楊發(fā)文 黃衡亮 宋福如 肖 平 乜雪雷王章偉 熊雙蓮 涂書新

(1華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢 430070;2河北硅谷農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河北 邯鄲 057151;3湖北省公安縣農(nóng)業(yè)局農(nóng)科所,湖北 荊州 434300;4河北省永年區(qū)農(nóng)牧局,河北 邯鄲 057151;5湖北省恩施州鶴峰縣農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護(hù)站,湖北 恩施 445800;6主要糧食作物產(chǎn)業(yè)化湖北省協(xié)同創(chuàng)新中心,湖北 荊州 434045)

《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出,我國耕地土壤污染超標(biāo)率達(dá)到19.4%,其中主要是重金屬污染,鎘的點(diǎn)位超標(biāo)率為7.0%,是超標(biāo)點(diǎn)位最多的無機(jī)污染物[1],耕地鎘污染情況嚴(yán)峻。水稻(Oryza sativaL.)是我國第一大糧食作物,根據(jù)《國家統(tǒng)計(jì)局關(guān)于2016 年糧食產(chǎn)量的公告》,我國常年水稻平均種植面積0.3 億hm2,生產(chǎn)稻谷2.1 億t[2],65.0%以上的人口以稻米為主食,然而全國市售稻米鎘超標(biāo)率達(dá)10.3%[3],稻米鎘污染已成為迫切需要解決的科學(xué)問題和社會問題。

近年,許多學(xué)者開展了防控稻米鎘污染的技術(shù)研究,在農(nóng)藝措施、工程修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)方面都取得一些成果[4]。目前水稻鎘污染防控技術(shù)主要有兩方面:一是通過增加土壤環(huán)境對鎘吸附、沉淀、絡(luò)合的能力,降低鎘的生物有效性;二是通過離子拮抗作用,在水稻根或葉面施一定量的鐵、錳、鋅、硒、硅等,阻控水稻對鎘的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)[5-7]。這些技術(shù)雖然行之有效,但存在施用量大、專一性不強(qiáng)、效果不穩(wěn)定、成本高等問題,限制了其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用。

硅是土壤的基本成分,也是水稻重要的有益營養(yǎng)元素之一。研究發(fā)現(xiàn),硅既可以鈍化土壤重金屬[8],又可以拮抗植物對重金屬的吸收[9]。硅的充足供應(yīng)能增強(qiáng)水稻抗病害和抗倒伏能力、提高產(chǎn)量[10]。有機(jī)硅改性復(fù)合肥將肥料和土壤重金屬鈍化劑、土壤調(diào)理劑相結(jié)合,既能保證養(yǎng)分供給,又能夠防控鎘污染,實(shí)現(xiàn)科學(xué)施肥與重金屬污染防控相結(jié)合,益于保障耕地土壤環(huán)境質(zhì)量和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全,是農(nóng)田土壤重金屬污染防治的新模式新方向?；诖?本試驗(yàn)通過小區(qū)試驗(yàn)和大面積示范試驗(yàn)對有機(jī)硅改性復(fù)合肥料防控水稻鎘污染開展研究,旨在明確其對稻米鎘含量的防控效果及其初步機(jī)制,為水稻鎘污染防控提供理論依據(jù)和新方向。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況與供試材料

本試驗(yàn)為田間試驗(yàn),試驗(yàn)時間是2017 年5-9 月的水稻生長季節(jié)。小區(qū)試驗(yàn)在湖北省公安縣進(jìn)行,大面積示范試驗(yàn)分別在湖北省公安縣、武漢市江夏區(qū)和湖北省沙洋縣進(jìn)行。公安縣試驗(yàn)土壤為棕紅壤水稻土,基本理化性質(zhì)為土壤pH 值5.4、有機(jī)質(zhì)2.8%、堿解氮134.9 mg·kg-1、速效磷5.6 mg·kg-1、速效鉀82.5 mg·kg-1、全鎘含量0.3 mg·kg-1;江夏區(qū)試驗(yàn)土壤為棕紅壤水稻土,土壤pH 值5.1、土壤全鎘0.5 mg·kg-1;沙洋縣試驗(yàn)土壤為黃泥水稻土,土壤pH 值5.5、土壤全鎘含量0.6 mg·kg-1。水稻為中稻,供試稻種為當(dāng)?shù)爻Ｓ闷贩N晶兩優(yōu)534,由當(dāng)?shù)胤N子零售商提供。

