硅肥等量施用對土壤砷賦存形態(tài)和水稻吸收砷的影響

吳家梅，官 迪，陳 山，謝運(yùn)河，陳 錦，龍世平，紀(jì)雄輝*

1.湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410125

2.湖南省洞庭湖流域農(nóng)業(yè)面源污染防治工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410125

3.農(nóng)田土壤重金屬污染防控與修復(fù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410125

2014 年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，全國土壤污染類型以無機(jī)型為主，無機(jī)污染物中，砷(As)污染點(diǎn)位超標(biāo)率為2.7%，是除鎘(Cd)以外污染點(diǎn)位超標(biāo)率最高的無機(jī)物污染物.水稻由于其特殊的淹水栽培方式，對As 具有較強(qiáng)的富集作用[1].As 為強(qiáng)致癌物，全球50%以上的人口以稻米為主要食物來源，稻米是我國居民攝入As 的最大來源[2]，稻米As 污染已經(jīng)成為消費(fèi)者的關(guān)注焦點(diǎn).湖南省是著名的有色金屬之鄉(xiāng)，是我國重金屬污染較嚴(yán)重的省份之一[3-4]，因此，針對As 本底值較高的土壤，采取有效措施降低水稻As 吸收和積累，對我國稻米安全生產(chǎn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義.

有研究[5-7]表明，水稻施用硅肥可顯著抑制水稻對As 的吸收.Wang 等[6]研究發(fā)現(xiàn)，施用含鉀、鈣、鈉等不同種類的硅肥，以半成品硅鉀肥(為枸溶性鉀)降低稻米As 含量的效果最好，As 含量的降幅為20.1%(P＜0.05)；陳佳等[7]研究表明，施用偏硅酸鈉時，水稻根、莖、葉和籽粒As 含量分別比不施用硅肥時降低1.5%～52.6%、6.1%～63.0%、3.0%～28.4% 和16.3%～61.2%.也有研究表明，硅肥施用情況下，水稻對As的吸收不一定降低.例如：張琳等[8]研究表明，施用不同用量硅酸鈉，糙米As 含量降低或無變化，水稻秸稈As 含量無顯著性變化；Li 等[9-10]研究表明，施用偏硅酸鈉時，不同水稻品種莖稈和根系的As 含量變化也不相同，出現(xiàn)顯著性增加或者降低.As 污染土壤施用硅肥對水稻吸收As 的影響，可能與硅的用量和水稻品種有關(guān)[9-10].同一水稻品種以及不同硅肥種類在相同硅肥用量下對土壤As 的生物有效性、根表鐵膜的As 和水稻吸收As 的影響如何，還有待進(jìn)一步研究.因此，本研究采用相同用量的硅肥處理，分析其對根表鐵膜吸附As 的影響和土壤As 的有效性，為土壤As 污染的土壤重金屬活性阻控與水稻安全生產(chǎn)提供參考.

1 材料與方法

1.1 供試土壤

實(shí)驗(yàn)在湖南省瀏陽市焦溪鎮(zhèn)陳家邊村的水稻種植基地(28°13′49″N、113°32′04″E)開展，該地區(qū)年均溫度17.1 ℃，年降水量1 500 mm，≥10 ℃年積溫5 300～6 500 ℃，為南方典型的水稻生產(chǎn)區(qū).土壤類型為第四紀(jì)紅土發(fā)育的紅黃泥.土壤化學(xué)性質(zhì)：土壤pH 為5.9、有機(jī)質(zhì)含量27.5 g/kg、全氮含量1.95 g/kg、全磷含量0.12 g/kg、全鉀含量20.4 g/kg、堿解氮含量220 mg/kg、有效磷含量23.6 mg/kg、速效鉀含量196 mg/kg、全As 含量55.21 mg/kg.

