幾種葉面肥控制水稻籽粒重金屬積累的效果
——田間試驗(yàn)與盆栽試驗(yàn)的比較

倪中應(yīng)，石一珺,謝國(guó)雄，章明奎

(1.桐廬縣農(nóng)業(yè)和林業(yè)技術(shù)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(xué) 環(huán)境與資源學(xué)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(yàn)與盆栽試驗(yàn)的比較

倪中應(yīng)1，石一珺1,謝國(guó)雄2，章明奎3*

(1.桐廬縣農(nóng)業(yè)和林業(yè)技術(shù)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(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 杭州 310058)

葉面噴施生理阻隔劑阻控農(nóng)產(chǎn)品中重金屬的積累因噴施簡(jiǎn)單、成本低，是近年來(lái)被建議的農(nóng)田重金屬污染治理的一項(xiàng)實(shí)用技術(shù)，但其效果穩(wěn)定性尚不清楚。選擇了2種污染土壤，同時(shí)開(kāi)展田間小區(qū)和盆栽試驗(yàn)，比較研究了5種葉面肥在田間小區(qū)試驗(yàn)與盆栽試驗(yàn)中控制水稻籽粒重金屬積累效果的差異。結(jié)果表明，降低效果一般以硅-硒復(fù)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(yàn)也表明，田間試驗(yàn)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(yàn)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(nóng)產(chǎn)品安全

2014年由環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬超標(biāo)率達(dá)19.4%，其中以鎘、鉛、砷等重金屬的污染最為突出，局部地區(qū)農(nóng)田土壤重金屬已達(dá)到較高的水平。重金屬通過(guò)農(nóng)作物吸收富集于作物體內(nèi)，最終通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，造成人體慢性毒害作用[1-2]。針對(duì)土壤重金屬污染，2011年國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)了我國(guó)《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》，2016年5月31日國(guó)務(wù)院正式印發(fā)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(又稱(chēng)《土十條》)，這標(biāo)志著我國(guó)土壤修復(fù)行業(yè)駛?cè)氚l(fā)展快車(chē)道?！锻潦畻l》指出，到2020年，我國(guó)受污染耕地治理與修復(fù)面積要達(dá)到66.67萬(wàn)hm2。因此，發(fā)展合適的、環(huán)保的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)是確保我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品安全的當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)治理原理，國(guó)內(nèi)外農(nóng)田重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)大致可分為物理工程措施、化學(xué)淋洗、異位固化、原位鈍化、植物修復(fù)和聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。在土壤重金屬污染的眾多治理措施中，農(nóng)業(yè)措施以其投資小、成本低、基本無(wú)環(huán)境副作用以及能實(shí)現(xiàn)修復(fù)和利用相結(jié)合等而受到人們的普遍關(guān)注。近年來(lái)的一些試驗(yàn)表明，通過(guò)葉面噴施硅、硒、鋅和鐵等并配合土壤養(yǎng)分綜合管理，可有效減輕或控制重金屬污染農(nóng)田對(duì)農(nóng)產(chǎn)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(duì)重金屬鎘的積累；許超等[10]研究發(fā)現(xiàn)，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(guò)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(duì)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(duì)鎘的吸收；賀前鋒等[13]應(yīng)用6種富硒葉面肥噴施不同品種水稻均呈現(xiàn)稻米降鎘富硒的作用；湯海濤等[14]研究發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)上報(bào)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(nóng)產(chǎn)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(guān)利用葉面肥調(diào)控作物可食部分重金屬積累的研究多限于盆栽試驗(yàn)，缺乏廣泛的田間試驗(yàn)評(píng)估，田間應(yīng)用效果如何及其與盆栽試驗(yàn)結(jié)果的可比性也有待于進(jìn)一步研究。為此，本文選擇了2種污染土壤，同時(shí)開(kāi)展田間小區(qū)試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)，比較研究了5種葉面肥在田間小區(qū)試驗(yàn)與盆栽試驗(yàn)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(nóng)田土壤上進(jìn)行(中污染農(nóng)田和輕污染農(nóng)田)。其中，田間小區(qū)試驗(yàn)在原位農(nóng)田土壤中進(jìn)行；盆栽采用二種農(nóng)田的表層土壤(0～20 cm)開(kāi)展試驗(yàn)，由采樣農(nóng)田中20個(gè)點(diǎn)采集的樣品混合而成。試驗(yàn)表層土壤的性狀平均值見(jiàn)表1。試驗(yàn)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(fù)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(yàn)方法

