農(nóng)作物重金屬污染的生理阻控研究進(jìn)展*

章明奎 倪中應(yīng) 沈 倩

(1.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058；2.桐廬縣農(nóng)業(yè)和林業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 311500)

農(nóng)作物重金屬污染的生理阻控研究進(jìn)展*

章明奎1倪中應(yīng)2沈 倩1

(1.浙江大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058；2.桐廬縣農(nóng)業(yè)和林業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 311500)

農(nóng)田土壤重金屬污染是影響農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的重要因素，調(diào)控農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)元素可改變農(nóng)作物對(duì)土壤重金屬的吸收和遷移，是當(dāng)前阻控農(nóng)作物中重金屬積累的一種有效途徑。綜述了農(nóng)作物中重金屬與營(yíng)養(yǎng)元素、生理調(diào)節(jié)物質(zhì)間的相互作用，分析了營(yíng)養(yǎng)元素和生理調(diào)節(jié)物質(zhì)阻控重金屬吸收和解毒的機(jī)制，介紹了葉面生理阻控農(nóng)作物重金屬積累的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀。在此基礎(chǔ)上，探討了農(nóng)作物重金屬污染葉面生理阻控技術(shù)的應(yīng)用前景。

重金屬污染 農(nóng)產(chǎn)品安全 生理阻控 葉面噴施

早在20世紀(jì)70年代，人們已經(jīng)注意到，重金屬與農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)元素之間由于化學(xué)性質(zhì)的相似性或者代謝途徑的關(guān)聯(lián)性，常常利用相同的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行吸收或儲(chǔ)存[1_4]，農(nóng)作物中發(fā)生的重金屬中毒癥狀常與一些營(yíng)養(yǎng)元素的缺乏癥狀非常相似[5]。不同營(yíng)養(yǎng)元素的供應(yīng)水平可在很大程度上影響重金屬在農(nóng)作物體內(nèi)的運(yùn)輸和積累。這些相互作用可以是相互促進(jìn)的，也可以是彼此抑制的[6]1070_1071,[7_8]。因此，許多學(xué)者認(rèn)為，研究重金屬與營(yíng)養(yǎng)元素之間的相互作用，不僅有利于解決農(nóng)作物重金屬污染的問(wèn)題，而且對(duì)于正確理解重金屬的毒性效應(yīng)和合理、科學(xué)解決營(yíng)養(yǎng)元素利用和重金屬積累之間的矛盾都有重要意義[9]。

1 營(yíng)養(yǎng)元素與重金屬之間的相互作用

重金屬與營(yíng)養(yǎng)元素之間的相互作用是近幾年重金屬污染生態(tài)研究領(lǐng)域的前沿科學(xué)問(wèn)題。土壤中的重金屬與陽(yáng)離子營(yíng)養(yǎng)元素間多為拮抗作用，而與陰離子營(yíng)養(yǎng)元素間既可能是協(xié)同作用也可能是拮抗作用。農(nóng)作物體內(nèi)重金屬與營(yíng)養(yǎng)元素間的相互作用較為復(fù)雜。氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素在農(nóng)作物體內(nèi)蛋白質(zhì)、核酸等重要物質(zhì)的合成和代謝過(guò)程中起著重要的作用，體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素的缺乏將會(huì)導(dǎo)致農(nóng)作物體內(nèi)物質(zhì)代謝的紊亂，從而影響農(nóng)作物的生長(zhǎng)和農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量。隨著農(nóng)田土壤重金屬污染的日益嚴(yán)重，重金屬脅迫干擾農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)元素的利用已成為農(nóng)作物營(yíng)養(yǎng)元素缺乏或生物有效性降低的主要原因。近30年來(lái)，許多研究植物營(yíng)養(yǎng)和植物生理的學(xué)者對(duì)植物體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)元素與重金屬之間的相互作用進(jìn)行了較為廣泛的研究，發(fā)現(xiàn)外部增加氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的供應(yīng)可改善農(nóng)作物體內(nèi)的酶系統(tǒng)和代謝過(guò)程，在一定程度上緩解受重金屬脅迫的影響[10_12]。

硒能促進(jìn)農(nóng)作物抗氧化物質(zhì)的形成，增加其對(duì)重金屬等有害物質(zhì)的抗逆性[13]，減少對(duì)重金屬的吸收[14]。SCHüTZENDUBEL等[15]發(fā)現(xiàn)，硒和鎘都可與某些蛋白質(zhì)中半胱氨酸的巰基發(fā)生部分結(jié)合，外源硒的供應(yīng)可使水稻體內(nèi)谷胱甘肽過(guò)氧化物酶(GSH_Px)的底物谷胱甘肽含量增加，促進(jìn)鎘與巰基的結(jié)合。硒與鎘也可能形成CdSeO3，使鎘的溶解性下降，吸收量降低。硒與其他重金屬結(jié)合也能生成難溶化合物，抑制農(nóng)作物對(duì)重金屬的吸收，減少植株體內(nèi)重金屬的累積[16]235。硒也可能促使重金屬?gòu)霓r(nóng)作物代謝活躍的細(xì)胞點(diǎn)位上移除或通過(guò)改變細(xì)胞膜對(duì)重金屬的通透性影響重金屬在其體內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)[17]。因此，施用硒肥可減少水稻等農(nóng)作物鎘污染的風(fēng)險(xiǎn)。SHANKER等[16]233的盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硒可以降低蘿卜對(duì)汞的吸收，原因可能是硒和汞在土壤中形成難溶化合物。