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和田間管理

實(shí)驗(yàn)于2018 年開展，共6 個處理，每個處理3 次重復(fù)，采用單因素隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn)處理包括：①對照處理，不施硅肥(CK 處理)；②施用含鉀元素的硅肥(Si1)；③施用含鈣、鎂元素的硅肥(Si2)；④施用含鈣、鎂和鉀元素的硅肥(Si3)；⑤施用含鈣、鎂和鐵元素的硅肥(Si4)；⑥施用水溶性硅肥(Si5).采用田間小區(qū)試驗(yàn)，每個小區(qū)面積21 m2.基肥為45%的復(fù)混肥料(N、P2O5、K2O 的質(zhì)量比為15∶15∶15)，用量為750 kg/hm2，硅肥(SiO2)用量為225 kg/hm2[8].基肥和硅肥于水稻移栽前一天施入，分蘗期追10 kg 尿素.水稻品種為威優(yōu)48.水稻于2018 年6 月25 日移栽，10 月4 日收獲.水分管理和病蟲害防治與當(dāng)?shù)卮竺娣e生產(chǎn)相同.

1.3 樣品采集與測定

土壤和水稻樣品于水稻分蘗期、拔節(jié)期、灌溉期和成熟期收獲時取樣.土壤取樣深度為0～20 cm，經(jīng)自然風(fēng)干剔除雜物后，研磨，分別過2 mm 和0.149 mm尼龍篩，混勻備用.水稻植株經(jīng)105 ℃殺青30 min，80 ℃烘干，分離根、莖葉和糙米，粉碎后混勻備用.

土壤pH 采用電位法測定[11]；土壤有效硅采用檸檬酸浸提，硅鉬藍(lán)比色法測定其含量[11]；土壤有效As采用0.1 mol/L 鹽酸浸提，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，iCAP Q，Thermo Scientific，美國) 測定其含量[12]；土壤總As 采用王水微波消解，ICP-MS 測定其含量[13]；土壤As 的形態(tài)采用武斌等[14-15]的分級方法，將As 分為非轉(zhuǎn)性吸附態(tài)(Nsa-As，NH4Cl 提取態(tài))、Al 結(jié)合態(tài)(Al-As，NH4F 提取態(tài))、Fe 結(jié)合態(tài)(Fe-As，NaOH 提取態(tài))、Ca 結(jié)合態(tài)(Ca-As，H2SO4提取態(tài)As)和殘?jiān)鼞B(tài)(Res-As)，采用ICP-MS 測定其含量；水稻As 采用硝酸雙氧水微波消解，ICP-MS 測定其含量[16]；根表鐵膜As 采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸三鈉-碳酸氫鈉(DCB)法浸提[17]，ICP-MS 測定其含量.土壤和植物測定As 含量的分析過程中，均以國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)長江流域沉積物GBW07385(GSS-29)、廣東水稻土GBW07417a(ASA-6a)、四川大米GWB10044(GSB-22)和大蔥GBW10049(GSB-27)進(jìn)行質(zhì)量控制分析，土壤和植物As 的回收率分別為92.5%～103.4%和95.8%～101.4%，同時做空白實(shí)驗(yàn).

水稻產(chǎn)量由每個小區(qū)單產(chǎn)單收，風(fēng)干稱量后計(jì)算得出.

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 和SPSS 13.0軟件進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì)分析，多重比較的顯著性檢驗(yàn)采用LSD 法.

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理水稻As 的含量

由圖1 可見，不同硅肥處理水稻根系和莖稈As含量均較CK 處理降低.水稻分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期根系A(chǔ)s 含量分別是同時期莖稈的17.6、37.8、33.9 和47.7 倍.不同處理下成熟期莖葉As 平均含量是籽粒的10.3 倍.

圖1 不同硅肥處理對水稻根系和莖葉As 含量的影響Fig.1 Effect of silicon fertilizers on As accumulation in rice roots,stems and leaves

水稻根系A(chǔ)s：分蘗期根系A(chǔ)s 含量為172.81～207.02 mg/kg，以Si1 處理最高，不同處理間無顯著性差異；拔節(jié)期根系A(chǔ)s 平均含量為116.66 mg/kg，施硅肥處理As 含量比CK 處理減少3.9%～23.2%；灌漿期根系A(chǔ)s 含量以CK 處理最高，但不同處理間無顯著性差異；成熟期根系A(chǔ)s 含量以CK 處理為最高，Si4和Si5 處理比CK 處理分別顯著降低67.3%(P＜0.05)和57.2%(P＜0.05).

