd、Cu等2種重金屬均有顯著的降低效果，但對Pb、As和Hg的降低效果不明顯；噴施亞硒酸鈉稀溶液對谷物中Cd、As和Pb有顯著的降低效果，但對Cu和Hg等2種重金屬的降低效果不明顯；噴施稀土溶液只對谷物中5種重金屬均沒有顯著的降低效果。

表3 盆栽試驗中噴施葉面肥對谷物重金屬積累的影響

2.3田間試驗結果

田間試驗的結果表明(表4)，噴施葉面肥降低谷物中重金屬的程度在不同污染水平土壤之間的差異及對不同重金屬元素相對效果與盆栽試驗有相似的趨勢；與對照比較，5種葉面肥降低谷物中重金屬的相對效果也是硅-硒復合溶液gt;正硅酸乙酯稀溶液、硅酸鈉稀溶液gt;亞硒酸鈉稀溶液gt;稀土溶液。在中污染土壤中，噴施硅-硒復合溶液只顯示出對谷物中Cd、Cu、Pb等3種重金屬有顯著的降低效果；噴施正硅酸乙酯稀溶液或硅酸鈉稀溶液只顯示對谷物中Cd有顯著的降低效果；噴施亞硒酸鈉稀溶液和稀土溶液都沒有顯著降低谷物中5種重金屬的含量。在輕污染土壤中，除噴施硅-硒復合溶液對谷物中Cd有顯著的降低效果外，噴施其它葉面肥均沒有呈現對谷物中重金屬有顯著的降低效果。

除個別情況外，田間試驗中噴施葉面肥降低谷物中重金屬含量的效果一般低于盆栽試驗(表5)，若以所有5種葉面肥降低谷物中重金屬比例的平均進行比較，在中污染土壤中，盆栽試驗降低谷物中重金屬Cd、Cu、Pb、As和Hg含量的比例比田間試驗分別高2.91%～9.57%、-1.04%～7.87%、8.26%～13.03%、5.62%～10.85%和-0.62%～7.12%；在輕污染土壤中，盆栽試驗降低谷物中重金屬Cd、Cu、Pb、As和Hg含量的比例比田間試驗分別高7.22%～10.75%、1.94%～13.48%、-3.20%～2.88%、3.53%～14.03%和-2.05%～8.84%。2種土壤的所有葉面肥處理，盆栽試驗降低谷物中重金屬Cd、Cu、Pb、As和Hg含量的比例平均比田間試驗高7.72%、5.65%、5.85%、7.74%和3.21%。

3 討論

葉面施肥技術與葉面肥的應用是20世紀人們認識植物葉面營養吸收規律的重大突破，也是后來研究植物體內元素之間相互作用的基礎。國外早在20世紀70年代已注意到植物營養元素與重金屬之間存在交互作用[3-4]。由于化學性質的相似性或者代謝途徑的關聯性，一些重金屬與植物營養元素常常利用相同的轉運系統進行吸收或儲存[20-21]，農作物中發生的重金屬中毒害癥狀常與一些營養元素的缺素癥狀非常相似[5]。許多研究表明，礦質營養及植物生理物質的供應可改善植物體內的酶系統和代謝過程，在一定程度上矯正或緩解作物重金屬脅迫毒害作用[6,22-23]。本試驗的研究也表明，噴施硅-硒復合溶液、正硅酸乙酯稀溶液、硅酸鈉稀溶液、亞硒酸鈉稀溶液和稀土溶液均可在不同程度上降低谷物中重金屬的積累。其原因可能是噴施以上葉面肥可在一定程度上改善作物的營養狀況，增加作物的抗逆性[24]。據報道，硅能促進作物生長、改善抗逆性，顯著降低鎘和鉛在水稻中的遷移[17]。有研究表明：鐵、銅、鋅、錳等微量元素可影響植物的葉綠體、協調生理功能，影響植物體內重金屬的吸收與運輸[25]，因此，通過葉面噴施改善微量元素供應可在一定程度上降低鎘等重金屬在植物體中的積累。