硅能促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)、改善其抗逆性，顯著降低鎘和鉛在水稻等農(nóng)作物中的遷移[18]。施入土壤的硅肥中所含的硅酸根離子可與鎘發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成不易被植物吸收的硅酸鹽而沉淀下來(lái)，降低農(nóng)作物對(duì)鎘等重金屬的吸收[19_21]。硅作為水稻的營(yíng)養(yǎng)元素，可以提高水稻葉片葉綠素含量、提高根系活力、降低細(xì)胞膜的透性，從而提高水稻對(duì)重金屬的抵抗能力[22]。葉面噴施納米硅制劑可緩解重金屬對(duì)水稻的毒害作用，且籽實(shí)中鎘、鉛、銅、鋅的吸收量在噴施硅制劑后均顯著降低[23]877。另有研究表明，由于硅與鎘發(fā)生了沉淀，阻止鎘向上遷移，可以顯著降低土壤鎘的遷移能力，從而可以減少農(nóng)作物地上部分的鎘積累，達(dá)到降低稻米中鎘含量的目的[24]。

葉面噴施氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素可降低或消除重金屬對(duì)農(nóng)作物的毒害作用，降低農(nóng)作物體內(nèi)重金屬的吸收和積累[25]994。有研究表明，氮肥的施用可以減輕鉛和鋅等重金屬對(duì)冬小麥幼苗葉和根的生長(zhǎng)抑制作用，并隨施氮量的提高而增強(qiáng)[26]。葉面噴施磷肥可以改善由鉛毒害作用引起的農(nóng)作物缺磷癥狀[27]，土壤施磷可以降低鉛的生物有效性[25]995，已在菠菜、胡蘿卜、燕麥和黑麥草等農(nóng)作物中得到了驗(yàn)證[28]。丁凌云等[29]研究表明，葉面噴施KH2PO4能提高水稻產(chǎn)量，降低鉛、鋅、鎘在稻米中的積累。SINGH等[30]發(fā)現(xiàn)，施用鉀肥可以明顯降低小麥植株中鋅的濃度。研究鎘在小麥細(xì)胞中的遷移途徑時(shí)發(fā)現(xiàn)，細(xì)胞壁表面的COO_易與鎘結(jié)合而使鎘被大量截留在細(xì)胞壁上，不進(jìn)入細(xì)胞膜內(nèi)[31]。

鈣、鎂、鋅等可在農(nóng)作物體內(nèi)與重金屬競(jìng)爭(zhēng)吸收和運(yùn)輸位點(diǎn)。研究表明，高濃度的重金屬有抑制農(nóng)作物對(duì)鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的能力，如經(jīng)鎘處理的小麥幼苗其莖和葉中富集的鎘含量明顯增加，而鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素的含量明顯下降[32]；鋅濃度的增加可降低農(nóng)作物體內(nèi)鎂等元素的濃度[33]。因此，鈣、鎂等營(yíng)養(yǎng)元素的充足供應(yīng)有利于緩解重金屬的毒害作用。這是因?yàn)檗r(nóng)作物中的鈣、鎂有利于其根系細(xì)胞維持正常的滲透系統(tǒng)[34]。在鎘脅迫下，比較添加鈣與不添加鈣的情況發(fā)現(xiàn)，添加鈣可使玉米根、葉細(xì)胞器和細(xì)胞質(zhì)中鈣含量顯著增加，而鎘含量顯著下降；在不添加鈣的情況下，鎘可導(dǎo)致葉綠體無(wú)基粒，或基粒片層排列紊亂，嗜餓顆粒數(shù)增加[35]。這是因?yàn)殁}對(duì)鎘脅迫下玉米葉片正常結(jié)構(gòu)和功能的保持具有非常重要的作用[36]。