水稻莖葉As：分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期莖葉As 的平均含量分別為10.37、3.11、2.51 和2.09 mg/kg，分蘗期、拔節(jié)期和灌漿期不同處理間莖葉As的含量無顯著性差異.水稻成熟期莖稈和根系A(chǔ)s 含量以CK 處理為最高，分別比Si5 處理顯著增加43.6%(P＜0.05)和57.2%(P＜0.05).

2.2 根系鐵膜As(DCB-As)含量

DCB-As 含量隨著水稻生育期的延長而降低(見圖2)，分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期DCB-As 含量分別為451.23、271.58、207.84 和178.24 mg/kg(以烘干樣質(zhì)量計(jì))，分別是同時期根系A(chǔ)s 含量的2.5、2.3、2.4 和1.8 倍.水稻分蘗期、灌漿期不同處理間DCB-As 含量無顯著性差異.拔節(jié)期Si2、Si3、Si4 和Si5 處理的DCB-As 含量分別比CK 處理顯著降低34.3%、25.5%、29.2% 和33.0%(P均小于0.05).成熟期，與CK 處理相比，Si3 處理的DCB-As 含量顯著降低(降幅達(dá)到37.1%，P＜0.05)，其他處理間無顯著性差異，施用硅肥處理比CK 處理降低26.0%～37.1%.

圖2 不同硅肥處理對DCB-As 含量的影響Fig.2 Effect of silicon fertilizers on DCB-As concentrations

2.3 根表鐵膜(DCB-Fe)含量

不同硅肥處理下水稻DCB-Fe 含量為17.46～64.13 g/kg(以烘干樣質(zhì)量計(jì))，以分蘗期最高(見圖3)，分蘗期各處理DCB-Fe 的平均含量分別是拔節(jié)期、灌漿期和成熟期的2.1、2.0 和2.3 倍.水稻分蘗期DCB-Fe含量的平均值為57.09 g/kg，不同處理間無顯著性差異；拔節(jié)期，Si2 處理的DCB-Fe 含量最高，CK 處理最低，不同處理間無顯著性差異；灌漿期，CK 處理的DCB-Fe 含量最高，Si3 處理最低，不同處理間無顯著性差異；成熟期，與CK 處理相比，Si1、Si3、Si4 和Si5處理的DCB-Fe 含量分別顯著降低28.8%、41.0%、44.5%和41.4%(P均小于0.05).

圖3 不同硅肥處理對DCB-Fe 含量的影響Fig.3 Effect of silicon fertilizers on DCB-Fe concentrations

2.4 糙米As 的含量和水稻產(chǎn)量

與CK 處理相比，不同處理糙米As 含量均降低(見表1)，Si2、Si3、Si4 和Si5 處理糙米As 含量分別顯著降低25.0%、21.6%、31.3%和27.6%(P均小于0.05).

表1 不同硅肥處理對糙米As 的含量和水稻產(chǎn)量的影響Table 1 Effect of silicon fertilizers on As content in milled rice and rice yield

該實(shí)驗(yàn)中，水稻產(chǎn)量為9 000～9 690 kg/hm2，施用硅肥水稻產(chǎn)量略有增加，但不同處理間無顯著性差異，水稻產(chǎn)量以Si4 處理為最高，其次是Si5 處理，分別比CK 處理高7.7%和5.6%，CK 處理水稻產(chǎn)量最低.

2.5 不同處理土壤pH、有效態(tài)As 和有效硅含量

各處理下水稻不同生育期土壤pH 的變化幅度不大(見表2)，處于5.41～5.91 之間，其中以成熟期最高，分蘗期最低.與CK 處理相比，施用硅肥的稻田土壤pH 在分蘗期、拔節(jié)期、灌漿期和成熟期平均分別提高0.12、0.22、0.13 和0.23 個單位.相同生育期內(nèi)，不同處理間土壤pH 無顯著性差異.