以上研究也表明，雖然葉面肥的噴施時間、劑量相似，但盆栽試驗中噴施葉面肥的效果要明顯高于田間試驗。其原因可能有2個方面：一是由于田間條件下葉面肥與葉片接觸時間可受田間自然風的影響，噴施在水稻葉面上的葉面肥易受自然風的吹動在較短的時間內落入土壤中，影響了葉片對葉面肥中養分的吸收，而在盆栽條件下很少會有這種情況發生。二是由于田間試驗范圍較大，由于噴施不均勻使一部分水稻吸收不到葉面肥中營養物質，影響了施用效果。此外，由于土壤重金屬污染水平在農田中的高度變異性，即使在面積較小的試驗田中，重金屬污染水平也有較大的變化，這在一定程度上導致了同一試驗區內不同位置作物對土壤重金屬吸收的差異性，從而在一定程度上影響了對試驗結果的評估。

4 結論

(1)利用葉面噴施生理阻隔劑降低水稻谷物中重金屬的積累的效果一般以硅-硒復合溶液為最高，其次為正硅酸乙酯稀溶液和硅酸鈉稀溶液，稀土溶液的效果為最低。

(2)田間試驗中噴施葉面肥降低谷物中重金屬含量的效果一般要比盆栽試驗低，前者降低谷物中重金屬Cd、Cu、Pb、As和Hg含量的比例平均分別比后者低7.72%、5.65%、5.85%、7.74%和3.21%。

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(責任編輯：曾小軍)

ControllingEffectsofSeveralKindsofFoliarFertilizeronAccumulationofHeavyMetalsinRiceGrains:ComparisonbetweenFieldExperimentandPotExperiment

NI Zhong-ying1, SHI Yi-jun1, XIE Guo-xiong2, ZHANG Ming-kui3

(1. Agricultural and Forestry Technology Promotion Center of Tonglu County in Zhejiang Province, Tonglu 311500, China;2. Plant Protection, Soil and Fertilizer Station of Hangzhou City in Zhejiang Province, Hangzhou 310020, China;3. College of Environmental and Resource Sciences, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Applying foliar physiological barrier agents to prevent and control the accumulation of heavy metals in agricultural products is a simple way with low cost, and it has been proposed as an operative technology to control heavy metal pollution in farmland in recent years. However, the stability of the effect is not clear yet. Through the field experiment and pot experiment with contaminated soils, the author compared and studied the controlling effects of five kinds of foliar fertilizer on the accumulation of heavy metals in rice grains. The results showed that the silicon-selenium composite solution generally had the best effect of reducing heavy metal accumulation in rice grains, which was followed by the dilute solution of tetraethyl orthosilicate and the dilute solution of sodium silicate, while the rare earth solution had the worst effect. In addition, spraying foliar fertilizer in field experiment generally had worse effects of reducing heavy metal accumulation in rice grains than that in pot experiment, and the reduction rate of Cd, Cu, Pb, As and Hg content in rice grain in the former experiment was respectively 7.72%, 5.65%, 5.85%, 7.74% and 3.21% lower than that in the latter experiment.

Foliar fertilizer; Physiological barrier; Heavy metal; Safety of agricultural product

S53

A

1001-8581(2017)12-0038-05

2017-08-20

國家重點研發計劃專項“農田地質高背景重金屬污染機理研究”(2017YFD0800305)；浙江省杭州市科技發展計劃項目“杭州市耕地重金屬污染源解析及其減控的綜合技術研究與應用”(20170432B23)；浙江省農業廳“桐廬縣農業‘兩區’土壤污染治理試點試驗”。

倪中應(1966─)，男，浙江桐廬人，高級農藝師，主要從事土壤與肥料技術方面的研究。*通訊作者：章明奎。