鐵可影響農(nóng)作物的葉綠體功能、協(xié)調(diào)生理功能、影響重金屬吸收和運(yùn)輸，因此通過(guò)葉面噴施改善農(nóng)作物的鐵供應(yīng)可在一定程度上降低鎘等重金屬在其體內(nèi)的積累[37]。一般情況下，農(nóng)作物體內(nèi)鐵含量充足，則錳、銅、鋅、鎘等重金屬含量就低；而鐵缺乏則錳、銅、鋅、鎘等重金屬含量就較高，這可能與鐵轉(zhuǎn)運(yùn)子基因的表達(dá)有關(guān)。COHEN等[6]1071研究了豌豆在鐵缺乏和鐵充足條件下的鎘吸收動(dòng)力學(xué)，結(jié)果表明，鐵缺乏條件下豌豆對(duì)鎘的最大初始吸收速率為鐵充足條件下的近7倍。鎘在不同鐵供應(yīng)狀況下的吸收差異可能與IRT1基因的表達(dá)有關(guān)，IRT1是從擬南芥中克隆的鐵轉(zhuǎn)運(yùn)子基因，鐵缺乏能夠誘導(dǎo)其表達(dá)，促進(jìn)鐵的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，同時(shí)也會(huì)促進(jìn)鎘等重金屬的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。鐵缺乏條件下鎘吸收速率的增大也可能與誘導(dǎo)細(xì)胞質(zhì)膜中質(zhì)子泵的激活有關(guān)。FeSO4作為一種微量元素肥料在鎘污染土壤上施用，既能使農(nóng)作物增產(chǎn)，又可減少鎘在農(nóng)作物體內(nèi)的積累[38]。

研究表明，稀土元素對(duì)重金屬脅迫有一定的緩解作用。葉面噴施釹或其配合物，能緩解鉛對(duì)綠豆、小白菜、菠菜的傷害[39]18。在鎘脅迫的菜豆[40]、玉米[41]126幼苗葉片上噴施鑭，可減輕鎘對(duì)幼苗的傷害程度。葉面施用100 mg/L鑭_甘氨酸配合物能減輕鎘對(duì)小白菜造成的傷害，提高小白菜光合速率、希爾反應(yīng)活力和硝酸還原酶活性，增加葉綠素及核酸含量，減少丙二醛與鎘含量，降低細(xì)胞質(zhì)膜透性[42]。

此外，施用赤霉素、己酸二乙氨基乙醇酯、氨基乙酰丙酸、水楊酸、脯氨酸、甘氨酸、甜菜堿等生理調(diào)節(jié)物質(zhì)亦可減輕重金屬對(duì)農(nóng)作物的毒害作用[43_44]。施用細(xì)胞分裂素類物質(zhì)6_芐氨基腺嘌呤可緩解汞對(duì)水花生的毒害作用[45]。施用水楊酸[46]、脫落酸[47]能減輕大麥幼苗受鎘的毒害作用。噴施萘乙酸可降低鎘脅迫下大豆幼苗葉片中丙二醛和脯氨酸含量，可減輕膜脂過(guò)氧化作用及蛋白質(zhì)水解，還可降低過(guò)氧化物酶(POD)活性，提高硝酸還原酶活性[48]。

植物具有復(fù)雜的機(jī)制對(duì)元素的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和外排進(jìn)行精密調(diào)控以適應(yīng)外界環(huán)境的變化，目前關(guān)于植物元素平衡途徑及調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍不是很清楚。以往人們的研究往往停留在兩種或者少數(shù)幾種元素，但實(shí)際上植物體內(nèi)元素的平衡是一個(gè)十分復(fù)雜的過(guò)程。有人認(rèn)為，近幾年興起的離子組學(xué)方法可為進(jìn)一步揭示植物體內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)元素與重金屬之間的相互作用機(jī)制提供手段。

目前，雖然人們對(duì)農(nóng)作物體內(nèi)重金屬與營(yíng)養(yǎng)元素的關(guān)系已做了較為廣泛的探討，但總體上對(duì)相關(guān)機(jī)制研究還不深入。研究條件、研究方法及供試農(nóng)作物的不同，獲得的結(jié)論不盡相同，甚至相互矛盾。有關(guān)重金屬與營(yíng)養(yǎng)元素之間的交互作用更有待深入研究。

2 葉面生理阻控技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

利用農(nóng)作物葉面生理阻隔劑阻控農(nóng)作物體內(nèi)重金屬積累是近年來(lái)中國(guó)農(nóng)田重金屬污染防治研究的一個(gè)新方向，主要通過(guò)在農(nóng)作物細(xì)胞壁上沉淀或螯合重金屬以及提高農(nóng)作物對(duì)重金屬抗逆性等手段來(lái)減少甚至完全阻斷重金屬向食物鏈轉(zhuǎn)移。由于這一技術(shù)具有成本低、環(huán)境友好、操作方便等優(yōu)勢(shì)而倍受國(guó)內(nèi)研究者的青睞。從國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的相關(guān)專利來(lái)看，現(xiàn)有的葉面生理阻隔劑大致有以下幾類：(1)硅基(包括有機(jī)硅和無(wú)機(jī)硅)成分的葉面生理阻隔劑，相關(guān)專利有103789114A(專利號(hào)，下同)、101907029A、103864531A、105075763A、101851133A、101830735A等；(2)硒或稀土元素成分的葉面生理阻隔劑，相關(guān)專利有103804091A、102356739A、104788156A、104322335A、101597191A、104003815A、103766182A、102964177A等；(3)氮、磷、鉀及常規(guī)微量元素(鈣、鎂、鐵、硼、錳、鋅、鉬、鈦、硫)為主要成分的葉面生理阻隔劑，相關(guān)專利有103749223A、103314999A、103314693A、10501039A、101507400A、102653486A、104478556A、104082341A等；(4)農(nóng)作物生理調(diào)節(jié)物質(zhì)類葉面生理阻隔劑，相關(guān)專利有103392401A、104025921A、102356739A、102550313A、104823738A、101940112A、103980030A、103936495A、102653486A、102653485A、104221796A、104322336A、101940113A、103650817A等。目前，中國(guó)從事農(nóng)作物葉面生理阻隔劑產(chǎn)品開發(fā)及試驗(yàn)效果研究的機(jī)構(gòu)主要集中在東部和中南部地區(qū)，以高校、科研機(jī)構(gòu)為主，也有部分基層農(nóng)業(yè)部門。常用的試驗(yàn)農(nóng)作物主要有水稻[23]876,[49]9,[50]1_2,[51]61、蔬菜[50]2,[52]869,[53]23,[54]1055,[55]9、瓜果[56]162,[57]414等。涉及的重金屬以鎘為主[49]9,[50]1_3,[51]61,[53]23，鉛、砷、汞等[53]24,[57]414,[58_60]也有涉及。

