葉面阻隔劑與水稻專用肥對水稻鎘硒積累的影響

王月玲，濮陽雪華，杜林峰，裴福云，吳勝春

（中節(jié)能鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040）

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，我國農田土壤重金屬污染日趨嚴重。目前，重金屬污染呈現(xiàn)出由礦區(qū)向農田轉移、由城郊向鄉(xiāng)村延伸的趨勢，同時出現(xiàn)了重金屬污染從水土鏈向食物鏈延伸的現(xiàn)象［1］。根據《全國土壤污染狀況調查公報》，鎘作為重點監(jiān)控與污染物排放量控制的5種重金屬之一［2］，也是超標率最高的重金屬污染物。水稻是我國的主要糧食作物，我國60%以上的人口以稻米為主食，而水稻產區(qū)主要分布于湖南、湖北、江西、四川、云南、廣西、廣東等省份，農田土壤重金屬鎘超標現(xiàn)象普遍［3］。鎘易在水稻中積累，可通過“土壤→稻米→人體”的途徑來危害人體健康。因此，關于稻米鎘污染控制方面的研究引起了各界的關注。

硅被國際土壤學術界列為繼氮、磷、鉀之后的第四大營養(yǎng)元素，不僅對水稻有營養(yǎng)功能，還能夠提高水稻的抗逆性［4-6］。研究表明，在重金屬脅迫下，硅能夠提高植物體內過氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶和抗壞血酸過氧化物酶等保護性酶的活性，減少自由基和丙二醛的含量，提高植物對重金屬毒害的抗性［7-9］。納米級離子可直接通過植物表面氣孔進入植物體內，進入植物體內的納米硅大多沉積在細胞壁、細胞間隙和細胞導管內［10］，由于其比表面積大和吸附能力強，可明顯抑制有害金屬離子跨膜進入植物細胞內［11］。納米材料的小分子效應使肥料具有磁性，從而使植物更容易吸收養(yǎng)分。另外，在水稻體內，硒對鎘具有一定的拮抗作用，適量的硒可以調節(jié)活性氧代謝，從而減輕重金屬脅迫對植物產生的氧化應激反應［12］，再加上硒對人體健康的重要性，通過施加硒肥既能提高水稻硒含量，又可以阻控稻米對鎘的積累的研究日漸增多［13-15］。以往的研究多以單獨的硅和硒為主［16-19］，且納米硅的原材料多為有機無機化合物［20-21］，以礦物質為原料的研究較少。因此，本研究采用納米硅和硒結合的方式，通過盆栽試驗探究含硅水稻專用肥和富硒納米硅葉面阻隔劑對湖南鎘污染農田中水稻鎘含量以及水稻品質的影響，以期為重金屬污染農田的治理和有效利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗設在廣東省東莞市橋頭鎮(zhèn)試驗基地進行，供試土壤為長沙市瀏陽蕉溪鄉(xiāng)鎘污染土壤。土壤pH值為6.02±0.02，全鎘含量為（2.00±0.01）mg/kg，有效態(tài)鎘含量為（0.64±0.04）mg/kg。供試作物為水稻品種‘兩優(yōu)336’。試驗中所用的常規(guī)肥為普通復混肥（N∶P∶K比例為15∶15∶15），供試水稻專用肥除了基本的氮磷鉀元素，還含有5%的納米膨潤土，葉面阻隔劑的主要成分為納米硅藻土和硒，其中硒的含量為1%，硅的含量分別為1%、5%和20%，穩(wěn)定化藥劑的主要成分為生石灰、鐵粉、海泡石、生物炭。

1.2 試驗設計

采用盆栽試驗，盆栽容器大小為：直徑25 cm、深度35 cm，無孔，每盆用土量為5 kg。試驗共設6個處理，每個處理重復3次，葉面阻隔劑按硅的含量設1%、5%和20%這3個濃度梯度，硒含量均為1%。試驗于2018年7月23日育苗，8月17日移栽，由于盆栽水稻分蘗數較少，每盆栽5株。各處理編號及對應的施用量如表1所示。常規(guī)肥、水稻專用肥和穩(wěn)定化藥劑于8月10日添加，穩(wěn)定化藥劑處理同時添加常規(guī)肥，葉面阻隔劑分別于水稻分蘗期和抽穗前期噴施，11月12日收獲水稻。