表2 不同硅肥處理對土壤pH 的影響Table 2 Effect of silicon fertilizers on soil pH

不同處理下土壤有效態(tài)As 含量為1.21～5.35 mg/kg(見表3)，占土壤總As 的比例為2.2%～9.7%.水稻分蘗期，土壤有效態(tài)As 的含量以Si5 處理為最高，其中Si5 和Si4 處理分別比CK 處理高12.1%(P＜0.05)和7.4%；水稻拔節(jié)期，施用硅肥處理土壤有效態(tài)As含量顯著下降，降幅為15.7%～57.5%；灌漿期，Si3 處理比CK 處理降低16.9%(P＜0.05)，其他處理間無顯著性差異；成熟期，與CK 處理相比，Si3 和Si4 處理土壤有效態(tài)As 分別顯著下降17.0%和15.6%(P均小于0.05).

表3 不同硅肥處理對土壤有效態(tài)As 含量的影響Table 3 Effect of silicon fertilizers on soil available arsenic

土壤有效硅含量隨著生育期的延長而降低(見表4)，以灌漿期土壤有效硅的含量最低，成熟期又略有增加.水稻分蘗期，Si3 和Si4 處理土壤有效硅含量分別比CK 處理顯著高52.3%和45.6%(P均小于0.05)；拔節(jié)期，不同處理土壤有效硅之間無顯著性差異；灌漿期，Si1、Si3、Si4 和Si5 處理土壤有效硅含量分別比CK 處理顯著高49.8%、77.7%、67.1% 和52.6%(P均小于0.05)；成熟期，Si3、Si4 和Si5 處理土壤有效硅含量分別比CK 處理顯著高66.3%、61.0%和85.4%(P均小于0.05).

表4 不同硅肥處理對土壤有效硅含量的影響Table 4 Effect of silicon fertilizers on soil available silicon

2.6 水稻成熟期土壤As 的形態(tài)

由圖4 可見，水稻成熟期土壤不同形態(tài)As 占比不同，其中，CK 處理Res-As 的含量最高，為36.03 mg/kg，占比為65.3%，不同硅肥處理的Res-As 含量為30.49～36.03 mg/kg，占比為55.2%～65.3%；其次是Fe-As 含量，不同處理平均占比為23.3%，Ca-As 和Al-As 的平均占比分別為8.6%和3.5%，Nsa-As 的平均占比最低，僅為0.43%.與CK 處理相比，施用硅肥的Nsa-As、Al-As 和Res-As 含量均降低，平均降幅為15.8%、9.8% 和10.2%，F(xiàn)e-As 含量提高33.0%.不同處理間Ca-As 含量變化不大.

圖4 不同硅肥處理土壤各形態(tài)As 含量的占比Fig.4 Fractions of soil As with different silicon fertilizer treatments

2.7 土壤As 與水稻As 的相互關(guān)系

水稻成熟期：糙米As 與根系A(chǔ)s、DCB-Fe、DCB-As、土壤Res-As 和有效態(tài)As 含量均呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01，見表5)，與土壤Fe-As 和土壤有效態(tài)硅含量均呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)；水稻莖葉As 與根系A(chǔ)s 含量呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)；DCB-As與DCB-Fe含量呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；根系A(chǔ)s 與DCB-As、DCB-Fe 含量均呈顯著正相關(guān)，與有效硅含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P均小于0.05)；土壤As 的不同形態(tài)中，只有Fe-As 與Res-As 含量呈極顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.01)，其他土壤As 的形態(tài)之間均無顯著相關(guān)性；Al-As 與土壤有效態(tài)As 含量呈顯著正相關(guān)(P＜0.05)；Fe-As 與土壤有效態(tài)As 含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05)；有效態(tài)As 含量與土壤pH 呈負(fù)相關(guān)(P＜0.05)；有效硅含量與土壤pH 呈正相關(guān)(P＜0.05).