由于歐美國(guó)家耕地資源問(wèn)題相對(duì)不是很突出，因此相關(guān)專利不多。在美國(guó)專利局、歐洲專利局、世界貿(mào)易組織的知識(shí)產(chǎn)權(quán)組織等網(wǎng)站僅檢索到的3項(xiàng)相關(guān)專利，其中1項(xiàng)還是中國(guó)學(xué)者申報(bào)的。

從一些初步的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，使用葉面生理阻控技術(shù)的效果因產(chǎn)地、農(nóng)作物類別不同而不盡相同。李芳柏等[61]的試驗(yàn)結(jié)果表明，葉面噴施硅肥，水稻增產(chǎn)29.6%，稻米砷下降28.2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，鎘下降40.2%。王世華等[23]877的盆栽試驗(yàn)表明，噴施硅肥后，水稻谷物中鎘下降17%～53%，鉛、鋅、銅分別下降26%～41%、29%～34%、45%～53%。劉杰[49]9的試驗(yàn)表明，葉面噴施降鎘靈葉面硅肥，水稻谷物增產(chǎn)5%，鎘下降40%，抑制了重金屬由葉面向籽粒遷移。崔曉峰等[55]9發(fā)現(xiàn)，葉面噴施硅肥可促進(jìn)生菜生長(zhǎng)，提高POD和超氧化物歧化酶(SOD)等活性，生菜地上部分鎘和鉛分別下降33.5%～40.1%、55.2%～63.3%。劉傳平等[54]1053的研究表明，葉面噴硅肥后水東芥菜中鎘、砷、鉛分別下降24.5%、26.4%、22.5%；同時(shí)，噴施硅肥和鈰肥，鎘、砷、鉛分別下降42.6%、40.0%、36.8%。劉吉振等[62]的研究表明，噴施硅后，盆栽辣椒中鎘下降13.4%～26.1%。

葉面噴施硒肥對(duì)農(nóng)作物中重金屬的下降也有明顯的效果。蔣斌[50]2研究表明，葉面噴施納米硒肥和硒+殼聚糖復(fù)合肥，水培生菜中鎘分別下降19.24%、21.13%。水稻葉面噴施硒肥后，稻米增產(chǎn)16.2%，鎘下降8.6%～17.8%[51]61。蔬菜和瓜果葉面噴施硒肥后，西紅柿和蒜苗中鎘均下降24.46%[63]2_3；番茄和黃瓜中鎘下降60.6%～75.8%[64]1_2；西瓜中鎘下降6.61%～66.13%，鉛下降4.55%～83.33%，同時(shí)其膜脂過(guò)氧化產(chǎn)物丙二醛含量也有所下降[56]159；草莓葉片和果實(shí)中鎘分別下降10.20%～94.65%、18.33%，鉛分別下降38.86%～76.80%、77.71%[57]409；柿子中的鎘、鉛和汞含量顯著降低[65]。噴施硒、硅、鉬復(fù)合肥，小白菜、辣椒中鎘均下降1.9%～20.6%[66]。硒和硅的聯(lián)合噴施，水稻產(chǎn)量可增加43.8%，谷物中砷可下降46%[67]。

葉面噴施稀土元素，能降低玉米、綠豆、小白菜等農(nóng)作物的鎘毒和鉛毒癥狀[39]18,[41]126,[68]47；生菜地上部分鎘和鉛分別下降31.7%～45.3%、26.7%～71.4%[55]7；番茄中鎘下降19.4%～37.0%，黃瓜中鎘下降32.0%～49.8%[64]2_3；油菜莖葉中銅、鋅、鎘、鉛和鎳分別下降2.91%～7.82%、2.91%～6.99%、7.26%～20.92%、6.32%～15.79%、7.69%～21.31%[68]47；水東芥菜中鎘、砷、鉛分別下降22.9%、26.0%、32.5%[54]1053。葉面噴施鋅，生菜鎘下降37.02%[52]868；西紅柿鎘下降37.01%，對(duì)鉛無(wú)明顯的影響[63]1_3；糙米鎘下降41.9%[69]。葉面噴施鐵，菜心鎘、鉛、銅分別下降4.3%～35.5%、6.17%～50.30%、8.34%～33.40%[53]20；蕃茄果實(shí)中鎘下降2.8%～8.2%[70]。

