葉面調(diào)理劑在不同鎘污染程度稻田應(yīng)用效果研究

李誠，王少希，錢艷杰，易展平，嚴(yán)小兵

（1長沙市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，長沙 410399；2長沙市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，長沙 410003）

0 引言

水稻是湖南省農(nóng)業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，稻谷總產(chǎn)量歷年居全國首位[1]，該區(qū)域生產(chǎn)的糧食對于保障中國的糧食安全具有十分重要的戰(zhàn)略意義[2]。然而，湖南又是“有色金屬之鄉(xiāng)”，農(nóng)用地土壤重金屬嚴(yán)重的污染，尤以“鎘”污染為代表[3]。水稻是易富集重金屬鎘的植物之一，對土壤中的鎘元素有很強(qiáng)的富集吸附能力[4]，水稻積累的鎘能通過食物鏈遷移到動(dòng)物和人體內(nèi)，嚴(yán)重危害動(dòng)物和人體健康[5]。2008年在湖南省各地市場隨機(jī)購買多份大米樣品，數(shù)據(jù)研究顯示鎘的平均含量為0.28 mg/kg[6]，超過GB 2762—2022《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[7]的谷物限值(≤0.2 mg/kg)，而2013 年5 月湖南鎘大米事件報(bào)道后，人們越來越關(guān)注水稻中鎘含量超標(biāo)的問題[8]。因此，受污染農(nóng)田安全利用備受社會關(guān)注，也成為當(dāng)今的研究熱點(diǎn)。

目前國內(nèi)外關(guān)于阻控水稻鎘積累的方法較多，常見的技術(shù)主要有篩選和推廣種植鎘低積累品種、農(nóng)藝調(diào)控措施、施用土壤鈍化劑、葉面阻控劑等[9-10]。施用葉面阻控劑操作方便，成本相對較低，且不易造成土壤二次污染，在稻田鎘污染治理中較為常用[10-11]。已有報(bào)道表明，水稻葉面噴施調(diào)理劑能顯著降低水稻對鎘的吸收[10]，但不同地區(qū)施用葉面調(diào)理劑對水稻降鎘效果差異較大[12]。另有研究發(fā)現(xiàn)，施用葉面調(diào)理劑能在一定程度上降低糙米中的鎘含量，且顯著提高水稻產(chǎn)量[13]。王世華等[14]研究表明葉面噴施硅可有效緩解重金屬對水稻的毒害作用，降低重金屬向食物鏈的輸出風(fēng)險(xiǎn)；劉小琴[15]通過試驗(yàn)證明，噴施以硅和腐植酸等為主要成分的葉面阻控劑，能強(qiáng)烈抑制水稻根系對鎘等重金屬離子的吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)，有效降低鎘等重金屬在植株體內(nèi)的積累。目前，前人關(guān)于葉面調(diào)理劑對稻米降鎘效應(yīng)的研究大多集中于同一生態(tài)區(qū)或單一鎘污染程度的農(nóng)田，對于不同生態(tài)區(qū)、不同污染程度農(nóng)田土壤的應(yīng)用效果尚缺乏較系統(tǒng)的研究。因此，有必要針對不同地區(qū)的氣候條件和農(nóng)田污染狀況開展研究，篩選出適合當(dāng)?shù)氐娜~面調(diào)理劑來進(jìn)行推廣應(yīng)用。

為探索葉面調(diào)理劑在不同地區(qū)、不同土壤污染程度下的作用效應(yīng)，本研究在長沙縣金井鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)和望城區(qū)茶亭鎮(zhèn)進(jìn)行田間小區(qū)試驗(yàn)，通過在水稻分蘗期和孕穗期噴施葉面調(diào)理劑，研究其對土壤pH、土壤全鎘、土壤有效態(tài)鎘、稻米鎘含量、水稻各個(gè)組織中鎘含量以及產(chǎn)量的影響，以期為鎘污染稻田安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 供試土壤

