新型調理劑降低水稻鎘、鉛、砷、汞含量的研究

葉邦興，侯海軍，陳安磊，唐海明，趙月婭，龍永和，文承志，張佳喜

（1.桃源縣漳江街道農業綜合服務中心，湖南桃源 415700；2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所，湖南長沙 410000；3.湖南省土壤肥料研究所，湖南長沙 410000；4.安化縣仙溪鎮農業綜合服務中心，湖南安化 413521；5.桃源縣農業農村局，湖南桃源 415700）

0 引言

重金屬主要是指鎘（Cd）、鉛（Pb）、汞（Hg）、鉻（Cr）以及類金屬砷（As）等生物毒性較顯著的金屬，重金屬非常難以被生物降解，相反卻能在食物鏈的生物放大作用下成千、成百倍的富集，最后進入人體，其劇毒性對動物和人具有極大危害［1－3］。隨著工業的迅速發展，受“三廢”排放的影響，農用土壤重金屬污染問題日趨嚴重。據1980年中國農業環境報告，我國農田鎘污染面積為9 333 hm2。有報道認為，我國鎘污染耕地面積達1.33萬hm2［4］。水稻是我國重要的糧食作物，約有60%的人口以稻米為主食。水稻也是吸收鎘最強的大宗谷類作物［5］。鎘在稻田土壤中具有較強的遷移性和植物吸收隱蔽性（無表觀癥狀），其土壤-植物-動物和人的遷移途徑導致土壤鎘污染向其他領域擴散，最終甚至危害人類健康。

鎘污染農田的稻米質量安全顯得尤為重要，如何切斷重金屬污染在農業生產領域的食物鏈途徑，已成為該研究領域的熱點問題之一，降低水稻中鎘的積累有幾種不同的途徑。一是通過治理鎘污染土壤。對于鎘污染土壤的治理，通常采用改土法、電化法等工程措施以及調節土壤水分狀況、增施有機肥等農藝調控措施［6］。二是在水稻不同生長時期，采取葉面噴施肥料等措施，阻止根系從土壤中吸收鎘等重金屬，葉面施肥的方式用肥量少，操作簡單，但是目前沒有好的葉面肥降低稻米中鎘的含量。本研究以稻谷米粒形成研究基礎，主要防控水稻體內的鎘等重金屬離子向谷粒中運輸與積累，通過反復試驗摸索出較優的配方，研究出合適的使用濃度和使用時期，易操作，成本少，在降低鎘、鉛、砷、汞方面效果顯著。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗水稻品種為隆香優華占晚稻品種，由湖南隆平種業公司、中國水稻研究所、袁隆平農業高科技股份有限公司選育。依地酸二鈉、N-對羥甲苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸鈉、N-苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸鈉由西安天正藥用輔料有限公司提供，聚谷氨酸、甘氨酸、吐溫-80由北京德瑞諾普生物科技有限公司提供，有機硅粉、糊精由常州鑫鴻新材料有限公司提供，納米硅肥由衡水市格美微量元素有限公司提供。

1.2 試驗區概況

于2019年3月到2019年12月在湖南省桃源縣漳江街道高橋村進行試驗。桃源縣漳江街道高橋村位于湖南省西北部，地處東經111°23′52″，北緯28°53′53″，屬中亞熱帶季風濕潤氣候。供試土壤為第四紀紅粘土發育的水稻土，稻田的基本理化性質為pH值6.35，有機質含量35.22 g/kg，全氮0.16%，全磷0.03%，全鉀1.3%，速效磷17.2 mg/kg，速效鉀84.78 mg/kg，鎘含量0.236 mg/kg，鉛含量0.045 mg/kg、砷含量0.058 mg/kg，汞含量0.034 mg/kg。

1.3 研究方法

1.3.1 試驗設計

1）不同處理對水稻籽粒中鎘、鉛、砷、汞含量的差異試驗。采用隨機區組排列的方法，1個小區面積40 m2，水稻采取育苗移栽、栽插規格20 cm×20 cm。試驗設置如下5個處理：CK（噴施蒸餾水），處理1（依地酸二鈉+N-對羥甲苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸鈉+N-苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸鈉+吐溫-80+有機硅粉+糊精），處理2（依地酸二鈉+N-對羥甲苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸鈉+N-苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸鈉+聚谷氨酸+甘氨酸+吐溫-80+有機硅粉+糊精），處理3（依地酸二鈉+聚谷氨酸+甘氨酸+吐溫-80+有機硅粉+糊精+納米硅肥），處理4（按照實施方案配制得到的新型調理劑NC。各處理之間施肥和水分管理保持一致。