供試有機(jī)硅添加復(fù)合肥A、B 型[氮磷鉀比為18∶18∶18,以下稱有機(jī)硅改性復(fù)合肥A(OSiA)和有機(jī)硅改性復(fù)合肥B(OSiB)],由河北硅谷農(nóng)業(yè)科學(xué)院生產(chǎn)提供。有機(jī)硅改性復(fù)合肥含有機(jī)硅及氮磷鉀等多種植物所需的營養(yǎng)成分,是一種完全水溶,并具有一定緩釋性能的復(fù)合肥[11]。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 小區(qū)試驗(yàn) 小區(qū)試驗(yàn)在湖北省公安縣進(jìn)行,試驗(yàn)共設(shè)置6 個處理,每個處理3 次重復(fù):

1)CK:不施肥;

2)CF1:普通復(fù)合肥(氮磷鉀比為27∶10∶14)(農(nóng)戶習(xí)慣用肥),基肥用量750 kg·hm-2,分蘗期追肥用量375 kg·hm-2;

3)OSiA1:有機(jī)硅改性復(fù)合肥A(氮磷鉀比為18∶18∶18),基肥用量750 kg·hm-2,分蘗期追肥用量375 kg·hm-2;

4)OSiA2:有機(jī)硅改性復(fù)合肥A(氮磷鉀比為18∶18∶18),基肥用量1 125 kg·hm-2,分蘗期追肥用量375 kg·hm-2;

5)OSiB1:有機(jī)硅改性復(fù)合肥B(氮磷鉀比為18∶18∶18),基肥用量750 kg·hm-2,分蘗期追肥用量375 kg·hm-2;

6)OSiB2:有機(jī)硅改性復(fù)合肥B(氮磷鉀比為18∶18∶18),基肥用量1 125 kg·hm-2,分蘗期追肥用量375 kg·hm-2。

試驗(yàn)小區(qū)面積6 m×4 m=24 m2。小區(qū)間修筑田埂,用農(nóng)膜覆蓋,區(qū)組間有水溝隔離?；试谡貢r一起施入,立即旋耕與耕層土壤混勻,灌水養(yǎng)護(hù)一周后進(jìn)行插秧,分蘗初期進(jìn)行追肥。除處理不同外,田間管理均保持一致。

1.2.2 大面積示范試驗(yàn) 大面積示范試驗(yàn)分別在湖北省公安縣、江夏區(qū)和沙洋縣進(jìn)行,比較不同有機(jī)硅肥(A 型和B 型)防控鎘污染的效果。每個處理選擇52 m×52 m(四畝左右)的田塊進(jìn)行試驗(yàn),田間管理統(tǒng)一進(jìn)行,于成熟期取稻谷樣品測定鎘含量,考察降鎘效果,每個處理3 次重復(fù)。試驗(yàn)處理如下:

式中：u(k)，y(k)——系統(tǒng)在k時刻的輸入與輸出；nu，ny——系統(tǒng)的階數(shù)；f(…)——非線性函數(shù)。

1)CF2:普通復(fù)合肥(氮磷鉀比為27∶10∶14)(農(nóng)戶習(xí)慣用肥),基肥用量750 kg·hm-2,分蘗期追肥用量375 kg·hm-2;

2)OSiA2:有機(jī)硅改性復(fù)合肥A(氮磷鉀比為18∶18∶18),基肥用量1 125 kg·hm-2,分蘗期追肥用量375 kg·hm-2;

3)OSiB2:有機(jī)硅改性復(fù)合肥B(氮磷鉀比為18∶18∶18),基肥用量1 125 kg·hm-2,分蘗期追肥用量375 kg·hm-2。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

于水稻分蘗期和成熟期取植物樣品和土壤樣品。分蘗期取的植物樣品分為地上部和地下部,成熟期取的植物樣品分為莖葉、稻米和稻殼。植物樣品先用自來水洗凈,再用去離子水淋洗,于105℃殺青30 min,60℃烘干,測定干重,磨細(xì),用于測定各部位的養(yǎng)分和鎘含量。土壤樣品風(fēng)干后,去除雜質(zhì),過20 目和100目篩備用,測定土壤pH 值、基本理化性質(zhì)、鎘含量、有效鎘含量和鎘形態(tài)。