試驗(yàn)分別于長沙縣金井鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)和望城區(qū)茶亭鎮(zhèn)3 個(gè)地區(qū)進(jìn)行，種植的水稻品種為長沙地區(qū)大面積推廣種植的晚稻品種‘隆晶優(yōu)1212’。3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)供試土壤主要理化性質(zhì)見表1。

表1 試驗(yàn)點(diǎn)土壤基本理化性質(zhì)

1.2 供試材料

供試葉面調(diào)理劑分別為硅鉀中量元素肥料、碧護(hù)營養(yǎng)套餐和降鎘靈，清水作對照處理(CK)。葉面調(diào)理劑主要成分如表2所示。

表2 葉面調(diào)理劑主要成分

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于長沙縣金井鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)和望城區(qū)茶亭鎮(zhèn)3個(gè)地區(qū)同時(shí)進(jìn)行，每試驗(yàn)點(diǎn)各設(shè)置4個(gè)處理：清水對照(CK)，不噴施葉面調(diào)理劑，與當(dāng)?shù)匾恢碌脑耘喙芾矸桨福蝗~面噴施硅鉀中量元素肥料，1500 mL/hm2，其他措施與對照相同；葉面噴施碧護(hù)營養(yǎng)套餐，1500 mL/hm2，其他措施與對照相同；葉面噴施降鎘靈，1500 mL/hm2，其他措施與對照相同。每個(gè)處理面積均為30 m2，各小區(qū)隨機(jī)排列，處理重復(fù)3次。于2022年6月15日在當(dāng)?shù)夭捎?53孔育秧軟盤(60 cm×33 cm×1.8 cm)育秧，每孔2粒種子，7月10日進(jìn)行移栽，密度為20 cm×20 cm，每穴移栽2 苗。處理間做田埂并覆膜，防止小區(qū)間串水串肥。葉面調(diào)理劑分別于水稻分蘗期與孕穗期采用小型噴霧器進(jìn)行噴施，每處理現(xiàn)場量取100 mL葉面調(diào)理劑加水稀釋至5 L進(jìn)行噴施。

1.4 樣品采集

土壤樣品的采集：大田翻耕前和收獲前7 d，分別采集長沙縣金井鎮(zhèn)、黃花鎮(zhèn)和望城區(qū)茶亭鎮(zhèn)3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的土壤樣品，用于土壤基本理化性狀測定。采用五點(diǎn)取樣法采集大田0～20 cm表層土樣，將土樣混合，自然風(fēng)干后去除表層枯枝落葉和碎石，分別過20、100目篩，分析測定土壤基本理化性質(zhì)及重金屬含量。

植株樣品的采集：收獲前7 d在小區(qū)試驗(yàn)中每個(gè)處理隨機(jī)采集3株，用干凈鐮刀于近土壤5 cm處切分，采集地上部，將植株用去離子水清洗干凈并吸干水分，用剪刀將植株分為秸稈、葉、穗3 個(gè)部分，裝入尼龍網(wǎng)袋中，105℃殺青30 min，65℃烘干至恒重。然后將稻谷脫殼，并將秸稈、葉片、糙米分別經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎后保存在自封袋中，備用。

土壤理化性質(zhì)測定：土壤常規(guī)理化性質(zhì)指標(biāo)參照《土壤農(nóng)化分析》進(jìn)行測定[16]，土壤pH 用pH 計(jì)（雷磁PHSJ-3F）測定，土壤中全鎘和有效態(tài)鎘參考國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17141—1997和GB/T 23739—2009進(jìn)行測定。

樣品中鎘含量測定：糙米及植株樣品通過X 射線熒光光譜法(XRF)測定重金屬鎘含量。

產(chǎn)量測定：成熟期每小區(qū)單收單打測產(chǎn)，測定含水量并折算為13.5%標(biāo)準(zhǔn)含水量后計(jì)為實(shí)際產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