表5 水稻成熟期As 含量與土壤不同形態(tài)As 含量的相關(guān)性Table 5 Correlation coefficients between rice As concentration at maturity and As fractions in soil samples

采用逐步回歸方法篩選對糙米As 含量有顯著影響的水稻各器官As 含量和土壤不同組分As 含量成分，建立多元線性回歸方程為y1=-0.039+0.001x1+0.029x2(其中，y1為糙米As 含量，x1為根系A(chǔ)s 含量，x2為土壤有效態(tài)As 含量)，可見水稻根系A(chǔ)s 和土壤有效態(tài)As 直接影響稻米對As 的吸收.采用逐步回歸方法篩選對根系A(chǔ)s 含量有顯著影響的水稻各器官As 含量和土壤不同組分As 含量，建立多元線性回歸方程為y2=153.308-0.758x3(其中，y2為根系A(chǔ)s 含量，x3為土壤有效態(tài)硅含量)，可見土壤有效態(tài)硅直接影響水稻根系對As 的吸收.

水稻全生育期：水稻莖葉As 含量與根系A(chǔ)s、DCB-As、DCB-Fe 和土壤有效態(tài)硅含量均呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01，見表6)，與pH、土壤有效態(tài)As 含量均呈顯著負(fù)相關(guān)(P均小于0.05)；根系A(chǔ)s 與DCB-As、DCB-Fe 和土壤有效硅含量均呈極顯著正相關(guān)，與pH、土壤有效態(tài)As 含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)(P均小于0.01)；土壤有效態(tài)As 與有效硅含量呈顯著負(fù)相關(guān)(P＜0.05).

表6 水稻全生育期水稻As 與土壤其他組分的相關(guān)性Table 6 Correlation coefficients between As concentration in the whole growing period and indicators of rice

采用逐步回歸方法篩選對根系A(chǔ)s 含量有顯著影響的水稻各器官As 含量和土壤不同組分As 含量，建立的多元線性回歸方程為y3=26.369+0.208x4+1.065x5(其中，y3為根系A(chǔ)s 含量，x4為DCB-As 含量，x5為DCB-Fe 含量)，可見整個生育期水稻根表鐵膜的As和Fe 會顯著影響水稻根系對As 的吸收.

3 討論

3.1 水稻吸收的As

研究表明，水稻As 的含量表現(xiàn)為根表鐵膜＞根＞莖葉＞籽粒[7,18].本研究中，水稻DCB-As 平均含量分別是根系A(chǔ)s、莖葉的2.3 和61.3 倍，不同處理成熟期莖葉As 平均含量是籽粒的10.3 倍.

Kiany 等[19]研究表明，與不添加硅肥相比，水稻培養(yǎng)液中添加50 和100 mg/L 的硅肥時，水稻根系A(chǔ)s含量分別顯著降低25.4%(P＜0.05) 和46.3%(P＜0.05)，莖葉As 含量分別顯著降低48.4% 和60.1%(P均小于0.05).Wu 等[10]研究證實(shí)，施用硅肥下，水稻根系、稻草As 含量分別比不施用硅肥降低28%～35%和15%～35%.Pan 等[20]研究表明，施用硅肥條件下，糙米總As 含量比不施用硅肥降低了26%～37%.Fleck 等[5]研究表明，施用硅肥條件下，水稻精米和糙米As 含量降低了22%.本研究也表明，與CK 處理相比，添加不同種類的硅肥時，水稻根系、莖葉和籽粒As 含量平均降低了17.4%、20.1% 和24.4%.而Wu 等[10]研究表明，施用硅肥時不同水稻品種的根系、稻草、稻殼As 含量降低，秈稻品種施用硅肥后籽粒As 含量反而增加，但與CK 處理無顯著性差異；Li 等[9]研究表明，與不施肥相比，對于有些水稻品種，施用較低用量的硅肥顯著降低水稻根系和莖稈As 含量，而高用量硅肥則會顯著提高水稻根系和莖稈對As 的吸收；而有的水稻品種，無論是低用量還是高用量的硅肥，其根系和莖稈As 含量均無顯著性差異.