3 應(yīng)用前景

重金屬與許多生命必需的營(yíng)養(yǎng)元素相互影響雙方的功能發(fā)揮，補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)元素可減輕農(nóng)作物中重金屬的毒害作用。硅、硒、氮、磷、鉀、鈣、鎂以及一些微量元素是農(nóng)作物的有益元素，采用葉面噴施作為生理阻隔劑不僅可在一定程度上阻控農(nóng)作物中重金屬的積累，還能促進(jìn)農(nóng)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量增加、品質(zhì)改善。由于成本低、操作方便，許多研究者認(rèn)為，對(duì)于中輕度污染土壤，葉面噴施是一種方便有效、不誤農(nóng)事的生理阻隔方法，有著較為廣闊的應(yīng)用前景。

與國(guó)外相比，中國(guó)對(duì)葉面生理阻隔劑探討的范圍較廣，生理阻隔劑產(chǎn)品研發(fā)與應(yīng)用研究走在了世界的前列，特別在水稻中重金屬控制的應(yīng)用研究上。但有關(guān)葉面生理阻隔劑控制農(nóng)作物中重金屬含量的基礎(chǔ)理論研究還不及國(guó)外。目前，中國(guó)利用農(nóng)作物葉面生理阻隔劑調(diào)控農(nóng)產(chǎn)品中重金屬積累的技術(shù)還是不夠成熟，大多數(shù)產(chǎn)品缺乏廣泛的田間試驗(yàn)評(píng)估，施用效果不夠穩(wěn)定，施用方法有待提升。由于缺乏統(tǒng)一的、規(guī)范化的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前中國(guó)葉面生理阻隔劑品種繁多，令使用者無(wú)所適從，急需建立規(guī)范化的葉面生理阻隔劑標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，由于缺乏規(guī)范化的施用技術(shù)，使用者由于不規(guī)范操作導(dǎo)致達(dá)不到應(yīng)有的施用效果。因此，應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)以下方面的研究：

(1) 農(nóng)田重金屬污染高效農(nóng)作物葉面生理阻隔劑研發(fā)。在現(xiàn)有研究的基礎(chǔ)上，深入探討不同農(nóng)作物葉面生理阻隔劑控制農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的效果，從而篩選出高效的農(nóng)作物葉面生理阻隔劑。

(2) 農(nóng)作物葉面生理阻隔劑的適用范圍研究。在不同地區(qū)、不同輪作制度及不同水肥管理情況下，研究葉面生理阻隔劑對(duì)農(nóng)作物重金屬的阻隔效果，從而確定其適用范圍，探討環(huán)境因素(溫度、濕度、光照、土壤肥力)、噴施時(shí)間、噴施劑量及濃度、噴施次數(shù)等對(duì)葉面生理阻隔劑阻隔農(nóng)作物吸收重金屬的影響。

(3) 篩選能提高葉面生理阻隔劑效率的助劑，進(jìn)行復(fù)合型葉面生理阻隔劑的研發(fā)。通過(guò)葉面生理阻隔劑與表面活性劑、絡(luò)合劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等配合施用，篩選出低毒且能高效阻隔重金屬吸收的配方。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過(guò)多種配方的搭配試驗(yàn)，研究復(fù)合型葉面生理阻隔劑。

(4) 加強(qiáng)葉面生理阻隔劑的田間示范及施用技術(shù)與規(guī)范研究。選擇較成熟的葉面生理阻隔劑可在多地開展田間示范研究，在實(shí)際應(yīng)用中不斷矯正施用技術(shù)以提高其效率，最終形成相關(guān)技術(shù)規(guī)程。

[1] MAHAFFEY K R,VANDERVEEN J E.Nutrient_toxicant interactions_susceptible populations[J].Environmental Health Perspectives,1979,29:81_87.

[2] OMAYE S T.Heavy_metal nutrient interactions[J].Food Technology,1982,36(10):96_100.

[3] ROGERS E E,EIDE D J,GUERINOT M L.Altered selectivity in anArabidopsismetal transporter[J].Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,2000,97(22):12356_12360.

[4] CHAO Daiyin,SILVA A,BAXTER I,et al.Genome_wide association studies identify heavy metal ATPase3 as the primary determinant of natural variation in leaf cadmium inArabidopsisthaliana[J].Plos Genetics,2012,8(9):e1002923.

[5] SIEDLECKA A.Some aspects of interacyions between heavy metals and plant nutrients[J].Acta Societais Botanicorum Poloniae,1995,64(3):265_272.

[6] COHEN C K,FOX T C,GARVIN D F,et al.The role of iron_deficiency stress responses in stimulating heavy_metal transport in plants[J].Plant Physiology,1998,116(3).

