上官宇先，陳 琨，喻 華，秦魚生 *，曾祥忠，周子軍，郭 松，張 蘭

（1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所，成都 610066；2.農(nóng)業(yè)部南方坡耕地植物營養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，成都 610066；3.四川省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳成都土壤肥料測(cè)試中心，成都 614041）

重金屬鎘（Cd）具有致畸、致癌、致突變等危害[1-2]，是生物毒性最強(qiáng)的重金屬元素之一，在土壤-植物系統(tǒng)間遷移能力較強(qiáng)，易通過食物鏈傳遞進(jìn)入動(dòng)物和人體造成危害[3-7]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國每年僅由工業(yè)排放到大氣環(huán)境中的Cd總量就超過2000 t，這其中絕大部分會(huì)最終進(jìn)入土壤中[8]。進(jìn)入21世紀(jì)以來，全國多次報(bào)道Cd污染導(dǎo)致的鎘大米事件，造成了強(qiáng)烈的社會(huì)反響。根據(jù)2014年發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)[9]，全國耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，Cd污染物點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%。四川省土壤污染物超標(biāo)率為28.7%，其中Cd污染點(diǎn)位超標(biāo)率為20.8%[10]，是土壤中首要的污染物。因此，開展Cd超標(biāo)農(nóng)田的安全利用技術(shù)研究，對(duì)保障國家經(jīng)濟(jì)與社會(huì)安全，實(shí)現(xiàn)土壤的可持續(xù)利用具有重要意義。

Fe是植物必需營養(yǎng)元素之一，對(duì)作物生長有重要的作用，作物生產(chǎn)中鐵肥的施用可以改變土壤Cd不同形態(tài)間的平衡，使土壤Cd活性和生物有效性發(fā)生變化，影響作物對(duì)Cd元素的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，降低Cd在作物體內(nèi)的累積。研究表明，水稻田淹水后的厭氧鐵氧化過程生成無定形氫氧化鐵，其對(duì)Cd2+專性吸附及與Cd2+共沉淀可降低土壤有效態(tài)Cd濃度[11]。外源添加Fe2+可以緩解Cd對(duì)水稻生長發(fā)育的毒害作用，且緩解程度存在明顯的品種差異[12]。水稻植株對(duì)鐵和Cd的吸收存在一定的交互作用，同時(shí)會(huì)影響植物對(duì)其他元素的吸收，Cd2+可通過鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白被植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)[13-16]。Fe與Cd在根系細(xì)胞質(zhì)膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)存在競爭關(guān)系，Cd離子可以通過質(zhì)膜上的Fe和Mn轉(zhuǎn)運(yùn)載體進(jìn)入根細(xì)胞[17-18]，而水稻對(duì)Fe、Mn和Cd的吸收及運(yùn)輸都共同受Nramp5基因控制[19-20]。劉侯俊等[21]研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e和Cd在水稻吸收上表現(xiàn)出明顯的拮抗作用。Cd通過競爭作用可抑制植物對(duì)Fe的吸收并誘發(fā)植株出現(xiàn)缺Fe癥狀[22]。也有研究指出，由于缺Fe可誘導(dǎo)植株部分有關(guān)Fe吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)基因的表達(dá)，在增加對(duì)Fe吸收的同時(shí)促進(jìn)對(duì)Cd的吸收[23]。植物在缺Fe時(shí)會(huì)促進(jìn)載體對(duì)二價(jià)金屬離子的運(yùn)輸，吸收更多的Cd離子。

目前關(guān)于水稻土施鐵肥對(duì)Cd吸收的阻控的研究較多[24-25]，葉面噴施的也多有研究[26]，但是兩者結(jié)合起來并且研究其施用方法的較少。本試驗(yàn)選取兩種鐵肥、四種不同水稻品種，研究了不同方法及施用時(shí)期對(duì)水稻產(chǎn)量和籽粒Cd積累的影響，以期找出一種簡單、有效的阻控稻米Cd積累的農(nóng)藝措施，為Cd輕度超標(biāo)稻田的稻米安全生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 不同鐵肥種類及施用方法對(duì)水稻Cd吸收的影響試驗(yàn)