土壤pH 值采用電極法測定,土水比為1∶2.5;土壤有機(jī)質(zhì)含量采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法測定;土壤堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定;土壤有效磷用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提,鉬銻抗比色法測定;土壤速效鉀用NH4OAC 浸提,火焰光度法測定[12]。

土壤全鎘含量采用HNO3-HCl-HClO4法消解,石墨爐原子吸收分光光度法(Agilent AA240Z,安捷倫科技有限公司,美國)測定;土壤鎘形態(tài)采用改進(jìn)BCR(European Community Bureau of Reference)法測定[13]。土壤有效態(tài)鎘含量采用TCLP(toxicity characteristic leaching procedure)法測定[14];水稻鎘含量參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測定》(GB 5009.15-2014)[15],采用HNO3- HClO4濕式消解—石墨爐原子吸收分光光度法測定。

水稻植物氮、磷、鉀含量測定采用H2SO4-H2O2消解進(jìn)行樣品前處理,氮、磷含量采用流動注射分析儀(AA3,SEAL Analytical,德國)測定,鉀含量采用火焰光度法測定;水稻植物鐵、錳、鋅含量測定采用HNO3-HClO4消解,火焰原子吸收分光光譜法(Agilent AA240FS,安捷倫科技有限公司,美國)測定[12]。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

2 結(jié)果與分析

2.1 有機(jī)硅改性復(fù)合肥對稻株鎘含量的影響

圖1 不同肥料及施用水平對稻株鎘含量的影響(小區(qū)試驗(yàn))Fig.1 Effect of fertilizers and application levels on cadmium content of rice shoot and root(plot experiment)

小區(qū)試驗(yàn)表明,有機(jī)硅改性復(fù)合肥顯著(P＜0.05)降低莖葉和根部鎘含量(圖1)。與CK 和CF1 相比,分蘗期莖葉和根部鎘含量分別下降57.0%～64.1%和8.0%～65.4%;與CK 相比,成熟期莖葉鎘含量也下降30.1%～74.3%。有機(jī)硅改性復(fù)合肥降低了分蘗期水稻根部鎘含量,其中以B 型肥料降低效果最為顯著。A 型肥料降低分蘗期水稻根部鎘含量24.0%～44.2%,B 型肥降低分蘗期水稻根部鎘含量54.2%～65.4%。

2.2 有機(jī)硅改性復(fù)合肥對稻米鎘含量的降低效果

在小區(qū)試驗(yàn)中,有機(jī)硅改性復(fù)合肥能夠顯著降低稻米鎘含量。由圖2 可知,施有機(jī)硅改性復(fù)合肥的4個處理的稻米鎘含量在0.021 ～0.038 mg·kg-1之間,較CK 下降了65.3%～81.1%,較CF1 下降了52.2%～73.0%,且均達(dá)到顯著水平。兩種肥料在低用量(基肥用量750 kg·hm-2)條件下稻米鎘含量無顯著差異,但高施用量(基肥用量1 125 kg·hm-2)時,A 型肥料降鎘效果比B 型肥料好。

圖2 不同肥料及施用水平對稻米鎘含量的影響(小區(qū)試驗(yàn))Fig.2 Effect of different fertilizers and application levels on cadmium content of rice(plot experiment)

圖3 3 種肥料對稻米鎘含量的影響(大田示范試驗(yàn))Fig.3 Effect of three fertilizers on cadmium content of rice(field demonstration experiment)

為考察有機(jī)硅肥改性復(fù)合肥料在不同污染水平和不同生態(tài)條件下的施用效果,分別在荊州市公安縣、武漢市江夏區(qū)和荊門市沙洋縣開展水稻重金屬污染防控大面積示范試驗(yàn)(圖3)。結(jié)果表明,與CF2 相比,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥后,荊州市公安縣試驗(yàn)的稻米鎘含量下降55.6%～86.0%,武漢市江夏區(qū)試驗(yàn)的稻米鎘含量下降44.2%～80.5%,湖北省沙洋縣試驗(yàn)的稻米鎘含量下降45.4%～83.1%。對各示范試驗(yàn)點(diǎn)的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行顯著性分析發(fā)現(xiàn),施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥與普通復(fù)合肥相比稻米中鎘含量下降程度均達(dá)到顯著水平。除在湖北省沙洋縣試驗(yàn)的OSiB2 外,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥的處理稻米鎘含量均達(dá)到國家衛(wèi)生限制標(biāo)準(zhǔn)(Cd≤0.2 mg·kg-1)[15]。進(jìn)一步分析表明,有機(jī)硅改性復(fù)合肥有顯著降低稻米鎘污染的效果,荊州市公安縣和湖北省沙洋縣示范點(diǎn)A 型肥料降鎘效果優(yōu)于B 型肥料,但在武漢市江夏區(qū)示范點(diǎn)B 型肥料優(yōu)于A 型肥料。