[7] WU Z,REN H,MCGRATH S P.Investigating the contribution of the phosphate transport pathway to arsenic accumulation in rice[J].Plant Physiology,2011,157(1):498_508.

[8] FILEK M,KESKIEN R,HARTIKAINEN H,et al.The protective role of selenium in rape seedlings subjected to cadmium stress[J].Journal of Plant Physiology,2008,165(8):833_844.

[9] RODECAP K D,TINGEY D T,LEE E H.Iron nutrient influence on cadmium accumulation byArabidopsisthaliana(L.) Heynh[J].Journal of Environmental Quality,1994,23(2):239_246.

[10] KALAVROUZIOTIS I K,KOUKOULAKIS P H.Contribution of elemental interactions in total essential nutrient and heavy metal content in cabbage under treated wastewater irrigation[J].Plant Biosystems,2012,146(3):491_499.

[11] MENDOZA R E,GARCA I V,CABO L,et al.The interaction of heavy metals and nutrients present in soil and native plants with arbuscular mycorrhizae on the riverside in the Matanza_Riachuelo River Basin (Argentina)[J].Science of the Total Environment,2015,505:555_564.

[12] KHAN A,KHAN S,ALAM M,et al.Toxic metal interactions affect the bioaccumulation and dietary intake of macro_ and micro_nutrients[J].Chemosphere,2016,146:121_128.

[13] SIEPRAWSKA A,KORNAS A,FILEK M.Involvement of selenium in protective mechanisms of plants under environmental stress conditions _ review[J].Acta Biologica Cracoviensia Series Botanica,2015,57(1):9_20.

[14] MORA M L,PINILLA L,ROSAS A,et al.Selenium uptake and its influence on the antioxidative system of white clover as affected by lime and phosphorus fertilization[J].Plant and Soil,2008,303(1):139_149.

[15] SCHüTZENDUBEL A,SCHWANZ P,TEICHMANN T,et al.Cadmium_induced changes in antioxidative systems,hydrogen peroxide content,and differentiation in Scots pine roots[J].Plant Physiology,2001,127(3):887_898.

[16] SHANKER K,MISHRA S,SRIVASTAVA S,et al.Effect of selenite and selenate on plant uptake and translocation of mercury by tomato (Lycopersicumesculentum)[J].Plant and Soil,1996,183(2).

[17] 安志裝,王校常,嚴(yán)蔚東,等.鎘硫交互處理對(duì)水稻吸收累積鎘及其蛋白巰基含量的影響[J].土壤學(xué)報(bào)，2004,41(5):728_733.

[18] LIU Chuanping,LI Fangbai,LUO Chunling,et al.Foliar application of two silica sols reduced cadmium accumulation in rice grains[J].Journal of Hazardous Materials,2009,161(2/3):1466_1472.

[19] 黃秋蟬,韋友歡,韋方立,等.硅對(duì)鎘脅迫下水稻幼苗莖葉生物量及其鎘含量的影響[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2011，38(4):33_35.

[20] SONG Alin,LI Zhaojun,ZHANG Jie,et al.Silicon_enhanced resistance to cadmium toxicity inBrassicachinensisL. is attributed to Si_suppressed cadmium uptake and transport and Si_enhanced antioxidant defense capacity[J].Journal of Hazardous Materials,2009,172(1):74_83.

[21] LIANG Yongchao,YANG Chaoguang,SHI Honghao.Effects of silicon on growth and mineral composition of barley growth under toxic levels of aluminum[J].Journal of Plant Nutrition,2001,24(2):1_15.

[22] CALVEZ L,CLARK R B,GOURLEY L M,et al.Silicon interaction with manganese and aluminum toxicity in sorghums[J].Journal of Plant Nutrition,1987,10(6):1139_1147.

[23] 王世華,羅群勝,劉傳平,等.葉面施硅對(duì)水稻籽實(shí)重金屬積累的抑制效應(yīng)[J].生態(tài)環(huán)境,2007,16(3).

[24] 趙穎,李軍.硅對(duì)水稻吸收鎘的影響[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2010,41(3):59_64.

[25] BASSUK N L.Reducing lead uptake in lettuce[J].Hortscience,1986,21(4).

[26] FABIAN G,DEZSI D M.Ecophysiological studies of the relationship between heavy metal toxicity and nitrogen nutrition in the early development stage of winter wheat[J].Acta Botanica Hungarica,1987,33(3/4):219_234.

[27] BEGONIA G B,DAVIS C D,BEGONIA M F,et al.Growth responses of Indian mustard (Brassicajuncea(L.) Czern.) and its phytoextraction of lead from a contaminated soil[J].Bulletin of Environmental Contamination and Toxicology,1998,61(1):38_43.

[28] HE Q S,SINGH B R.Crop uptake of cadmium from phosphorus fertilizers:Ⅰ.Yield and cadmium content[J].Water,Air and Soil Pollution,1994,74(3):251_265.

[29] 丁凌云,藍(lán)崇鈺,林建平.不同改良劑對(duì)重金屬污染農(nóng)田水稻產(chǎn)量和重金屬吸收的影響[J].生態(tài)環(huán)境,2006,15(6):1204_1208.

