基于不同葉面肥處理水稻籽粒Cd吸收富集效應(yīng)研究

陳麗芬，周俊杰，李雅倩，徐煒杰，馬嘉偉，柳 丹

(1.麗水市蓮都區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，浙江 麗水 323000；2.浙江農(nóng)林大學(xué)，浙江 臨安 311300)

1 引言

當(dāng)前，土壤重金屬污染問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)峻，也越來(lái)越多地被人們所關(guān)注[1, 2]。與其他元素相比，重金屬Cd以更低濃度對(duì)植物和人體產(chǎn)生毒害，毒性僅次于Hg。2014年環(huán)境保護(hù)部發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，在無(wú)機(jī)污染物中，Cd污染的點(diǎn)位超標(biāo)率最高，達(dá)到了7%，使土壤Cd污染的治理顯得更加迫切[3]。而作為我國(guó)主要的糧食產(chǎn)物，水稻的Cd污染問(wèn)題尤為突出，Cd進(jìn)入水稻體內(nèi)后，會(huì)對(duì)線粒體、葉綠體等產(chǎn)生影響，導(dǎo)致水稻光合效率下降[4]。

施加葉面肥技術(shù)是降低水稻籽粒重金屬Cd含量的有效措施[5]，直接向水稻植株葉面上噴施肥料，具有吸收好，利用率高，施用方法簡(jiǎn)便經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)[6]。目前常用的葉面肥主要包括硅肥、鋅肥、硒肥等，有研究表明[7]，水稻葉面噴施硒肥、硅肥可以促進(jìn)植物的生長(zhǎng)，增強(qiáng)植物的抗逆性，抑制水稻籽粒對(duì)重金屬的吸收富集。噴施不同葉面肥對(duì)水稻產(chǎn)量有顯著影響，且施加葉面肥后，水稻籽粒Cd含量均顯著下降，低于《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》(GB2762-2017)中糙米鎘的限量[8]。

為保證水稻作物的安全利用與生產(chǎn)，本項(xiàng)目擬在噴施4種不同葉面劑進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，比較水稻籽實(shí)重金屬含量，評(píng)價(jià)4種葉面肥對(duì)水稻籽粒Cd含量的調(diào)控效果，以期為農(nóng)作物安全生產(chǎn)與利用提供理論依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)地概況

研究區(qū)域位于浙江省某修復(fù)試點(diǎn)，該區(qū)域主要種植制度為早晚稻輪作，試驗(yàn)區(qū)土壤pH值為5.1，試驗(yàn)區(qū)表層Cd含量超標(biāo)率55%，最高值為0.39 mg/kg，主要由于不規(guī)范的施肥和耕作制度等引發(fā)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理，包括不噴施葉面肥的對(duì)照處理(CK)、噴施硒肥、噴施硅肥、噴施海藻肥、噴施黃腐酸鉀處理，具體添加量及添加方式如表1所示。每個(gè)試驗(yàn)設(shè)置3個(gè)重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，共15個(gè)小區(qū)(每個(gè)小區(qū)面積為100 m2)，各小區(qū)之間修建田埂并進(jìn)行薄膜覆蓋處理。

施肥種植措施：種植前按照25 kg/畝的復(fù)合肥(稻香源)作為基肥，小區(qū)全部采用人工移栽的插秧方式，將水稻種子(甬優(yōu)1540)播種于事先平整好的育秧地，至秧苗35～40 d左右進(jìn)行大田移栽，采用25 cm×10 cm的株行距種植，每穴2～3株，在秧苗移栽大田后10～15 d進(jìn)行追肥，追肥采用10 kg/畝的尿素。在水稻孕穗期、灌漿初期進(jìn)行葉面肥稀釋噴施處理，噴施后一個(gè)星期左右觀察水稻葉色及植株差異。整個(gè)生育期的水稻管理與當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)管理模式保持一致。