選擇在Cd輕度污染的土壤上進(jìn)行本項(xiàng)試驗(yàn)，供試土壤主要理化性狀：有機(jī)質(zhì)含量31.8 g·kg-1、有效氮139 mg·kg-1、有效磷69.7 mg·kg-1、速效鉀 84.7 mg·kg-1、pH為6.18、全Cd 0.53 mg·kg-1，有效Cd 0.26 mg·kg-1，土壤類型為潮土，質(zhì)地為壤土。

試驗(yàn)共選擇4個(gè)水稻品種，分別為德粳1號(hào)（粳稻）、湘晚秈12號(hào)（秈型常規(guī)稻）、川優(yōu)6203（秈型三系雜交稻品種）和Y兩優(yōu)1號(hào)（秈型兩系雜交稻）；2種鐵肥，分別為EDDHA-Fe（Fe含量為6%，肥料，艾邦生物）和FeSO4·7H2O（Fe含量為20.1%，分析純，國藥試劑）；2種鐵肥的施用方法分別為土施和葉面噴施。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，鐵肥種類及施用方法為主處理，水稻品種為副處理，主處理設(shè)置分別為：（1）對(duì)照（CK），不施鐵肥；（2）EDDHA-Fe（乙二胺鄰二羥基乙酸鐵）土施處理，于秧苗移栽前與常規(guī)肥料一起作底肥施用，用量為 150 kg·hm-2EDDHA-Fe；（3）FeSO4·7H2O土施處理，于秧苗移栽前與常規(guī)肥料一起作底肥施用，用量為 750 kg·hm-2FeSO4·7H2O；（4）ED?DHA-Fe葉面噴施處理，于拔節(jié)孕穗期、抽穗揚(yáng)花期和灌漿結(jié)實(shí)期各噴施一次濃度0.2%EDDHA-Fe，共噴施3次；（5）FeSO4·7H2O葉面噴施處理，于拔節(jié)孕穗期、抽穗揚(yáng)花期和灌漿結(jié)實(shí)期各噴施一次濃度0.2%FeSO4·7H2O，共噴施3次。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積30 m2，栽培規(guī)格為30 cm×20 cm，處理間做30 cm埂子，重復(fù)間留80 cm走道。肥料用量為165 kg·hm-2N、75 kg·hm-2P2O5和90 kg·hm-2K2O，肥料品種分別為尿素、磷銨和氯化鉀，40%氮肥、100%磷肥和40%鉀肥作底肥在移栽前施用；60%氮肥和60%鉀肥作分蘗肥在秧苗移栽后15 d施用。

1.2 不同時(shí)期噴施鐵肥對(duì)水稻Cd吸收的影響試驗(yàn)

選擇在Cd輕度污染的土壤上進(jìn)行本試驗(yàn)，供試土壤主要理化性狀：有機(jī)質(zhì)含量23.9 g·kg-1、有效氮109 mg·kg-1、有效磷 55.1 mg·kg-1、速效鉀 114 mg·kg-1、pH 為 5.93、全 Cd 0.58 mg·kg-1和有效 Cd 0.24 mg·kg-1，土壤類型為潮土，質(zhì)地為壤土。試驗(yàn)水稻品種為川優(yōu)6203，葉面噴施鐵肥為EDDHA-Fe（6%）。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，鐵肥噴施時(shí)期設(shè)5個(gè)處理，分別為：（1）對(duì)照（CK），噴施清水；（2）拔節(jié)孕穗期噴施EDDHA-Fe（0.2%），噴施3次，5～7 d 1次；（3）抽穗揚(yáng)花期噴施EDDHA-Fe（0.2%），噴施3次，5～7 d 1次；（4）灌漿結(jié)實(shí)期噴施EDDHA-Fe（0.2%），噴施3次，5～7 d 1次；（5）拔節(jié)孕穗期、抽穗揚(yáng)花期和灌漿結(jié)實(shí)期各噴施EDDHA-Fe（0.2%）1次。每個(gè)處理3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，栽培規(guī)格為30 cm×20 cm，處理間隔50 cm，重復(fù)間留100 cm走道。肥料用量為165 kg·hm-2N、75 kg·hm-2P2O5和90 kg·hm-2K2O，肥料品種分別為尿素、磷銨和氯化鉀，40%氮肥、100%磷肥和40%鉀肥作底肥在移栽前施用；60%氮肥和60%鉀肥作分蘗肥在秧苗移栽后15 d施用。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