表1 各處理編號及對應的噴施用量

1.3 樣品采集與測定

植物樣品：于水稻成熟期收割、脫粒，測定水稻產量并采集籽粒、莖葉、根樣品，在實驗室內先后用自來水和去離子水洗凈。將樣品置于105 ℃烘箱內殺青30 min，然后于65 ℃中烘干48 h。莖葉、根用萬能粉碎機磨細，過0.25 mm的尼龍篩，籽粒脫殼成精米并粉碎。采用HNO3-HClO4聯(lián)合消煮（GB/T 5009.11—2003），原子吸收光譜法測定Cd含量。

土壤樣品：分別于水稻分蘗期、抽穗期和成熟期采集各處理土壤樣品，采樣量約0.2 kg，樣品采集后在室內自然風干，除去土壤中的石塊、植物根系和凋落物等，并研磨過20、100目尼龍篩，包裝登記后保存?zhèn)錅y。土壤pH值測定參照《土壤農業(yè)化學分析方法》［22］，全Cd含量經HCl-HNO3-HF-HClO4消煮，采用原子吸收光譜法測定（GB/T 17138—1997），土壤有效態(tài)鎘用1 mol/L的醋酸銨浸提。

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2013軟件整理數據并作圖，使用SPSS 18.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 不同處理對水稻產量和分蘗數的影響

穩(wěn)定化技術修復重金屬污染農田時，一個重要的問題就是減產。從圖1可知，各處理均未出現(xiàn)減產現(xiàn)象，且C1、C2、C3、C4處理出現(xiàn)了不同程度的增產，較對照分別增加了7.68%、1.31%、8.05%、6.27%，但是均未達到顯著水平。同樣，各處理水稻分蘗數之間差異不顯著。說明水稻專用肥和穩(wěn)定化藥劑不會降低水稻產量。

2.2 不同處理對土壤pH值的影響

圖2 為各處理水稻生長過程中土壤pH值的變化情況，在整個水稻生長期，土壤pH值呈下降趨勢。與試驗開始前相比，分蘗期土壤pH值顯著升高，一方面是由添加的肥料和穩(wěn)定化藥劑導致的；另一方面，淹水使稻田土壤與空氣隔絕，土壤中的氧氣因微生物代謝迅速減少，微生物分解土壤有機質并釋放大量的電子和質子，使硝態(tài)氮、鐵錳氧化物等氧化性物質發(fā)生還原反應，同時消耗大量質子，導致酸堿度趨向中性［23］。水稻抽穗期，土壤pH值顯著降低，接近試驗前的土壤pH值，這與土壤自身的緩沖性能有關。在水稻收獲期土壤pH值進一步降低，其原因可能是水稻收獲前曬田導致土壤的氧化還原電位上升，以及土壤發(fā)生硝化反應使其pH值降低［24］。Shaheen等［25］在沖積土上的周期性淹水試驗結果也證明了這一結論。

2.3 不同處理對土壤有效態(tài)鎘含量的影響

在水稻生長期，土壤有效態(tài)鎘含量呈上升趨勢，這與土壤pH值降低有關，土壤pH值降低可以改變土壤膠體顆粒表面的電荷性質，減少土壤膠體表面吸附位點，不利于土壤膠體對鎘的吸附，同時，pH值降低會導致鎘的氫氧化物或碳酸鹽沉淀溶解，從而增加土壤鎘活性［15］。分蘗期，C1、C2、C3、C4、C5處理的土壤有效態(tài)鎘含量分別較對照降低了18.81%、20.34%、21.07%、18.74%、20.10%，達 到了顯著水平（P＜0.05）；抽穗期，C3、C5處理的土壤有效態(tài)鎘含量顯著降低了（P＜0.05），較對照分別降低了16.26%、21.56%；收獲期C1～C5的土壤有效態(tài)鎘含量較對照分別降低了16.37%、17.08%、14.49%、8.68%和22.56%，均達到了顯著水平（P＜0.05）。從整個試驗期來看，C5處理對土壤有效態(tài)鎘含量的降低效果最好，這可能是由于穩(wěn)定化藥劑一方面提高了土壤pH值，使土壤溶液中氫氧根離子濃度增加，鎘離子與碳酸根離子、氫氧根離子等結合生成難溶的沉淀，另外，穩(wěn)定化藥劑的輸入也會引起陽離子交換量的增加，對鎘的靜電吸附作用也越強，并且可直接與鎘離子發(fā)生絡合反應，使其更多地被吸附在顆粒表面并留存在土壤中［26］。

