文典 ，江棋 ，鄧騰灝博 ，趙沛華 ，杜瑞英 *

1. 廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品公共監(jiān)測(cè)中心，廣東 廣州 510640；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)室（廣州），廣東 廣州 510640；3. 廣東省農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510640

近些年來(lái)，由于嚴(yán)重的工業(yè)污染、化肥不合理使用等多種原因，土壤重金屬污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重，重金屬污染日益突出，已成為限制我國(guó)糧食安全生產(chǎn)的重要因素之一（曾希柏等，2013；《全國(guó)首次土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，2014）。研究表明，土壤中的重金屬可以通過(guò)農(nóng)產(chǎn)品的富集而進(jìn)入食物鏈，長(zhǎng)期攝入重金屬將會(huì)對(duì)人體的皮膚、骨骼、神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)臟器官等造成不同程度的危害（Castelli et al.，2005；Li et al.，2006；Liu et al.，2006；Rubio et al.，2006；Huang et al.，2009）?！吨袊?guó)居民膳食指南（2016）》指出食物多樣、谷類為主是平衡膳食模式的重要特征，保證谷類每天攝入50—100 g。水稻是中國(guó)的主要農(nóng)作物，由于水稻的特性及其種植方式容易吸收、富集環(huán)境中重金屬，這對(duì)保證稻米質(zhì)量安全造成較大的威脅。隨著居民生活水平的不斷提升，社會(huì)公眾對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的消費(fèi)需求正在由吃得飽向吃得好、吃得放心、吃得健康方向轉(zhuǎn)變。因此，保障水稻生產(chǎn)質(zhì)量安全和品質(zhì)營(yíng)養(yǎng)有著同等重要的意義。

目前，對(duì)市售各類重金屬污染修復(fù)調(diào)理劑效果的關(guān)注和評(píng)價(jià)主要集中在對(duì)農(nóng)作物可食部位重金屬含量降低的能力，關(guān)于調(diào)理劑對(duì)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的影響方面的研究相對(duì)較少（文炯等，2019）。蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、礦物質(zhì)元素含量等是稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的重要指標(biāo)，其含量直接關(guān)乎到人體營(yíng)養(yǎng)的有效供給水平（王義等，2020）。本研究采用大田試驗(yàn)方法，通過(guò)比較研究4種不同類型商用土壤重金屬調(diào)理劑對(duì)早、晚稻吸鎘能力及品質(zhì)影響的差異，為鎘污染稻田安全修復(fù)生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地點(diǎn)位于粵北地區(qū)北江流域某農(nóng)田，土壤的基本理化性質(zhì)：pH值為 5.65，有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀、總鎘含量分別為25.47 g·kg-1、1.30 g·kg-1、14.98 mg·kg-1、92.86 mg·kg-1、0.80 mg·kg-1，土壤中的鎘含量高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值（GB 15618—2018），為該區(qū)域的主要污染物。選取4種商用調(diào)理劑（主要成分見(jiàn)表1）開(kāi)展大田試驗(yàn)。設(shè)對(duì)照組和處理組共5個(gè)處理，調(diào)理劑的使用量均為3 t·hm-2，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為20 m2（2.5 m×8 m）。插秧一周前施用調(diào)理劑。為防止各處理間互相影響，對(duì)每個(gè)小區(qū)的田埂進(jìn)行增高加固并外包塑料薄膜將每個(gè)小區(qū)隔開(kāi)，各處理采用隨機(jī)排列。水稻品種為粵農(nóng)絲苗。為比較季節(jié)對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響，于 2019年種植早晚兩季，分別于4月初插秧，7月中旬收割，8月初插秧，11月除收割。早、晚水稻生長(zhǎng)過(guò)程中的日常管理，如施肥、噴灑農(nóng)藥等按當(dāng)?shù)仄胀ǜ鞣绞竭M(jìn)行，確保試驗(yàn)小區(qū)條件一致。

表1 土壤調(diào)理劑主要成分Table 1 Main components of soil amendments

1.2 樣品處理與分析檢測(cè)

水稻收獲期用五點(diǎn)法采集土壤樣品，自然晾干、混勻后分別過(guò)孔徑為0.85、0.15 mm篩，保存待測(cè)。水稻進(jìn)入蠟熟期后采用對(duì)角線法進(jìn)行采樣，每份樣品重約1 kg，置于尼龍網(wǎng)袋中帶回實(shí)驗(yàn)室，樣品置于烘箱中 60 ℃烘干至恒定質(zhì)量，混勻后用四分法取適量稻米經(jīng)微型碾米機(jī)去殼，再經(jīng)過(guò)粉碎機(jī)磨成米粉，裝袋保存待測(cè)。

稻米中無(wú)機(jī)元素的含量采用硝酸-高氯酸消解；土壤中元素的含量定參照 GB/T 17141—1997和NY/T 1121.12—2006的方法前處理，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定。稻米中蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量分別采用 GB 500935—2016和 GB 15683—2008方法測(cè)定。

應(yīng)用Excel和SPSS軟件對(duì)土壤和稻米的各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤調(diào)理劑對(duì)稻米產(chǎn)量的影響

施用土壤調(diào)理劑后早稻產(chǎn)量增幅在4%—6%之間，晚稻增幅在2%—3%之間。但與對(duì)照比較，各處理對(duì)產(chǎn)量影響均無(wú)顯著性差異（P＞0.05），結(jié)果詳見(jiàn)表2。

表2 不同土壤調(diào)理劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響Table 2 Effect of different amendments on yield of rice

2.2 土壤調(diào)理劑對(duì)稻米中Cd含量的影響

試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示，不同土壤調(diào)理劑均降低了稻米鎘含量。與對(duì)照比較各土壤調(diào)理劑可以明顯降低早稻稻米中 Cd的含量（P＜0.05），稻米的鎘含量降低31%—48%，但處理間無(wú)顯著差異。而且土壤調(diào)理劑早稻降鎘效果明顯好于晚稻。