水稻成熟后采集水稻樣品，樣品分為籽粒和莖稈兩部分收集。樣品帶回室內(nèi)用水洗凈泥污，晾干、置于烘箱殺青、干燥，然后磨碎過40目尼龍篩，分析莖稈和糙米Cd含量。分析方法采用HNO3-HClO4濕法消煮，消煮樣品時(shí)，同時(shí)消煮空白和標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW10010）進(jìn)行質(zhì)量控制和結(jié)果校正，用石墨爐原子吸收分光光度計(jì)法（novAA400-德國耶拿）測(cè)定各樣品中的Cd含量[27]。收獲時(shí)，每小區(qū)水稻全部收割，單打單收并測(cè)定含水量，最后換算為最終產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理在SPSS 15.0軟件完成，統(tǒng)計(jì)分析采用DPS15.10軟件比較。

2 分析與討論

2.1 不同鐵肥種類及施用方法對(duì)水稻產(chǎn)量及Cd吸收的影響

通常認(rèn)為水稻由于經(jīng)常處于淹水的生長條件下，F(xiàn)e營養(yǎng)相對(duì)其他微量營養(yǎng)元素不易缺乏[28]，但是試驗(yàn)結(jié)果顯示水稻施用鐵肥后其產(chǎn)量都有一定程度增加，在個(gè)別處理有顯著增加（表1）。硫酸亞鐵和EDDHAFe底肥土施及追肥噴施兩種方法均增加了4個(gè)水稻品種的產(chǎn)量，其中德粳1號(hào)增產(chǎn)幅度最大，平均增產(chǎn)率為12.39%，其中EDDHA-Fe追肥噴施和EDDHAFe底肥土噴施均顯著增加了水稻產(chǎn)量（P＜0.05），其余處理也有不同程度增產(chǎn)，但效果不顯著。其次為川優(yōu)6203，平均增產(chǎn)率7.90%，但增產(chǎn)效果均不顯著；Y兩優(yōu)1號(hào)平均增產(chǎn)率為5.72%，其中FeSO4·7H2O追肥噴施處理增產(chǎn)較為顯著（P＜0.05）；湘晚秈12號(hào)平均增產(chǎn)率為6.15%。不同處理而言，EDDHA-Fe追肥噴施的增產(chǎn)效果最好，在4個(gè)水稻品種中的平均增產(chǎn)率為10.28%；其次為硫酸亞鐵底肥土施，平均增產(chǎn)率為8.30%；硫酸亞鐵追肥噴施處理的平均增產(chǎn)率最低，為5.77%。

不同水稻品種的稻米Cd差異較大（圖1），不施鐵肥處理下4個(gè)品種稻米Cd平均含量排序?yàn)椋篩兩優(yōu)1號(hào)＞湘晚秈12號(hào)＞川優(yōu)6203＞德粳1號(hào)，根據(jù)稻米食品標(biāo)準(zhǔn)（GB 2762—2017），不施鐵肥處理下4個(gè)水稻品種中只有德粳1號(hào)所有處理的稻米Cd含量低于0.20 mg·kg-1，達(dá)到國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)，這可能與不同水稻品種的Cd累積特性不同有關(guān)，由于粳稻對(duì)Cd的累積能力遠(yuǎn)低于其他水稻品種，因此在污染土壤中德粳1號(hào)能夠達(dá)到國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。施用鐵肥對(duì)秈型常規(guī)稻的Y兩優(yōu)1號(hào)作用最為明顯，對(duì)秈型雜交稻的作用介于秈型常規(guī)稻和粳稻之間。