2）不同噴施濃度對水稻籽粒中鎘、鉛、砷、汞含量的差異試驗。采用隨機區組排列的方法，1個小區面40 m2，水稻采取育苗移栽、栽插規格20 cm×20 cm。設計4個處理：CK（在抽穗期-灌漿期，噴蒸餾水），處理1（NC，在抽穗期-灌漿期，噴施時稀釋600倍），處理2（NC，在抽穗期-灌漿期，噴施時稀釋500倍），處理3（NC，在抽穗期-灌漿期，噴施時稀釋400倍），處理4（NC，在抽穗期-灌漿期，噴施時稀釋300倍）。各處理之間施肥和水分管理保持一致。

3）不同噴施時期對水稻籽粒中鎘、鉛、砷、汞含量的差異試驗。采用隨機區組排列的方法，1個小區面積40 m2水稻采取育苗移栽、栽插規格20 cm×20 cm。設計3個處理：CK（噴蒸餾水），處理1（水稻苗期，NC稀釋400倍液，噴施1次），處理2（水稻分蘗期，NC稀釋400倍液，噴施1次），處理3（水稻抽穗期-灌漿期，NC稀釋400倍液，噴施1次）。

1.3.2 取樣及樣品分析

試驗前采集基礎土樣，用于土壤基本理化性質分析。水稻成熟后，稻谷曬干，去糙粉碎。分析所用的試劑均為優級純，分析器皿均以10%硝酸溶液浸泡過夜，以去離子水洗凈。土壤全鎘采用HNO3-HCLO4-HF（5：1：2，V/V）消煮，樣品消煮完全后趕酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后轉移定容，水稻稻米Cd、Pb、As、Hg含量均采用ICP-MS法進行測定（iCap-Q，美國Thermo公司），其他指標采用常規方法測定。

1.4 數據處理

試驗數據采用Excel2007軟件和SPSS13.0進行統計分析。

2 結果分析

2.1 不同處理對水稻籽粒中鎘、鉛、砷、汞重金屬含量的差異影響

水稻噴施不同配方后，稻米中鎘、鉛、砷、汞重金屬含量結果（表1）。可以看出：在抽穗期-灌漿期，噴施1次不同配方，處理1、2、3、4對降低稻米鎘、鉛、砷、汞重金屬含量有一定的效果。其中，處理4（NC）防控效果最好，稻米鎘降低89.4%，鉛降低91.1%，砷降低72.4%，汞降低82.4%。

表1 不同配方在抽穗期-灌漿期噴施效果對比

2.2 不同濃度新型調理劑NC對水稻籽粒中鎘、鉛、砷、汞重金屬含量的差異影響

水稻抽穗期-灌漿期噴施不同濃度的新型調理劑NC后，稻米中鎘、鉛、砷、汞重金屬含量結果（表2）。可以看出，不同濃度的新型調理劑NC，在水稻抽穗期-灌漿期噴施1次，稀釋400倍的效果更好，稻米鎘降低89.6%，鉛降低94.6%，砷降低85.7%，汞降低94.1%。

表2 不同濃度新型調理劑NC在抽穗期-灌漿期噴施效果對比

2.3 不同生長時期噴施新型調理劑NC對水稻籽粒中鎘鉛砷汞重金屬含量的差異影響

在水稻苗期、分蘗期、抽穗-灌漿期分別噴施400倍液新型調理劑NC后，稻米中鎘、鉛、砷、汞重金屬含量（表3）。可以看出，在水稻生長不同時期噴施1次新型調理劑NC，不重復噴施。其中，抽穗期-灌漿期噴施的防控效果最好，抽穗期-灌漿期噴施鎘降低91.2%，鉛降低97.6%，砷降低73.9%，汞降低87.5%。

表3 不同生長期噴施400倍液新型調理劑NC的效果對比

3 結語

綜上所述，通過不同組合配比確定了復合材料制劑的配方，新型調理劑NC能顯著降低（與對照）水稻部分元素含量。使用新型調理劑NC能有效降低稻米鎘、鉛、砷、汞等重金屬含量，稻米中的鎘含量降低89.4%，鉛含量降低91.1%，砷含量降低72.4%，汞含量降低82.4%。在抽穗期-灌漿期，以1：400比例兌水噴施1次新型調理劑NC，能有效降低稻米中鎘、鉛、砷、汞等重金屬含量。本研究操作簡單，成本低，為降低稻米中的有害元素含量、提高稻米品質提供了一種有效的方法。