表1 葉面劑種類及施加量

2.3 樣品采集與分析

籽粒Cd含量：各小區(qū)按照“五點(diǎn)法”采集水稻樣品，并帶回實(shí)驗(yàn)室。將帶回的水稻樣品用超純水沖洗干凈，在105 ℃下殺青30 min，然后65 ℃下烘干至恒重后取出，將水稻籽粒分離，研磨過(guò)100目篩。重金屬Cd通過(guò)HNO3消解法進(jìn)行提取，然后用石墨爐原子吸收光譜(AAS)儀進(jìn)行測(cè)定。

葉面肥噴施7 d后，隨機(jī)選取3個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)隨機(jī)選5穴，數(shù)分蘗數(shù)，并用直尺測(cè)量水稻株高。將帶回實(shí)驗(yàn)室的水稻在每個(gè)處理重隨機(jī)選取3個(gè)1000粒籽粒，稱重求平均值，即為千粒重。大田試驗(yàn)結(jié)束后，收割水稻，曬干后進(jìn)行質(zhì)量的測(cè)定，以統(tǒng)計(jì)實(shí)際產(chǎn)量。

2.4 數(shù)據(jù)處理

在Excel2016中進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)的整理與匯總，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用Dps7.05，圖形的繪制采用Origin Pro 8.0進(jìn)行。

3 結(jié)果與討論

3.1 水稻葉色及植株差異

噴施葉面肥后8 d，觀察各葉面肥處理下的水稻葉色。噴施供試的4種葉面肥后，各處理水稻植株的葉色沒(méi)有明顯差異，水稻生長(zhǎng)均表現(xiàn)正常，未出現(xiàn)明顯的脅迫癥狀。

3.2 不同葉面肥噴施對(duì)水稻分蘗數(shù)和株高的影響

有研究表明[9]，水稻在受到脅迫時(shí)，分蘗數(shù)和水稻株高會(huì)下降，所以分蘗數(shù)和水稻株高是反映水稻是否受到脅迫的重要指標(biāo)。本試驗(yàn)中，施加葉面肥，水稻的分蘗數(shù)均顯著增加，分別增加29.41%、17.65%、35.29%、11.77%(p<0.05)，其中，以硅肥效果最佳，黃腐酸鉀效果最差(圖1)。葉面噴施海藻酸和硅肥處理能夠顯著提高水稻株高，分別增加38.96%和51.95%(p<0.05)。與對(duì)照相比，施加硒肥和黃腐酸鉀后，水稻株高均提高12.98%，但與對(duì)照相比無(wú)顯著性差異(圖2)。綜上，施加葉面肥能夠使水稻在Cd污染脅迫下保持較好的生長(zhǎng)，尤其以噴施海藻酸和硅肥的處理效果最好，可以考慮用于實(shí)際生產(chǎn)。

圖1 不同葉面肥噴施對(duì)水稻分蘗數(shù)的影響

圖2 不同葉面肥噴施對(duì)水稻株高的影響

3.3 不同葉面肥噴施對(duì)稻米千粒重影響

噴施供試葉面肥，水稻的千粒重均顯著增加，其效果表現(xiàn)為海藻酸>硅肥>硒肥>黃腐酸鉀，相比對(duì)照CK分別提高了8.13%、7.49%、3.35%和2.43%(p<0.05)。說(shuō)明噴施葉面肥能夠增加水稻千粒質(zhì)量，在一定程度上對(duì)水稻的增產(chǎn)具有積極作用，其原因是葉面肥中含有中微量元素，施加后可以促進(jìn)植物葉綠素的形成，促進(jìn)水稻光合作用的進(jìn)行，由此提高干物質(zhì)積累量(圖3)[10]。