除此之外不同種類鐵肥和施用方法對(duì)不同水稻品種稻米Cd含量也有一定影響，并且對(duì)Cd含量較高的Y兩優(yōu)1號(hào)和湘晚秈12號(hào)影響較大，而在另外兩個(gè)品種無顯著影響。不同的鐵肥品種中EDDHA-Fe效果要好于FeSO4·7H2O。在Y兩優(yōu)1號(hào)中EDDHA-Fe兩種方法施用后稻米Cd的平均值由空白處理的0.331 mg·kg-1下降到0.281 mg·kg-1，而FeSO4·7H2O兩種方法施用后稻米Cd的平均值為0.301 mg·kg-1。在湘晚秈12號(hào)中EDDHA-Fe兩種方法施用后稻米Cd的平均值由空白處理的0.323 mg·kg-1下降到0.230 mg·kg-1，而FeSO4·7H2O兩種方法施用后稻米Cd的平均值為0.229 mg·kg-1。而對(duì)不同施用方法而言，不同的品種差異較大。在Y兩優(yōu)1號(hào)中底肥土施鐵肥后稻米Cd的平均值由空白處理的0.331 mg·kg-1下降到0.299 mg·kg-1，而追肥噴施鐵肥后稻米Cd的平均值為0.283 mg·kg-1。在湘晚秈12號(hào)中底肥土施鐵肥后稻米Cd的平均值由空白處理的0.323 mg·kg-1下降到0.259 mg·kg-1，而追肥噴施鐵肥后稻米Cd的平均值為0.220 mg·kg-1。綜合以上措施，效果最好的為ED?DHA-Fe追肥噴施，能夠平均降低水稻籽粒24%的Cd含量。

表1 不同鐵肥種類及施用方法對(duì)水稻產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of different iron fertilizer types and application methods on rice yield

圖1 不同鐵肥種類及施用方法下稻米和秸稈Cd含量變化Figure 1 Cd content in rice and straw under different Fe fertilizer types and application methods

與稻米中Cd含量變化不同，4個(gè)水稻品種秸稈Cd含量除Y兩優(yōu)1號(hào)較高，施用鐵肥后顯著降低外，其他幾個(gè)品種不同處理差異并不顯著。Y兩優(yōu)1號(hào)中FeSO4·7H2O追肥噴施的秸稈中Cd含量最高為1.714 mg·kg-1，EDDHA-Fe追肥噴施處理中Cd含量最低為1.263 mg·kg-1。其他品種中秸稈中Cd含量在不同處理與不施用鐵肥相比均有一定程度增加，但均未達(dá)到顯著水平。

從圖2可見，從4個(gè)水稻品種籽粒/秸稈Cd含量比來看，不施用鐵肥下，湘晚秈12號(hào)籽粒/秸稈Cd含量比最高，其他3個(gè)品種差異不大，4個(gè)品種分別為Y兩優(yōu)1號(hào)，0.220；湘晚秈12號(hào)，0.346；德粳1號(hào)，0.257；川優(yōu)6203，0.235。4個(gè)水稻品種施用鐵肥后籽粒/秸稈Cd含量比都有了顯著降低，說明使用鐵肥都能夠抑制Cd從莖稈往籽粒運(yùn)輸。其中Y兩優(yōu)1號(hào)和川優(yōu)6203的籽粒/秸稈平均值波動(dòng)較小，德粳1號(hào)和湘晚秈12號(hào)降低較大。湘晚秈12號(hào)植株體內(nèi)Cd向籽粒轉(zhuǎn)移的能力較強(qiáng)，空白處理中籽粒/秸稈Cd含量最高，但是所有的鐵肥處理都能夠顯著降低Cd從莖稈往籽粒運(yùn)輸?shù)哪芰?，其中EDDHA-Fe追肥噴施處理效果最為明顯。對(duì)于Y兩優(yōu)1號(hào)而言，EDDHA-Fe底肥土施降低效果最明顯，德粳1號(hào)和川優(yōu)6203中FeSO4·7H2O底肥土施降低幅度最大。不同水稻品種施用鐵肥后籽粒/秸稈Cd含量比都有了顯著降低，但是效果差異較大，可能是由于不同水稻品種的吸收能力差異造成的。