盆栽試驗(yàn)在溫室大棚內(nèi)進(jìn)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(guò)5 mm)為30 kg。田間試驗(yàn)小區(qū)面積為10 m2，(2 m×5 m)，小區(qū)間設(shè)置1 m寬的隔離行，每一小區(qū)灌溉與排水自成一體，相互不連通。每一處理重復(fù)4次。盆栽試驗(yàn)與小區(qū)試驗(yàn)的播種、施肥、葉面肥噴施時(shí)間和劑量相同。施肥按900 kg/hm2用量標(biāo)準(zhǔn)施入復(fù)合肥作基肥，分蘗期追施尿素225 kg/hm2，相當(dāng)于田間試驗(yàn)每一小區(qū)施復(fù)合肥0.90 kg作基肥、追施尿素0.225 kg，盆栽試驗(yàn)每盆施復(fù)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(zhǎng)至5葉期，適當(dāng)進(jìn)行間苗和定苗，保證每個(gè)小區(qū)稻苗數(shù)量和長(zhǎng)勢(shì)基本一致；盆栽每盆保留8株。水分管理按常規(guī)方法管理，各處理相同。每一試驗(yàn)土壤各設(shè)6個(gè)葉面肥處理,分別為清水對(duì)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(fù)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(rùn)濕為準(zhǔn)。

1.3采樣與分析

水稻成熟時(shí)(生長(zhǎng)期155 d)收獲稻谷，估算產(chǎn)量；同時(shí)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(guī)方法測(cè)定[18]。土壤有機(jī)質(zhì)含量采用Vario.EL元素分析儀測(cè)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(cè)定Cu、Cd和Pb，用熒光原子吸收法測(cè)定Hg和As。土壤中重金屬含量采用標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)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(cè)定Cd，用原子光譜吸收法測(cè)定Cu；As用熒光原子吸收法測(cè)定，Hg用硝酸-高錳酸鉀消解，冷原子吸收光譜法測(cè)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(cè)定。重金屬測(cè)試采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確度和精密度監(jiān)控，各重金屬元素測(cè)試精密度均在5%左右；重復(fù)樣間相對(duì)誤差控制在10%以下。分析數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003處理，差異顯著性統(tǒng)計(jì)分析采用DPS 3.0軟件進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1對(duì)產(chǎn)量的影響

從表2可知，水稻產(chǎn)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(chǎn)量均高于對(duì)照，增產(chǎn)幅度為0.42%～5.43%，但統(tǒng)計(jì)分析表明，它們與對(duì)照之間產(chǎn)量無(wú)顯著的差異。

表2 葉面肥對(duì)水稻產(chǎn)量的影響 kg/667 m2

注：表中同列數(shù)據(jù)后小寫(xiě)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(yàn)結(jié)果

盆栽試驗(yàn)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(lèi)的不同有所變化(表3)?？傮w上，對(duì)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(duì)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(duì)照比較，降低效果一般以硅-硒復(fù)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(fù)合溶液對(duì)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(duì)谷物中Cd、Cu和Pb等3種重金屬均有降低效果，但對(duì)As、Hg的降低效果不明顯；噴施亞硒酸鈉稀溶液對(duì)谷物中Cd和Pb也有顯著的降低效果，但對(duì)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(duì)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(fù)合溶液對(duì)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??；噴施正硅酸乙酯稀溶液對(duì)谷物中Cd、Cu和Pb等3種重金屬均有顯著的降低效果，但對(duì)As、Hg的降低效果不明顯；噴施硅酸鈉稀溶液對(duì)谷物中Cd、Cu等2種重金屬均有顯著的降低效果，但對(duì)Pb、As和Hg的降低效果不明顯；噴施亞硒酸鈉稀溶液對(duì)谷物中Cd、As和Pb有顯著的降低效果，但對(duì)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(duì)谷物中5種重金屬均沒(méi)有顯著的降低效果。