可見，不同的研究者對硅肥是否降低水稻各器官As 含量尚無定論，可能是水稻品種[9]、硅肥用量[9,21]、土壤類型[22]及土壤As 含量[9,22]不同所造成.本研究施用硅肥的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，水稻成熟期根系A(chǔ)s 和土壤有效態(tài)As 含量會影響糙米As 含量，而水稻根系A(chǔ)s 的吸收又受到土壤有效態(tài)硅(水稻成熟期土壤)、DCB-Fe(水稻全生育期土壤)和DCB-As(水稻全生育期土壤)的影響，造成水稻糙米As 含量降低，可能是因?yàn)橥寥烙行Ч韬吭黾?，硅與As 存在競爭[23]，硅的轉(zhuǎn)運(yùn)基因表達(dá)減少[5]，硅酸通過占據(jù)根表鐵膜上的水鐵礦的位點(diǎn)，從而限制了As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸收[24-25]；此外，施用硅肥后，根表鐵膜的Fe 和As 含量降低，減少了水稻根系對As 的吸收，造成水稻As 含量的降低.硅肥用量相同時，施用含Ca、Mg 和Fe 的硅肥以及水溶性硅肥對降低稻米As 的效果較好，可能是因?yàn)樗苄怨璺适┤氲咎锏挠行愿?水稻成熟期土壤有效硅含量最高)，添加Fe 對降低水稻As 的吸收有更好的效果[26-27]；對于含有K、Ca 或Mg 等元素的硅肥，由于K、Ca 和Mg 等元素對水稻As 吸收的影響較少報(bào)道，且硅肥中以Si 為主，K、Ca 和Mg 含量較低，而本實(shí)驗(yàn)各處理中硅肥用量保持一致，故水稻As 含量的降低主要是肥料中硅的作用所致.

3.2 根表鐵膜

水稻施用硅肥對根表鐵膜DCB-Fe 含量的影響不同.陳佳等[7]研究表明，施用相同用量硅肥時，水稻DCB-Fe 含量顯著增加或降低；Li 等[9]研究證實(shí)，不同水稻品種施用不同用量的硅肥時，水稻DCB-Fe含量無顯著性差異；王怡璇等[28]研究表明，DCB-Fe含量隨著硅肥用量的增加而增加；李翔鴻等[29]研究表明，施用不同種類硅肥時DCB-Fe 含量增加；Wu等[10]研究表明，硅肥施用顯著增加了不同基因型水稻DCB-Fe 含量；Limmer 等[30]研究顯示，施用1 000 kg/hm2的硅肥時，水稻根系DCB-Fe 含量與對照處理無顯著性差異，而施用5 000、10 000 kg/hm2的硅肥時，水稻根系DCB-Fe 含量比對照處理顯著降低.本研究中，水稻DCB-Fe 含量以水稻分蘗期為最高；施用硅肥降低了水稻成熟期DCB-Fe 的含量.

本研究中，隨著水稻生育期的延長，DCB-As 含量逐漸降低，硅肥施用下DCB-As 含量降低.陳佳等[7]研究表明，施用硅肥后DCB-As 含量顯著上升；Li 等[9]研究證實(shí)，與不硅肥相比，有的水稻品種施用硅肥下DCB-As 含量無顯著性差異；有的水稻品種施低用量硅肥下，DCB-As 含量顯著降低(P＜0.05)，施高用量硅肥下則顯著增加(P＜0.05)；李翔鴻等[29]研究表明，施用不同種類硅肥時，DCB-As 含量增加；Limmer等[30]研究顯示，施用不同用量硅肥時DCB-As 含量無顯著性差異.可見，不同研究中硅肥施用對水稻DCB-As 含量的影響不同，可能是因?yàn)樗酒贩N不同，根際泌氧較高的基因型水稻可以在根際土壤中氧化更多的亞砷酸鹽[20]；也可能是因?yàn)楦龛F膜具有兩性膠體的性質(zhì)，能吸附As 等元素，又能在一定條件下釋放[10]，外界環(huán)境條件的變化影響了鐵膜的吸附與解析[31]，造成DCB-As 含量的不同.