圖2 不同鐵肥種類及施用方法下水稻籽粒與秸稈Cd含量比Figure 2 The ratio between Cd content in rice and Cd content in straw under different Fe fertilizer types and application methods

不同的鐵肥品種中，F(xiàn)eSO4·7H2O底肥和追肥處理中籽粒/秸稈Cd含量比較低，在4個(gè)品種中平均值分別為Y兩優(yōu)1號(hào)，0.192；湘晚秈12號(hào)，0.208；德粳1號(hào)，0.175；川優(yōu)6203，0.196，而EDDHA-Fe底肥和追肥處理中籽粒/秸稈較高，在4個(gè)品種中平均值分別為Y兩優(yōu)1號(hào)，0.192；湘晚秈12號(hào)，0.246；德粳1號(hào)，0.202；川優(yōu)6203，0.217。不同施用方法中，底肥和追肥在不同的品種中對(duì)籽粒/秸稈Cd含量比有一定差異，其中在Y兩優(yōu)1號(hào)，兩種方法結(jié)果相同，均為0.193，湘晚秈12號(hào)和川優(yōu)6203中，追肥噴施鐵肥的籽粒/秸稈較低，而德粳1號(hào)效果相反。

4個(gè)水稻品種稻米Fe含量排序?yàn)椋合嫱矶i12號(hào)＞Y兩優(yōu)1號(hào)＞川優(yōu)6203＞德粳1號(hào)，與稻米中Cd含量類似，均是德粳1號(hào)最低，其他3個(gè)品種較高（圖3）。不同種類的鐵肥施用均顯著增加了Y兩優(yōu)1號(hào)稻米Fe含量，部分鐵肥施用處理能夠顯著增加川優(yōu)6203水稻品種稻米Fe含量，而施用鐵肥對(duì)湘晚秈12號(hào)和德粳1號(hào)兩個(gè)水稻品種稻米Fe含量有一定增加，但并未達(dá)到顯著水平。四個(gè)鐵肥處理中以EDDHA-Fe和FeSO4·7H2O噴施兩處理的稻米Fe含量增加幅度較大，而EDDHA-Fe和FeSO4·7H2O底肥土施兩處理的稻米Fe含量略有增加。

圖3 不同鐵肥種類及施用方法下稻米和秸稈Fe含量變化Figure 3 Fe content in rice and straw under different Fe fertilizer types and application methods

4個(gè)水稻品種秸稈Fe平均含量排序?yàn)椋捍▋?yōu)6203＞德粳1號(hào)＞湘晚秈12號(hào)＞Y兩優(yōu)1號(hào)，與稻米Fe含量完全不同（圖3）。鐵肥施用提高了Y兩優(yōu)1號(hào)、湘晚秈12號(hào)和德粳1號(hào)的秸稈Fe含量，而川優(yōu)6203秸稈Fe含量在鐵肥施用后反而有所降低，但均未達(dá)到顯著差異。與稻米Fe含量變化相似，四個(gè)鐵肥處理中以Fe?SO4·7H2O噴施處理的秸稈Fe含量增加幅度最大，而Y兩優(yōu)1號(hào)和湘晚秈12號(hào)兩個(gè)品種的EDDHA-Fe和FeSO4·7H2O底肥土施兩處理的秸稈Fe含量無顯著變化，而德粳1號(hào)所有施用鐵肥處理的秸稈Fe含量都明顯增加。

2.2 不同時(shí)期噴施鐵肥對(duì)水稻產(chǎn)量及Cd吸收的影響

從川優(yōu)6203不同時(shí)期噴施鐵肥產(chǎn)量結(jié)果來看，與前面試驗(yàn)結(jié)果一致，噴施EDDHA-Fe有利于提高水稻的產(chǎn)量（表2），但未達(dá)到顯著效果。與噴施清水對(duì)照處理相比，孕穗期噴施鐵肥增產(chǎn)量最高，達(dá)602.7 kg·hm-2，增幅為6.42%；其次是灌漿期噴施鐵肥處理，增產(chǎn)513.3 kg·hm-2，增幅為5.47%。揚(yáng)花期噴施鐵肥處理與孕穗期、揚(yáng)花期和灌漿期3個(gè)時(shí)期分別噴施一次的處理增產(chǎn)量較接近，增幅約2.5%左右。由此可見，孕穗期噴施鐵肥對(duì)水稻增產(chǎn)作用最佳。