2.4 不同處理對水稻各器官中鎘含量的影響

水稻對鎘具有較強的吸收與富集能力，從表2可以看出，施用水稻專用肥和穩(wěn)定化藥劑，稻米鎘含量均顯著降低（P＜0.05），C1～C5處理較對照分別下降了29.03%、37.10%、40.32%、51.61%、32.26%。施用水稻專用肥或穩(wěn)定化藥劑的同時噴施葉面阻隔劑降鎘效果會更好，這與譚駿等［27］的研究結果一致，且與葉面阻隔劑濃度呈正比。各處理均降低了水稻莖葉中鎘的含量，這與唐守寅等［28］的研究結果不一致，原因可能是其研究只對葉面噴施了阻隔劑，而本研究在葉面噴施阻隔劑的同時還根施了水稻專用肥與穩(wěn)定化藥劑，降低了水稻根對鎘的吸收，黃蕊等［29］的研究結果證實了這一結論。根既是直接與污染土壤接觸的部位，也是水稻體內重金屬含量最高的部位，施用水稻專用肥后，根中鎘的含量有所降低，但是效果不顯著，而施用穩(wěn)定化藥劑后，根中鎘的含量下降了46.00%，達到了顯著水平（P＜0.05）。

表2 不同處理水稻各部位鎘含量 mg/kg

本研究中水稻專用肥、穩(wěn)定化藥劑和葉面阻隔劑均能降低稻米中鎘的含量，且水稻專用肥與20%的葉面阻隔劑配合施用效果最好。

2.5 不同處理對稻米中硒含量的影響

硒是人體內必需的微量元素，也是重要的生命元素［30］。我國有70%的土壤缺硒，其中29%的土壤嚴重缺硒，72%的人口生活在貧硒環(huán)境中［31］，缺硒對人體健康有潛在的威脅。合理提高農產品的硒含量是改善人類硒營養(yǎng)的根本途徑，而通過“土壤→植物→人體”的食物鏈獲取硒是目前最有效的補硒途徑。稻米是我國60%以上人口的主要糧食作物［3］。因此開發(fā)富硒稻米，提高稻米硒含量具有重要意義。由圖4可知，噴施葉面阻隔劑顯著提高了稻米的硒含量（P＜0.05），與對照相比，C2、C3、C4、C5分別提高了11.28、10.46、7.18和9.66倍，使稻米硒含量達到富硒稻米的標準。

3 小結與討論

（1）施用穩(wěn)定化藥劑沒有造成水稻減產，施用水稻專用肥和葉面阻隔劑后出現(xiàn)了不同程度的增產，但是效果不顯著。

（2）水稻不同生育期的土壤pH值存在差異，總體來看，施用水稻專用肥對土壤pH值沒有影響，施用穩(wěn)定化藥劑提高了土壤pH值。

（3）穩(wěn)定化藥劑和水稻專用肥顯著降低了土壤有效態(tài)鎘的含量，水稻收獲后，C1～C5處理土壤有效態(tài)鎘含量較對照分別降低了16.37%、17.08%、14.49%、8.68%和22.56%。

（4）施用水稻專用肥和穩(wěn)定化藥劑顯著降低了水稻中鎘的含量，尤其是稻米中鎘的含量；噴施葉面阻隔劑后效果更加顯著，在試驗選擇的濃度范圍內，葉面阻隔劑濃度越高，稻米中鎘含量越低，噴施20%的葉面阻隔劑效果最好，稻米中鎘含量降低了51.61%。

（5）噴施葉面阻隔劑能夠顯著提高稻米中的硒含量，使其達到富硒稻米標準。