本研究使用Microsoft Excel 2016 和SPSS 24.0 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)多重處理和方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同葉面調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量的影響

由表3 可知，施用葉面調(diào)理劑后，3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)水稻產(chǎn)量均有明顯增加，且產(chǎn)量顯著高于CK。其中，噴施碧護(hù)營養(yǎng)套餐后產(chǎn)量最高，水稻增產(chǎn)率在9.8%～10.1%之間，顯著高于其他處理；施用硅鉀中量元素肥料和降鎘靈平均產(chǎn)量分別為7071.2～7634.1、7015.9～7513.2 kg/hm2，兩者間差異不顯著，但都顯著高于CK。綜合來看，不同地區(qū)噴施葉面調(diào)理劑均可以提高水稻產(chǎn)量，相對于其他處理，碧護(hù)營養(yǎng)套餐增產(chǎn)效果最好。

表3 不同葉面調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量的影響

2.2 不同葉面調(diào)理劑對土壤全鎘、有效態(tài)鎘含量的影響

從表4 可以看出，施用葉面調(diào)理劑后，3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各處理土壤全鎘含量范圍分別為0.27～0.28、0.42～0.44、0.86～0.89 mg/kg，除試驗(yàn)點(diǎn)A 外，其余試驗(yàn)點(diǎn)各處理土壤全鎘較CK 均有不同程度降低，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。葉面調(diào)理劑處理對不同試驗(yàn)點(diǎn)土壤有效態(tài)鎘含量的影響不同，施用硅鉀中量元素肥料有效態(tài)鎘含量下降8.3%～12.2%，施用碧護(hù)營養(yǎng)套餐有效態(tài)鎘含量下降16.6%～24.4%，施用降鎘靈有效態(tài)鎘含量下降8.3%～17.1%，較CK均有顯著性差異。同一試驗(yàn)點(diǎn)，不同葉面調(diào)理劑對土壤有效態(tài)鎘含量的下降比率有所不同，碧護(hù)營養(yǎng)套餐降鎘率均顯著高于其他處理。綜上所述，噴施葉面調(diào)理劑對土壤全鎘含量影響不顯著，但能顯著降低土壤有效態(tài)鎘含量，相對于其他處理，碧護(hù)營養(yǎng)套餐效果最好。

表4 不同葉面調(diào)理劑對土壤全鎘、有效態(tài)鎘含量的影響

2.3 不同葉面調(diào)理劑對土壤pH的影響

不同處理對土壤pH的影響如表5所示，施用葉面調(diào)理劑后，試驗(yàn)點(diǎn)A 土壤pH 較CK 略有升高，但差異不顯著；試驗(yàn)點(diǎn)B 土壤pH 除碧護(hù)營養(yǎng)套餐外，其他處理與CK均無顯著性差異；試驗(yàn)點(diǎn)C土壤pH各處理均顯著高于CK，土壤pH排序?yàn)楸套o(hù)營養(yǎng)套餐>降鎘靈>硅鉀中量元素肥料>CK。不同試驗(yàn)點(diǎn)施用葉面調(diào)理劑對土壤pH的影響不同，施用硅鉀中量元素肥料，土壤pH 升高1.6%～3.9%；施用降鎘靈，土壤pH 升高1.6%～5.9%；施用碧護(hù)營養(yǎng)套餐，土壤pH升高3.3%～7.8%，除試驗(yàn)點(diǎn)A外，施用碧護(hù)營養(yǎng)套餐的土壤pH均顯著大于其他處理。綜上說明，噴施葉面調(diào)理劑能小幅提高土壤pH，但在不同地區(qū)表現(xiàn)差異較大，相對于其他處理，碧護(hù)營養(yǎng)套餐對提高酸性土壤pH效果較好。