同一水稻品種噴施鐵肥后各處理的稻米Cd含量都有不同程度的降低，噴施時(shí)間越晚，稻米中Cd含量降低越多（表3）。在4個(gè)噴施鐵肥處理中，以孕穗期、揚(yáng)花期和灌漿期各噴施1次EDDHA-Fe處理的稻米Cd含量最低。所有噴施鐵肥處理的秸稈Cd含量都較噴清水處理有一定程度增加，以揚(yáng)花期噴施鐵肥處理的秸稈Cd含量最高，其次為孕穗期、揚(yáng)花期和灌漿期各噴施1次處理，而灌漿期噴施鐵肥處理的秸稈Cd含量最低。所有噴施鐵肥處理的稻米/秸稈Cd含量比都有所下降，以揚(yáng)花期和孕穗期、揚(yáng)花期和灌漿期3個(gè)時(shí)期分別噴施1次兩處理的稻米/秸稈Cd含量比最小，這表明水稻噴施鐵肥降低了秸稈中Cd向稻米中轉(zhuǎn)移，抑制了稻米中Cd的累積，不失為控制稻米Cd含量的一種實(shí)用方式。

表3 不同時(shí)期噴施鐵肥對(duì)水稻秸稈和籽粒Cd含量的影響Table 3 Effects of Fe fertilizer application on cadmium content in rice straw and grain at different stages

從水稻秸稈和籽粒中Fe含量來看（表4），噴施鐵肥后稻米和秸稈中的Fe含量分別增加12.1～18.9 mg·kg-1和13.9～40.7 mg·kg-1。稻米中增加最多的處理是揚(yáng)花期噴施，含量達(dá)156.4±11.6 mg·kg-1；秸稈中含量最高的處理是孕穗期噴施。從噴施時(shí)期來看，噴施Fe時(shí)間越靠近稻米形成期，其稻米中Fe含量增加越多，但含量達(dá)到156 mg·kg-1左右時(shí)不再增加，而秸稈中Fe則隨噴施時(shí)間越晚含量越低。稻米/秸稈Fe含量比值遠(yuǎn)高于稻米/秸稈Cd含量比值，這表明水稻中Fe由植株向稻米轉(zhuǎn)移的速率遠(yuǎn)高于Cd。稻米/秸稈Fe含量比值隨噴施時(shí)間的推移逐漸增加。孕穗期、揚(yáng)花期和灌漿期3個(gè)時(shí)期分別噴施1次處理稻米和秸稈中Fe含量都較高。因此，在揚(yáng)花期后噴施鐵肥有利于稻米中Fe含量的積累。

表4 不同時(shí)期噴施鐵肥對(duì)水稻秸稈和籽粒Fe含量的影響Table 4 Effects of Fe fertilizer application on Fe content in rice straw and grain at different stages

2.3 稻米中Cd含量與稻米Fe含量和莖稈Fe含量之間的關(guān)系

有研究表明，水稻對(duì)Cd的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)與Fe、Mn等營養(yǎng)代謝密切相關(guān)，F(xiàn)e、Mn、Cd元素間表現(xiàn)為競爭吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)系。Sasaki等[19]和Ishimaru等[20]則發(fā)現(xiàn)水稻對(duì)Fe、Mn和Cd的吸收及運(yùn)輸都共同受Nramp5基因控制。在本試驗(yàn)中，4個(gè)水稻品種的秸稈Fe含量與稻米Cd含量呈直線性負(fù)相關(guān)（圖4），當(dāng)秸稈Fe含量越高，稻米中的Cd含量越低，這表明當(dāng)水稻體內(nèi)Fe含量豐富時(shí)，F(xiàn)e優(yōu)先與轉(zhuǎn)動(dòng)蛋白結(jié)合，而Cd與轉(zhuǎn)動(dòng)蛋白的結(jié)合概率下降，因此，秸稈中Cd向稻米中的轉(zhuǎn)移受到抑制，達(dá)到降低稻米Cd含量的目的。