不同研究中，水稻施硅肥對DCB-Fe、DCB-As 的影響也尚無定論，造成二者的相互關(guān)系及與水稻植株吸收As 的關(guān)系也不同.本研究表明，DCB-Fe 與DCB-As含量呈顯著正相關(guān)，與李鴻翔等[29,32]的研究結(jié)果相一致，但與Syu 等[33]得到的無顯著正相關(guān)關(guān)系不同.水稻成熟期根系和糙米As 含量與DCB-As 含量呈正相關(guān)；水稻全生育期根系A(chǔ)s 含量與DCB-As 含量呈極顯著正相關(guān)；整個生育期DCB-Fe 和DCB-As 顯著影響水稻根系對As 的吸收.Pan 等[34]研究表明，根表鐵膜As(Ⅴ)與莖葉As 含量呈顯著負(fù)相關(guān).Syu 等[33]研究顯示，在不同基因型水稻根表鐵膜DCB-As、DCB-Fe含量與水稻積累As 的程度無顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系.糙米As 與DCB-Fe 含量呈極顯著正相關(guān)，與蔣毅等[35]的研究結(jié)果相一致，還有研究[18,31]顯示，不同水稻品種鐵膜形成能力與地上部或籽粒As 的積累往往沒有顯著相關(guān)性.造成這些差異的原因可能與水稻生產(chǎn)所處的環(huán)境條件[36]、水稻品種[9,37]有一定關(guān)系.

3.3 土壤中各組分與水稻植株As 的關(guān)系

研究證實(shí)，施用硅肥下土壤pH 顯著升高[38-39]，本研究中，施用硅肥后，土壤的pH 略有升高，但與CK處理無顯著性差異，可能是由本研究中施硅量較少所致.

本研究中，施用硅肥下土壤有效硅含量增加，土壤有效As 含量下降，根系A(chǔ)s 與土壤有效硅含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，逐步回歸分析表明，水稻根系A(chǔ)s 和土壤有效態(tài)As 直接影響稻米對As 的吸收，可能是水稻的硅酸鹽與亞砷酸鹽具有相同的吸收途徑，硅肥的施用導(dǎo)致土壤中硅酸鹽含量升高，抑制了水稻對亞砷酸的吸收[23,40-41]，而亞砷酸鹽是水稻生長過程中土壤溶液中可溶性As 的主要形式(占比為78%～100%)[42]，從而導(dǎo)致水稻吸收的As 減少.

水稻全生育期，水稻根系、莖葉As 與土壤有效態(tài)硅含量呈正相關(guān)，而在水稻成熟期卻呈顯著負(fù)相關(guān).水稻成熟期土壤有效態(tài)As 與有效硅含量呈顯著負(fù)相關(guān).由此可知，在水稻成熟期，土壤有效態(tài)硅含量越高，土壤有效態(tài)As 含量越低，水稻植株吸收的As也越少，與其他研究結(jié)果[43-44]相一致.

與CK 處理相比，施用硅肥下Nas-As、Al-As 和Res-As 的含量降低，平均分別降低15.8%、9.8%和10.2%，F(xiàn)e-As 含量提高33.0%；不同處理土壤的Ca-As含量變化不大；土壤Fe-As 含量與糙米As 含量呈負(fù)相關(guān).李園星露等[45]研究表明，可交換態(tài)、TCLP 提取態(tài)As 含量均與水稻糙米As 含量無顯著相關(guān)關(guān)系.不同研究者對土壤各形態(tài)As 與根系、莖葉和糙米As 含量關(guān)系的研究結(jié)果不同，可能與土壤形態(tài)As 的浸提方法不統(tǒng)一有一定關(guān)系.

4 結(jié)論

a) 與CK 處理相比，施用硅肥下水稻根系、莖葉、籽粒As 含量平均分別降低17.4%、20.1% 和24.4%，水溶硅肥和含有Fe 元素的硅肥降低水稻籽粒As 的效果較好，肥料中硅的有效性不同或是否增添鐵元素可能是造成水稻吸收As 差異的重要原因.

b) 硅肥的施用，主要通過提高土壤有效硅含量、降低土壤有效態(tài)As 含量以及提高水稻根表鐵膜的As 和Fe 含量來降低水稻植物對As 的吸收.

c) 水稻成熟期，水稻莖葉和糙米As 與土壤有效態(tài)As 含量呈顯著正相關(guān)，糙米As 與土壤Fe-As 含量呈負(fù)顯著相關(guān)，與Res-As 含量呈顯著正相關(guān).土壤Fe-As 和Res-As 的含量影響水稻對As 的吸收.