表5 不同葉面調(diào)理劑對土壤pH的影響

2.4 不同葉面調(diào)理劑對水稻各部位鎘含量的影響

試驗(yàn)點(diǎn)A 糙米平均含鎘量為0.041～0.093 mg/kg，秸稈平均含鎘量為0.246～0.288 mg/kg，葉平均含鎘量為0.093～0.119 mg/kg（表6）。施用葉面調(diào)理劑后，各處理糙米鎘含量均顯著小于CK，各處理相較于對照糙米鎘含量下降均超過30%，其中噴施碧護(hù)營養(yǎng)套餐處理的糙米鎘含量降幅最大，但處理間無顯著性差異；各處理秸稈鎘含量均顯著大于CK，處理間差異不顯著；除硅鉀中量元素肥料外，其余處理葉鎘含量顯著大于CK處理。

表6 不同葉面調(diào)理劑對水稻各部位鎘含量的影響

試驗(yàn)點(diǎn)B 糙米平均含鎘量為0.126～0.189 mg/kg，秸稈平均含鎘量為0.544～0.657 mg/kg，葉平均含鎘量為0.378～0.542 mg/kg（表6）。施用葉面調(diào)理劑后，硅鉀中量元素肥料處理、碧護(hù)營養(yǎng)套餐處理、降鎘靈處理與CK相比，糙米中鎘含量分別下降了26.5%、33.3%和28.9%，其中碧護(hù)營養(yǎng)套餐處理降幅最大，顯著小于其他處理；各處理秸稈鎘含量均顯著大于CK，但處理間差異不顯著；葉鎘含量表現(xiàn)為碧護(hù)營養(yǎng)套餐處理>降鎘靈處理>CK>硅鉀中量元素肥料處理，除硅鉀中量元素肥料處理外，均顯著大于CK。

試驗(yàn)點(diǎn)C 糙米平均含鎘量為0.261～0.355 mg/kg，秸稈平均含鎘量為1.013～1.278 mg/kg，葉平均含鎘量為0.668～0.976 mg/kg（表6）。施用葉面調(diào)理劑后，各處理糙米鎘含量均顯著小于CK，但糙米鎘含量均不符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求GB/T 5009.15—2014(≤0.2 mg/kg)；各處理秸稈鎘含量均顯著大于CK，但處理間無顯著性差異；除硅鉀中量元素肥料處理外，其余處理葉鎘含量均顯著大于CK處理。

由此可見，在不同地區(qū)，葉面調(diào)理劑均能降低糙米鎘含量，但在鎘中度污染稻田（望城區(qū)茶亭鎮(zhèn)，土壤全鎘0.89 mg/kg），施用葉面調(diào)理劑均不能降低糙米鎘含量到國家限量標(biāo)準(zhǔn)(≤0.2 mg/kg)。相較于其他葉面調(diào)理劑，碧護(hù)營養(yǎng)套餐的降鎘效果較好。

3 討論

3.1 葉面調(diào)理劑對水稻產(chǎn)量的影響

水稻是典型的喜硅作物，硅在水稻的生長發(fā)育過程中發(fā)揮著非常重要的作用[17-18]，不僅能提高水稻的抗逆性，幫助水稻抵御各種逆境脅迫，還能提高水稻產(chǎn)量[19-20]，有資料顯示[21-22]，葉面噴施水溶性硅肥可提高水稻產(chǎn)量2.8%～7.88%。本研究中，3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用不同葉面調(diào)理劑（主要成分都含有硅元素），水稻產(chǎn)量增加了5.4%～10.1%，這可能是因?yàn)楣柽M(jìn)入水稻葉片后，能改善水稻冠層的受光姿態(tài)，提高群體光能截獲率，從而提高葉片光合能力，促進(jìn)植株生長和生物量的增加[23]。