2.3 有機(jī)硅改性復(fù)合肥對水稻產(chǎn)量的影響

為考察有機(jī)硅改性復(fù)合肥對水稻產(chǎn)量的影響,在成熟期測定了小區(qū)試驗(yàn)的稻谷產(chǎn)量(圖4)。結(jié)果表明,本試驗(yàn)條件下,有機(jī)硅改性復(fù)合肥較CK 增產(chǎn)26.2%～36.1%,較CF1 增產(chǎn)12.1%～20.0%。各處理產(chǎn)量順序?yàn)镺SiB2＞OSiA1＞OSiB1＞OSiA2＞CF1＞CK。

圖4 施用不同肥料對水稻產(chǎn)量的影響(小區(qū)試驗(yàn))Fig.4 Effect of different fertilizers on rice yield(plot experiment)

2.4 有機(jī)硅改性復(fù)合肥對水稻養(yǎng)分吸收的影響

小區(qū)試驗(yàn)中,在水稻成熟期測定了稻米和莖葉中營養(yǎng)元素氮、磷、鉀、鐵、錳、鋅的含量(表1、表2)。與CK 相比,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥提高了稻米中氮、鉀的含量,提高了莖葉中氮、磷、鉀、鐵的含量。

與CF1 相比,有機(jī)硅改性復(fù)合肥促進(jìn)稻米鉀、鋅,水稻莖葉中氮、磷、鉀、鐵的吸收。本試驗(yàn)普通肥(氮磷鉀比為27∶10∶14)施用氮的量高于有機(jī)硅改性復(fù)合肥(氮磷鉀比為18∶18∶18),但水稻莖葉中氮含量低于有機(jī)硅改性復(fù)合肥。表明相比普通肥料,有機(jī)硅改性復(fù)合肥能改善水稻對土壤中養(yǎng)分(氮、磷、鉀、鐵)的吸收利用率,增強(qiáng)水稻鉀、鋅向稻株的再分配和積累的作用。水稻莖葉中錳元素含量下降,可能是由于錳與鎘具有相同的離子運(yùn)轉(zhuǎn)通道。

表1 不同肥料和施用水平對稻米養(yǎng)分元素含量的影響Table 1 Effect of fertilizers and application levels on the content of nutrient elements in grain

表2 不同肥料和施用水平對水稻莖葉養(yǎng)分元素含量的影響Table 2 Effect of fertilizers and application levels on the content of nutrient elements in shoot

2.5 有機(jī)硅改性復(fù)合肥對土壤pH、鎘有效性和形態(tài)的影響

2.5.1 對土壤pH 的影響 在水稻分蘗期,測定了小區(qū)試驗(yàn)和荊州市公安縣一地大面積示范試驗(yàn)土壤的pH 值(圖5)。結(jié)果表明,與CK 相比,有機(jī)硅改性復(fù)合肥處理土壤pH 值升高了0.06 ～0.47,CF1 土壤pH值變化不大;與CF1 相比,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥土壤pH 值升高了0.08～0.48。荊州市公安縣一地大面積示范試驗(yàn)的結(jié)果表明,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥土壤pH 值較CF2 升高了0.19～0.28,其中OSiA 處理組pH值增加最多。

圖5 施用不同肥料對水稻土壤pH 值的影響Fig.5 Effect of different fertilizers on the pH value of paddy soil

2.5.2 對土壤有效鎘含量的影響 由圖6 可知,在小區(qū)試驗(yàn)中,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥后土壤有效鎘含量較CK 下降6.1%～26.0%;與CF1 相比,除OSiB2 外,其他處理下降1.9%～14.3%,其中OSiB1 土壤有效鎘含量降低最多。

荊州市公安縣一地大面積示范試驗(yàn)的土壤有效鎘含量測定結(jié)果與小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果類似,與CF2 相比,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥后土壤有效鎘含量下降6.5%～10.9%。由此可見,有機(jī)硅改性復(fù)合肥能降低土壤有效鎘含量。