圖4 稻米Cd含量與秸稈Fe含量的關(guān)系Figure 4 Correlation between Cd content in rice and Fe content in straw

不同水稻品種中稻米Fe含量與稻米Cd含量呈顯著二次函數(shù)關(guān)系（P＜0.01），其二次回歸方程為CCd=-0.436+0.009CFe-2.62×10-5CFe2（圖 5）。這進(jìn)一步說明，水稻籽粒中的Fe與Cd并非為單純的競爭轉(zhuǎn)運(yùn)關(guān)系，當(dāng)?shù)久字蠪e含量較低時(shí)，Cd含量同樣較低，隨著稻米中Fe含量的上升而上升，但當(dāng)?shù)久字蠪e含量上升到一定程度后，稻米中的Cd含量又開始下降。這有可能是因?yàn)樗局蠧d與Fe共用運(yùn)輸通道，當(dāng)二者含量較低時(shí)，鐵載體蛋白的運(yùn)輸能力能夠滿足水稻籽粒中二者的吸收，并且隨著Fe含量的上升，水稻的生長得到促進(jìn)，從而增加了其體內(nèi)鐵載體蛋白的合成，間接促進(jìn)了水稻中Cd的吸收。但是當(dāng)水稻中Fe的含量到達(dá)一定程度時(shí)，再進(jìn)一步增加Fe的含量對(duì)水稻生長并無明顯影響。水稻體內(nèi)的鐵載體蛋白的含量也不能無限上升，但是其運(yùn)載能力有限，而有限的鐵載體的運(yùn)載能力被大量增加的Fe所占用，因此這種競爭抑制了部分Cd的吸收，從而造成稻米中Cd含量的下降。秸稈和稻米Fe含量與Cd的相關(guān)分析表明，在一定程度上通過噴施EDDHA-Fe可以控制稻米Cd的轉(zhuǎn)移，降低稻米Cd含量。

圖5 稻米Cd含量與Fe含量的相關(guān)性Figure 5 Correlation between Fe content and Cd content in rice

在水稻田前期淹水的過程中，土壤長期處于還原狀態(tài)[29]，土壤Fe3+被還原為Fe2+，因而易于被水稻吸收。到了水稻灌漿和成熟期，田間開始曬田，這時(shí)土壤氧化還原電位發(fā)生變化，土壤中Fe2+又被氧化為Fe3+[30]，因此灌漿時(shí)土壤Fe的有效性降低，導(dǎo)致水稻吸收的鐵含量減少。Fe在水稻體內(nèi)是不易移動(dòng)和再轉(zhuǎn)運(yùn)的元素，前期被莖稈吸收的Fe無法轉(zhuǎn)運(yùn)到其他器官[31]，而土壤中Fe的有效性又開始降低，因此籽粒中表現(xiàn)出了部分的缺Fe癥狀。水稻稻米Cd含量和稻米及莖稈中Fe含量都有可能呈二次函數(shù)關(guān)系，也就是先升高后降低的趨勢(shì)。但由于莖稈中前期吸收的Fe含量較高，表現(xiàn)的趨勢(shì)可能是降低的趨勢(shì)，而水稻籽粒中Fe含量較低，呈現(xiàn)的是完整的先升高后降低的趨勢(shì)。這兩種不同的趨勢(shì)是水稻莖稈和籽粒中不同時(shí)期Fe吸收和累積量的不同造成的。