3.2 葉面調(diào)理劑對水稻各部位鎘含量的影響

研究表明，水稻葉面噴施調(diào)理劑不僅能減少作物葉片對大氣中重金屬污染物的吸收，還能顯著降低水稻對鎘的吸收[20]，在鎘污染土壤上施用葉面調(diào)理劑，能實(shí)現(xiàn)鎘輕度污染農(nóng)田安全利用[13]。與上述研究結(jié)果相同，研究發(fā)現(xiàn)3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用不同葉面調(diào)理劑后，均可以抑制稻米富集鎘的能力，有效降低糙米鎘含量，各處理較對照下降18.2%～55.9%，不同地區(qū)降鎘效果表現(xiàn)為碧護(hù)營養(yǎng)套餐處理>降鎘靈處理>硅鉀中量元素肥料處理，這可能是因?yàn)楣枘芨纳扑镜目鼓嫘?，增?qiáng)水稻對重金屬鎘的抗性[24]，阻止鎘的向上運(yùn)輸，從而減少作物地上可食用部位鎘的含量[25]。

大田鎘污染脅迫下，不同時(shí)期水稻不同組織部位的鎘積累量也有所差異[26]。本試驗(yàn)中，噴施葉面調(diào)理劑后，不同地區(qū)水稻各組織部位對鎘的富集能力也有差異，表現(xiàn)為秸稈、葉、糙米的鎘含量依次降低，與前人研究結(jié)果一致[27]。另外本研究發(fā)現(xiàn)，噴施葉面調(diào)理劑后，水稻秸稈鎘含量均有不同程度升高，除噴施硅鉀中量元素肥料外，水稻葉鎘含量也有不同程度的升高，這可能是不同葉面調(diào)理劑的阻鎘機(jī)制不同[28]。

3.3 葉面調(diào)理劑對土壤pH和有效態(tài)鎘含量的影響

土壤中有效態(tài)鎘含量與土壤pH相關(guān)，酸性條件下土壤鎘易被植株吸收，pH升高可促使鎘由有效態(tài)向絡(luò)合態(tài)與殘?jiān)鼞B(tài)轉(zhuǎn)化[29-31]，降低鎘的有效態(tài)含量，使得鎘不易被植物吸收。本研究結(jié)果表明，3 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)施用不同葉面調(diào)理劑，土壤pH均有不同程度的提高，各處理土壤有效態(tài)鎘含量也均有一定幅度下降，施用硅鉀中量元素肥料，土壤pH 升高了1.6%～3.9%，有效態(tài)鎘含量下降比率為8.3%～12.2%；施用降鎘靈，土壤pH升高了1.6%～5.9%，有效態(tài)鎘含量下降比率為8.3%～17.1%；施用碧護(hù)營養(yǎng)套餐，土壤pH 升高了3.3%～7.8%，有效態(tài)鎘含量下降比率為16.6%～24.4%，這可能是因?yàn)槿~面調(diào)理劑富含硅等堿性金屬化合物，在水解作用下釋放出大量的氫氧根離子，從而提高土壤pH[32]，同時(shí)與土壤重金屬存在吸附作用，形成硅重金屬聚合物，從而降低土壤中有效態(tài)重金屬含量[33]。

4 結(jié)論

（1）葉面調(diào)理劑可以顯著提高水稻產(chǎn)量，相對于其他處理，碧護(hù)營養(yǎng)套餐增產(chǎn)效果最好。

（2）葉面調(diào)理劑對土壤全鎘含量影響不顯著，但能顯著降低土壤有效態(tài)鎘含量，相對于其他處理，碧護(hù)營養(yǎng)套餐效果最好。

（3）葉面調(diào)理劑能小幅提高土壤pH，但在不同地區(qū)表現(xiàn)差異較大，相對于其他處理，碧護(hù)營養(yǎng)套餐對提高酸性土壤pH效果較好。

（4）葉面調(diào)理劑均能降低糙米鎘含量，但在鎘中度污染稻田，施用葉面調(diào)理劑均不能降低糙米鎘含量到國家標(biāo)準(zhǔn)。相較于其他葉面調(diào)理劑，碧護(hù)營養(yǎng)套餐的降鎘效果較好。