圖3 不同葉面肥噴施對(duì)水稻千粒重的影響

3.3 不同葉面肥噴施對(duì)稻米產(chǎn)量的影響

有研究發(fā)現(xiàn)[11]，施加葉面肥，其增產(chǎn)效果主要是通過(guò)提高水稻有效穗、穗粒數(shù)、降低空秕率來(lái)實(shí)現(xiàn)。由圖4可知，不同葉面肥噴施對(duì)水稻產(chǎn)量均有所影響。與對(duì)照相比，葉面噴施海藻酸、硒肥、硅肥、黃腐酸鉀均能夠顯著提高水稻產(chǎn)量，增產(chǎn)效果依次為：硅肥>海藻酸>黃腐酸鉀>硒肥。噴施硅肥能夠顯著提高水稻產(chǎn)量，其原因是硅是水稻生長(zhǎng)不可或缺的微量元素，能夠促進(jìn)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育，提高水稻光合作用，還能提高稻米品質(zhì)[12]，提高作物的抗逆性，提升葉綠素的含量，提高根系活度和增加產(chǎn)量。也有研究發(fā)現(xiàn)[13]，海藻酸類新型尿素、磷肥、葉面肥的應(yīng)用在作物上具有明顯的增產(chǎn)效果。馬彩霞[14]等研究表明，20%黃腐酸鉀與不同成分組配成的葉面肥對(duì)生菜生長(zhǎng)均有顯著的促進(jìn)作用。硒肥施加不但能提高水稻產(chǎn)量，還能改善其品質(zhì)，使水稻在原有基礎(chǔ)上更具備營(yíng)養(yǎng)保健作用[15]。說(shuō)明葉面肥的噴施均對(duì)水稻的產(chǎn)量及品質(zhì)具有一定的積極作用，與本研究結(jié)果一致。

圖4 不同葉面肥噴施對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

3.4 不同葉面肥噴施對(duì)稻米鎘含量的影響

施加不同葉面肥對(duì)稻米Cd產(chǎn)生顯著影響(圖5)。與對(duì)照相比，葉面噴施海藻酸和硅肥能夠顯著降低水稻稻米中的Cd含量，均降低6.25%(p<0.05)。而施加硒肥和黃腐酸鉀后，水稻籽粒Cd含量卻顯著增加，較對(duì)照增加12.42%和11.80%(p<0.05)。葉面噴施硅肥，Si進(jìn)入水稻體內(nèi)后可以向根部移動(dòng)，與重金屬發(fā)生沉淀反應(yīng)，從而降低重金屬在水稻體內(nèi)向上運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程，最終減少地上可食用部分中重金屬的含量[16]。海藻酸為野生海帶經(jīng)生物發(fā)酵后提取的海藻酸濃縮液，主要物質(zhì)為海藻多糖及天然生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)[13]，本試驗(yàn)中施加海藻酸，顯著降低水稻稻米中的Cd含量，其原因可能是海藻酸的添加激發(fā)水稻細(xì)胞產(chǎn)生植保素，而海藻酸在海藻酸降解酶的作用下形成聚合度不同的寡糖[17]，而海藻酸鈉寡糖可通過(guò)改變Cd在細(xì)胞中的亞細(xì)胞分布，使更多的Cd累積在細(xì)胞壁上，降低水稻籽粒對(duì)Cd的吸收[18]。施加硒肥和黃腐酸鉀后，水稻籽粒Cd含量顯著上升，其原因可能與施入量與稀釋濃度有關(guān)[19]。

圖5 不同葉面肥及用量對(duì)稻米Cd含量的影響

4 結(jié)論

噴施不同葉面肥既可以使水稻增產(chǎn)，還可以有效降低水稻對(duì)重金屬Cd的吸收，是一種具有良好前景的阻控技術(shù)。本試驗(yàn)結(jié)論如下。

(1)在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的用量和濃度下，4種葉面肥噴施后對(duì)水稻植株葉色沒(méi)有明顯的影響，對(duì)水稻的生長(zhǎng)沒(méi)有影響。

(2)施加葉面肥能夠促進(jìn)水稻在Cd污染脅迫下的生長(zhǎng)，尤其以噴施海藻酸和硅肥的處理效果最好，可以考慮用于實(shí)際生產(chǎn)。

(3)葉面噴施海藻酸、硒肥、硅肥、黃腐酸鉀均能夠顯著提高水稻千粒重及產(chǎn)量，增產(chǎn)效果依次為：硅肥>海藻酸>黃腐酸鉀>硒肥。

(4)與對(duì)照相比，葉面噴施海藻酸和硅肥能夠顯著降低水稻稻米中的Cd含量(p<0.05)。而施加硒肥和黃腐酸鉀后，水稻籽粒Cd含量卻顯著增加。