圖6 施用不同肥料對水稻土壤有效鎘含量的影響Fig.6 Effect of different fertilizers on effective cadmium content in paddy soil

2.5.3 對土壤鎘形態(tài)的影響 進(jìn)一步分析不同處理下土壤中鎘的形態(tài),以明確不同肥料對土壤鎘形態(tài)轉(zhuǎn)化的影響及其降低鎘吸收的機(jī)制。由圖7 可知,小區(qū)試驗(yàn)普通肥料對水稻土壤鎘的形態(tài)影響不大,而施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥后,與CK 和CF1 相比,交換態(tài)鎘含量下降1.2% ～22.3%,還原態(tài)鎘含量增加6.1% ～43.0%,氧化態(tài)鎘含量下降6.8%～35.0%,殘?jiān)鼞B(tài)含量增加2.2%～60.0%。表明施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥促進(jìn)了土壤有效態(tài)鎘向無效態(tài)鎘的轉(zhuǎn)化,從而降低了水稻對鎘的吸收。

圖7 施用不同肥料對水稻土壤鎘形態(tài)的影響Fig.7 Effect of different fertilizers on cadmium forms in rice soil

荊州市公安縣一地大面積示范試驗(yàn)的土壤鎘形態(tài)分級結(jié)果表明,與CF2 相比,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥,交換態(tài)鎘含量下降了8.6%～9.2%,而還原態(tài)鎘含量增加了9.0%,氧化態(tài)鎘含量增加了0.8%～3.0%,殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量基本無變化。上述結(jié)果表明,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥后,代表土壤活性鎘的交換態(tài)鎘顯著下降,而代表緩效態(tài)或者無效態(tài)鎘的還原態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量增加,說明施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥能降低土壤鎘的生物有效性。

3 討論

研究表明,重金屬鎘可以借助錳轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入水稻中,最終在水稻可食部分積累[16-18]。本試驗(yàn)在大田環(huán)境下,通過施用不同有機(jī)硅改性復(fù)合肥,探究保障稻米產(chǎn)量與安全質(zhì)量同時兼顧的土壤修復(fù)技術(shù)措施。經(jīng)過對稻株和稻米鎘含量測定分析發(fā)現(xiàn),小區(qū)試驗(yàn)中,與CK 相比,有機(jī)硅改性復(fù)合肥能夠降低成熟期稻株鎘含量24.0%～74.3%,降低稻米鎘含量65.3%～81.1%。大量研究表明,施硅肥能夠顯著減低稻米鎘含量[18-20]。黃崇玲等[10]研究表明,葉面單獨(dú)噴施有機(jī)硅能夠降低稻米鎘含量62.2%;王世華[21]和沙樂樂[5]研究表明,葉面噴施有機(jī)硅活性劑能顯著降低水稻對鎘的吸收。但國內(nèi)外少有對水稻施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥治理鎘污染的研究報(bào)道,關(guān)于有機(jī)硅降鎘的機(jī)制也鮮見報(bào)道。本研究中,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥能夠提高土壤pH 值。pH 值的升高可能導(dǎo)致土壤可變負(fù)電荷加強(qiáng)對鎘離子的吸附固定,從而降低水稻對鎘的吸收[22-25]。本研究還發(fā)現(xiàn),土壤氧化態(tài)鎘含量和交換態(tài)鎘含量降低,而土壤還原態(tài)鎘含量和殘?jiān)鼞B(tài)鎘含量增加,表明土壤有效態(tài)鎘含量下降。此外,有機(jī)硅改性復(fù)合肥進(jìn)入土壤環(huán)境后,在微生物作用下發(fā)生分解釋放硅離子,從而抑制鎘轉(zhuǎn)運(yùn)和吸收相關(guān)基因的表達(dá),促進(jìn)硅吸收相關(guān)基因(OsLsi1)表達(dá)[26-28];硅能夠降低根部細(xì)胞壁的孔徑率,阻止鎘進(jìn)入根部細(xì)胞或者木質(zhì)部,根部細(xì)胞壁中的硅能與半纖維素結(jié)合形成復(fù)合物,使細(xì)胞壁帶更多負(fù)電荷進(jìn)而與鎘共沉淀,阻礙鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)[29];硅結(jié)合蛋白誘導(dǎo)硅在內(nèi)皮層、纖維層細(xì)胞附近沉積,阻礙鎘的質(zhì)外體運(yùn)輸[30];硅也能夠緩解水稻毒害,增強(qiáng)抗氧化酶活性清除超氧自由基[28]。因此,有機(jī)硅改性復(fù)合肥能有效防控水稻鎘污染。有機(jī)硅改性復(fù)合肥降低水稻對鎘的吸收積累,源于降低土壤中鎘的生物有效性和增強(qiáng)鎘-硅間的拮抗作用。