2.4 稻米中金屬元素與環(huán)境因子之間的PCA和RDA分析

對(duì)水稻籽粒中重金屬的濃度進(jìn)行主成分分析（PCA分析），結(jié)果見圖6。通過實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)水稻籽粒中的重金屬濃度之間有一定的關(guān)系，稻米中的Cd與Mn、Fe之間呈正相關(guān)。第一和第二主成分分別可以解釋變量變化的81.9%和18.1%，不同水稻品種之間的重金屬濃度分布差距較大。其中德粳1號(hào)的樣點(diǎn)主要分布在第二和第三象限，其富集Cd的能力較差，籽粒中Cd含量較低，同時(shí)其對(duì)Fe的吸收能力也較低。川優(yōu)6203的樣點(diǎn)主要分布在第一和第四象限，對(duì)Cd的富集能力也較低，但是對(duì)Fe的吸收能力卻遠(yuǎn)強(qiáng)于其他幾個(gè)水稻品種。說明雜交稻吸收營養(yǎng)元素的能力也強(qiáng)于粳稻。Y兩優(yōu)1號(hào)和湘晚秈12號(hào)的樣點(diǎn)分布則較為分散，四個(gè)象限均有分布。相比而言，四個(gè)水稻品種對(duì)Mn的吸收能力差距不大。水稻籽粒中重金屬Cd和Mn的相關(guān)性較好，但是與Fe的相關(guān)性一般。

通過水稻籽粒中的重金屬含量與環(huán)境因子之間的RDA分析可以看出（圖6），水稻籽粒中的Cd與莖稈中的Cd含量和施肥方式及鐵肥種類等相關(guān)性較好，同時(shí)與莖稈中的Fe含量呈顯著負(fù)相關(guān)，也受到鐵肥施用方式的影響。對(duì)施肥方式而言，噴施的效果要好于土施，這與我們前期的推測(cè)也相同。有可能是因?yàn)橥寥狼捌谔幱谘退疇顟B(tài)，土壤的Fe供應(yīng)量較為充足，因此土施效果不明顯，而后期土壤Fe有效性降低，土壤鐵供應(yīng)能力下降，因而葉面噴施的效果更為理想。同時(shí)FeSO4·7H2O的效果要好于EDDH-Fe，雜交稻的富集Cd能力要高于常規(guī)稻，粳稻的富集能力最低。

圖6 稻米中金屬元素與環(huán)境因子之間的PCA和RDA分析Figure 6 PCA and RDA analysis between the heavy metals in rice and environment factors

3 結(jié)論

（1）FeSO4·7H2O和EDDHA-Fe底肥土施及追肥噴施兩種方法均增加了四個(gè)水稻品種的產(chǎn)量，其中德粳1號(hào)增產(chǎn)幅度最大，平均增產(chǎn)率為12.39%，其次為川優(yōu)6203，平均增產(chǎn)率7.90%；Y兩優(yōu)1號(hào)平均增產(chǎn)率為5.72%；湘晚秈12號(hào)平均增產(chǎn)率為6.15%。不同時(shí)期噴施鐵肥，孕穗期增產(chǎn)量最大，其次是灌漿期處理，揚(yáng)花期處理與孕穗期、揚(yáng)花期、灌漿期3個(gè)時(shí)期分別噴施1次的處理增產(chǎn)量較接近。

（2）鐵肥施用對(duì)不同水稻品種稻米Cd含量影響顯著，EDDHA-Fe噴施處理顯著降低了4個(gè)水稻品種的稻米Cd含量，平均下降20.87%。不同水稻品種的稻米Cd含量差異較大，其平均含量排序?yàn)椋篩兩優(yōu)1號(hào)＞湘晚秈12號(hào)＞川優(yōu)6203＞德粳1號(hào)，4個(gè)水稻品種中只有德粳1號(hào)所有處理的稻米Cd含量達(dá)到國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)。施用鐵肥對(duì)秈型常規(guī)稻的Y兩優(yōu)1號(hào)降Cd作用最為明顯，對(duì)秈型雜交稻的作用其次，對(duì)粳稻作用不明顯。水稻施鐵肥噴施時(shí)間越晚，稻米中Cd含量越低，并且多次噴施鐵肥效果更好。

（3）試驗(yàn)中，水稻秸稈Fe含量與稻米Cd含量呈直線性負(fù)相關(guān)，水稻稻米Fe含量與稻米Cd含量呈極顯著二次函數(shù)關(guān)系，稻米Cd含量隨秸稈中Fe含量的增加先增加后下降，通過噴施鐵肥可以控制稻米Cd的轉(zhuǎn)移，降低稻米Cd含量。試驗(yàn)表明，通過合理施用鐵肥可以降低Cd輕度污染土壤中稻米Cd含量。