表3 盆栽試驗(yàn)中噴施葉面肥對(duì)谷物重金屬積累的影響

2.3田間試驗(yàn)結(jié)果

田間試驗(yàn)的結(jié)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(duì)不同重金屬元素相對(duì)效果與盆栽試驗(yàn)有相似的趨勢(shì)；與對(duì)照比較，5種葉面肥降低谷物中重金屬的相對(duì)效果也是硅-硒復(fù)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(fù)合溶液只顯示出對(duì)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(duì)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(méi)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(fù)合溶液對(duì)谷物中Cd有顯著的降低效果外，噴施其它葉面肥均沒(méi)有呈現(xiàn)對(duì)谷物中重金屬有顯著的降低效果。

除個(gè)別情況外，田間試驗(yàn)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(yàn)(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(jìn)行比較，在中污染土壤中，盆栽試驗(yàn)降低谷物中重金屬Cd、Cu、Pb、As和Hg含量的比例比田間試驗(yàn)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(yàn)降低谷物中重金屬Cd、Cu、Pb、As和Hg含量的比例比田間試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)高7.72%、5.65%、5.85%、7.74%和3.21%。

3 討論

葉面施肥技術(shù)與葉面肥的應(yīng)用是20世紀(jì)人們認(rèn)識(shí)植物葉面營(yíng)養(yǎng)吸收規(guī)律的重大突破，也是后來(lái)研究植物體內(nèi)元素之間相互作用的基礎(chǔ)。國(guó)外早在20世紀(jì)70年代已注意到植物營(yíng)養(yǎng)元素與重金屬之間存在交互作用[3-4]。由于化學(xué)性質(zhì)的相似性或者代謝途徑的關(guān)聯(lián)性，一些重金屬與植物營(yíng)養(yǎng)元素常常利用相同的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)進(jìn)行吸收或儲(chǔ)存[20-21]，農(nóng)作物中發(fā)生的重金屬中毒害癥狀常與一些營(yíng)養(yǎng)元素的缺素癥狀非常相似[5]。許多研究表明，礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)及植物生理物質(zhì)的供應(yīng)可改善植物體內(nèi)的酶系統(tǒng)和代謝過(guò)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(yàn)的研究也表明，噴施硅-硒復(fù)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(yíng)養(yǎng)狀況，增加作物的抗逆性[24]。據(jù)報(bào)道，硅能促進(jìn)作物生長(zhǎng)、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(xié)調(diào)生理功能，影響植物體內(nèi)重金屬的吸收與運(yùn)輸[25]，因此，通過(guò)葉面噴施改善微量元素供應(yīng)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(shí)間、劑量相似，但盆栽試驗(yàn)中噴施葉面肥的效果要明顯高于田間試驗(yàn)。其原因可能有2個(gè)方面：一是由于田間條件下葉面肥與葉片接觸時(shí)間可受田間自然風(fēng)的影響，噴施在水稻葉面上的葉面肥易受自然風(fēng)的吹動(dòng)在較短的時(shí)間內(nèi)落入土壤中，影響了葉片對(duì)葉面肥中養(yǎng)分的吸收，而在盆栽條件下很少會(huì)有這種情況發(fā)生。二是由于田間試驗(yàn)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，影響了施用效果。此外，由于土壤重金屬污染水平在農(nóng)田中的高度變異性，即使在面積較小的試驗(yàn)田中，重金屬污染水平也有較大的變化，這在一定程度上導(dǎo)致了同一試驗(yàn)區(qū)內(nèi)不同位置作物對(duì)土壤重金屬吸收的差異性，從而在一定程度上影響了對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的評(píng)估。

4 結(jié)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(fù)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(yàn)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(yàn)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(zé)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(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專(zhuān)項(xiàng)“農(nóng)田地質(zhì)高背景重金屬污染機(jī)理研究”(2017YFD0800305)；浙江省杭州市科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目“杭州市耕地重金屬污染源解析及其減控的綜合技術(shù)研究與應(yīng)用”(20170432B23)；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)”。

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