本研究結(jié)果表明,有機(jī)硅改性復(fù)合肥的施用能促進(jìn)水稻對氮、磷、鉀、鐵的吸收。李爽[31]和丁王梅[32]研究表明,硅肥能夠促進(jìn)土壤中氮、磷、鉀養(yǎng)分活化釋放,增加有效養(yǎng)分含量,益于農(nóng)作物的吸收利用,這可能與本試驗(yàn)水稻莖葉中氮、磷、鉀含量增加相關(guān)。

本研究中有機(jī)硅改性肥料增加了水稻對鐵的吸收,降低了莖葉中錳含量,劉帥等[33]研究結(jié)果與此類似,施硅不同程度增加鎘脅迫下菜心地上部鐵、鋅含量,降低錳含量,但本研究中水稻莖葉中鋅沒有明顯變化趨勢。Lux 等[34]研究表明鎘和錳同一通道運(yùn)輸,硅的吸收降低了轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá),使水稻地上部錳含量降低,此結(jié)果與本試驗(yàn)一致。但王世華[21]和Guntzer等[35]發(fā)現(xiàn)硅對鐵、錳、鋅均有抑制作用,這可能是由于硅能提升微量元素在根系共質(zhì)體的再分配,維持鎘脅迫下的微量元素平衡。

此外,本研究中稻米鉀、鐵、鋅、錳均有不同程度增加,張亞建等[36]的研究結(jié)果與此相似,硅能促進(jìn)鐵和鋅向蘋果果肉轉(zhuǎn)運(yùn),但稻米中鉀、錳含量也有所增加。稻米中鉀含量的增加可能與有機(jī)硅改性復(fù)合肥中鉀肥含量高有關(guān)。

Sun 等[37]研究表明,施用硅可增加水稻對稻瘟病的抗性;Lou 等[38]發(fā)現(xiàn)硅能促進(jìn)水稻光合作用,延長葉片光合功能持續(xù)時間,促進(jìn)碳水化合物的合成;Lavinsky 等[39]研究表明,硅促進(jìn)水稻成穗率、結(jié)實(shí)率、千粒重、硅吸收相關(guān)基因(Lsi6)表達(dá)。本研究中,有機(jī)硅改性復(fù)合肥使水稻增產(chǎn)12.1%～20.0%,其增產(chǎn)原因可能是由于有機(jī)硅改性復(fù)合肥的施用緩解了根系中鎘的脅迫,促進(jìn)了對養(yǎng)分吸收,增強(qiáng)了水稻對病害的抵御能力和光合作用等。

綜上所述,有機(jī)硅改性復(fù)合肥防控水稻鎘污染效果好,功效多,實(shí)現(xiàn)了施肥與重金屬污染防控的完美結(jié)合,可以作為新的土壤治理技術(shù)和模式。但后續(xù)研究應(yīng)對有機(jī)硅的類型和作用機(jī)理以及對土壤微生物多樣性的影響等進(jìn)行更加深入的探討和系統(tǒng)的研究。此外,有機(jī)硅進(jìn)入土壤中其分解速率、硅的釋放量及其作用機(jī)制也需要進(jìn)一步深入研究。

4 結(jié)論

小區(qū)試驗(yàn)和大面積示范試驗(yàn)的結(jié)果表明,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥顯著降低成熟期水稻莖葉中鎘的含量,顯著降低稻米鎘含量。其機(jī)理主要是提高土壤pH值,促進(jìn)土壤與重金屬鎘發(fā)生吸附、沉淀、絡(luò)合等反應(yīng),從而降低鎘的生物有效性和遷移性。與普通肥料相比,施用有機(jī)硅改性復(fù)合肥提高水稻莖葉中氮、磷、鉀、鐵的含量,提高肥料的利用率和營養(yǎng)元素的再分配,從而提高水稻產(chǎn)量。