[30] SINGH V,KUMAR N.K_Zn relationship in wheat[J].Journal of the Indian Society of Soil Science,1993,41(3):789_790.

[31] 楊志敏,鄭紹建,胡靄堂,等.鎘磷在小麥細(xì)胞內(nèi)的積累和分布特性及其交互作用[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1998,21(2):54_58.

[32] OUZOUNIDOU G,MOUSSTAKAS M,ELEFTHERIOU E P.Physiological and ultrastructural effects of cadmium on wheat (TriticumaestivumL.) leaves[J].Archives of Environmental Contamination and Toxicology,1997,32(2):154_160.

[33] KALYANARAMAN S B.Effect of zinc on some important macro_ and micro_elements in blackgram leaves[J].Communication Soil Science Plant Analyses,1994,25(13/14):2247_2259.

[34] NISHI B,SINGH R P,SINHA S K,et al.Effect of calcium chloride on heavy metal induced alteration in growth and nitrate assimilation ofSesamumindicumseedlings[J].Phytochemistry,1996,41(1):105_109.

[35] 周衛(wèi),汪洪,李春花,等.添加碳酸鈣對(duì)土壤中鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化與玉米葉片鎘組分的影響[J].土壤學(xué)報(bào),2001,38(2):219_225.

[36] 周衛(wèi),汪洪,林葆,等.鎘脅迫下鈣對(duì)鎘在玉米細(xì)胞中的分布及對(duì)葉綠體結(jié)構(gòu)與酶活性的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),1999,5(4):335_340.

[37] KRUPA Z,SIEDLECK A A,MATHIS P.Cd/Fe interaction and its effects on photosynthetic capacity of primary bean leaves[C]//MANT A,ROBINSON C.Photosynthesis:from light to biosphere.Dordrecht:Kluwer Academic Publishers,1995:621_624.

[38] 馬建軍.鐵對(duì)蔬菜生長(zhǎng)及吸鎘量的影響[J].河北職業(yè)技術(shù)師范學(xué)院學(xué)報(bào),1999,13(4):26_28.

[39] 張麗霞,梁利芳,鄭敏芝.釹及其配合物對(duì)重金屬鉛污染植物的緩解作用[J].廣西化工,2001,30(4).

[40] 周青,張輝,黃曉華,等.鑭對(duì)鎘脅迫下菜豆(Phaseolusvulgaris)幼苗生長(zhǎng)的影響[J].環(huán)境科學(xué),2003,24(4):48_53.

[41] 劉冰,楊麗,周青.稀土鑭對(duì)鎘脅迫下玉米幼苗生長(zhǎng)的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào),2007,15(5).

[42] 周青,黃曉華,彭方晴,等.鑭_甘氨酸配合物對(duì)鎘傷害小白菜的影響[J].環(huán)境科學(xué),1999,20(1):92_94.

[43] RASHEED R,ASHRAF M A,HUSSAIN I,et al.Exogenous proline and glycinebetaine mitigate cadmium stress in two genetically different spring wheat (TriticumaestivumL.) cultivars[J].Brazilian Journal of Botany,2014,37(4):399_406.

[44] ALI N,HADI F.Phytoremediation of cadmium improved with the high production of endogenous phenolics and free proline contents inPartheniumhysterophorusplant treated exogenously with plant growth regulator and chelating agent[J].Environmental Science and Pollution Research,2015,22(17):13305_13318.

[45] 劉吉振,李燕,張誼模,等.蔬菜重金屬污染的葉面控制技術(shù)研究進(jìn)展[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2009(5):279_281.

[46] METWALLY A,FINKEMEIER I,GEORGI M,et a1.Salicylic acid alleviates the cadmium toxicity in barley seedlings[J].Plant Physiology,2003,132(1):272_282.

[47] SHARMA S S,KUMAR V.Responses of wild type and abscisic acid mutants ofArabidopsisthalianato cadmium[J].Journal of Plant Physiology,2002,159(12):1323_1327.

[48] 黃運(yùn)湘,廖柏寒,肖浪濤.萘乙酸和Zn對(duì)大豆Cd脅迫傷害的緩解效應(yīng)[J].生態(tài)環(huán)境,2008,17(1):232_236.

[49] 劉杰.一種新型葉面阻隔劑[J].湖南農(nóng)業(yè),2015(4).

[50] 蔣斌.葉面施硒_殼聚糖肥對(duì)鎘污染條件下作物生長(zhǎng)及品質(zhì)影響研究[D].長(zhǎng)沙：湖南大學(xué),2014.

[51] 管恩相,譚旭生,劉洪,等.葉面施硒對(duì)稻米中鎘等重金屬含量影響的研究初報(bào)[J].種子科技,2013,31(5).

[52] 呂選忠,宮象雷,唐勇.葉面噴施鋅或硒對(duì)生菜吸收鎘的拮抗作用研究[J].土壤學(xué)報(bào),2006,43(5).

[53] 許超,歐陽(yáng)東盛,朱乙生,等.葉面噴施鐵肥對(duì)菜心重金屬累積的影響[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù),2014,37(11).

[54] 劉傳平,徐向華,廖新榮,等.葉面噴施硅鈰復(fù)合溶膠對(duì)水東芥菜重金屬含量及其他品質(zhì)的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2013,22(6).

[55] 崔曉峰,丁效東,李淑儀,等.葉面施硅和鈰對(duì)緩解生菜鎘、鉛毒害作用的研究[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2012,12(5).

[56] 張翠翠,常介田,趙鵬.葉面施硒對(duì)西瓜鎘和鉛積累的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2013,28(3).

[57] 張海英,韓濤,田磊,等.草莓葉面施硒對(duì)其重金屬鎘和鉛積累的影響[J].園藝學(xué)報(bào),2011,38(3).

[58] 湯海濤,李衛(wèi)東,孫玉桃,等.不同葉面肥對(duì)輕度重金屬污染稻田水稻重金屬積累調(diào)控效果研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué),2013(1):40_44.

[59] 任艷軍,馬建軍.不同季節(jié)葉面噴施鑭、鈰對(duì)油菜產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].中國(guó)稀土學(xué)報(bào),2013,31(2):242_248.

[60] 段志坤,李芳艷,錢小波,等.生物葉面肥中科綠寶一號(hào)在水稻上的應(yīng)用效果研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技,2013(16):127_128.

[61] 李芳柏,劉傳平.農(nóng)作物重金屬阻隔技術(shù)新型復(fù)合葉面硅肥及其產(chǎn)業(yè)化[J].中國(guó)科技成果,2013(16):77_78.

[62] 劉吉振,徐衛(wèi)紅,王慧先,等.硅對(duì)不同辣椒品種生理特性、鎘積累及化學(xué)形態(tài)的影響[J].中國(guó)蔬菜,2011，1(10):69_75.

[63] 宮象雷.在植物體鋅、硒對(duì)鉛、鎘的拮抗作用研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué),2005.

[64] 劉俊.鑭、硒對(duì)鎘脅迫下番茄、黃瓜瓣量品質(zhì)及Cd含量的調(diào)控作用[D].重慶：西南大學(xué),2014.

[65] 楊燕君.葉面施硒對(duì)甜菜柿和葡萄果實(shí)品質(zhì)、重金屬積累和葉片生理指標(biāo)的影響[D].鄭州：河南農(nóng)業(yè)大學(xué),2013.

[66] 李超.硅、鉬、硒及其配合噴施對(duì)幾種蔬菜吸收、積累鎘及蔬菜品質(zhì)的影響[D].武漢：華中農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

[67] 徐向華,劉傳平,唐新蓮,等.葉面噴施硒硅復(fù)合溶膠抑制水稻砷積累效應(yīng)研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào),2014,23(6):1064_1069.

[68] 張麗霞,梁利芳,陳超球.Nd(Ⅲ)及其配合物對(duì)重金屬鎘污染植物的緩解作用[J].廣西師范學(xué)院(自然科學(xué)版),2001,18(4).

[69] 索炎炎,吳士文,朱駿杰,等.葉面噴施鋅肥對(duì)不同鎘水平下水稻產(chǎn)量及元素含量的影響[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)(農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版),2012,38(4):449_458.

[70] 楊蕓,周坤,徐衛(wèi)紅,等.外源鐵對(duì)不同品種番茄光合特性、品質(zhì)及鎘積累的影響[J].植物營(yíng)養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2015,21(4):1006_1015.

Researchprogressonphysiologicalcontrolofheavymetalpollutionincrops

ZHANGMingkui1,NIZhongying2,SHENQian1.

(1.CollegeofEnvironmentalandResourceSciences,ZhejiangUniversity,HangzhouZhejiang310058;2.AgriculturalandForestryTechnologyPromotionCenterofTongluCounty,HangzhouZhejiang311500)

Heavy metal pollution of farmland soils is an important factor that affects the safety production of agricultural products. Regulation of crop nutrition elements can change the uptake and migration of heavy metals in the crops from soil. Therefore,regulation of crop nutrition elements have been thought as an effective way to control the accumulation of he avy metals in crops. In this paper,interaction between heavy metals and nutrition elements as well as physiological control agents in crops were summarized. The uptake and detoxification mechanisms of nutrition elements and physiological control agents were analyzed. The development status of physiological control for heavy metal pollution in crops by foliar fertilization was introduced. At last,the application of physiological control technology by foliar fertilization in crops was prospected.

heavy metal pollution; safety production of agricultural products; physiological control; foliar fertilization

10.15985/j.cnki.1001_3865.2017.01.019

2016_11_21)

章明奎，男，1964年生，博士，教授，主要從事土壤管理方面的研究。

*國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(No.2014BAD14B04)；浙江省農(nóng)業(yè)廳“桐廬縣農(nóng)業(yè)‘兩區(qū)’土壤污染治理試點(diǎn)試驗(yàn)”項(xiàng)目。