圖1 不同調(diào)理劑對(duì)稻米鎘含量的影響Fig. 1 Effect of different amendments on Cd content in rice

2.3 土壤調(diào)理劑對(duì)稻米品質(zhì)的影響

2.3.1 土壤調(diào)理劑對(duì)稻米中直鏈淀粉含量的影響

施用土壤調(diào)理劑后對(duì)稻米中直鏈淀粉含量的變化如圖2所示。施用土壤調(diào)理劑后稻米中直鏈淀粉含量有不同程度的增加，晚稻效果更加明顯，增幅在7.5%—10.6%之間，但與對(duì)照相比均無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

圖2 調(diào)理劑對(duì)稻米直鏈淀粉含量的影響Fig. 2 Effect of amendments on amylose content of rice

2.3.2 土壤調(diào)理劑對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量的影響

施用土壤調(diào)理劑后對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量的變化如圖3所示，各處理稻米蛋白質(zhì)含量均有提高，晚稻稻米中蛋白質(zhì)含量整體高于早稻。與對(duì)照相比，早稻稻米中蛋白質(zhì)提高率在6.6%—10.8%之間，調(diào)理劑 C處理的稻米蛋白質(zhì)含量顯著高于對(duì)照（P＜0.05）。總體上，各種調(diào)理劑在一定程度上提高早、晚稻稻米的蛋白質(zhì)含量，有益于改善稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。

圖3 調(diào)理劑對(duì)稻米蛋白質(zhì)含量的影響Fig. 3 Effect of amendments on protein content of rice

2.3.3 不同土壤調(diào)理劑對(duì)稻米礦物質(zhì)元素的影響

土壤調(diào)理劑對(duì)早、晚稻稻米中各種礦物質(zhì)元素含量的變化如表3所示。早稻稻米中各礦質(zhì)元素含量均高于對(duì)照處理，如調(diào)理劑B對(duì)稻米中Mg、Fe、Mn提高能力最好，調(diào)理劑C對(duì)稻米中Ca、Cu提高能力高于其他調(diào)理劑。與對(duì)照相比，各種調(diào)理劑處理對(duì)早稻稻米中礦質(zhì)元素含量影響大于晚稻，對(duì)提高早稻Ca、Mg、Mn含量的效果要明顯優(yōu)于晚稻。

表3 土壤調(diào)理劑對(duì)稻米中礦物質(zhì)元素含量的影響Table 3 Effect of amendments on mineral elements content in rice mg·kg-1

2.3.4 稻米中Cd與礦物質(zhì)元素含量的相關(guān)性分析

為進(jìn)一步探討稻米中礦物質(zhì)元素與稻米中鎘含量的關(guān)系，對(duì)其進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果表4所示，稻米中6種礦物質(zhì)元素Ca、Mg、Cu、Zn、Fe、Mn均與稻米中Cd含量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系，并達(dá)到顯著或極顯著水平，說(shuō)明提高稻米中礦物質(zhì)元素含量能有效抑制鎘向稻米中轉(zhuǎn)移。

表4 稻米中鎘與稻米中礦物質(zhì)元素的相關(guān)分析Table 4 Correlation between rice cadmium content and other variables

3 討論

施用土壤改良劑能一定程度上改善土壤環(huán)境，有利于土壤養(yǎng)分的活化，進(jìn)而促進(jìn)水稻增產(chǎn)。本研究中，從水稻產(chǎn)量上分析，施用A、B、C、D 4種土壤調(diào)理劑均能一定程度上提高水稻產(chǎn)量，一方面可能是這4種土壤調(diào)理劑含有鈣、鎂、硅、鉀等元素，施加到土壤中經(jīng)過(guò)一定反應(yīng)后釋放到土壤溶液中，可對(duì)水稻生長(zhǎng)起到一定促進(jìn)作用（鄭涵等，2018；文炯等，2019），另一方面可能是這4種調(diào)理劑降低了土壤中重金屬鎘的活性，緩解了鎘對(duì)水稻毒害作用，從而有利于水稻增產(chǎn)（周婭等，2018）。影響作物吸收重金屬的因素較多，包括土壤pH值、離子間相互作用以及土壤中重金屬有效態(tài)含量等（謝運(yùn)河等，2014），本研究中，與對(duì)照比施用調(diào)理劑后土壤pH值增加0.2—0.6個(gè)單位，各養(yǎng)分指標(biāo)無(wú)明顯變化，各調(diào)理劑在早稻季的降鎘效果明顯優(yōu)于晚稻季，這可能與調(diào)理劑本身的穩(wěn)定性及田間環(huán)境等綜合因素的影響有關(guān)。

稻米中直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量是影響稻米營(yíng)養(yǎng)與食味品質(zhì)的重要指標(biāo)。一定范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量有助于提高稻米食味值（楊文祥等，2006；陳能等，1997）。本研究發(fā)現(xiàn)，各處理下早、晚稻稻米含量分別在 15.6%—17.6%與 17.4%—19.2%之間，在優(yōu)質(zhì)稻谷直鏈淀粉含量規(guī)定的14.0%—20.0%。施用調(diào)理劑一定程度上提高了早晚稻米直鏈淀粉含量，說(shuō)明施用調(diào)理劑略增加了米飯彈性和硬度，但對(duì)米飯口感并未造成較大影響。本研究中，施用 4種調(diào)理劑均提高了早、晚稻稻米中蛋白質(zhì)含量，分別提高2.9%—10.8%與0.5%—5.7%，說(shuō)明調(diào)理劑處理在一定程度上提高稻米營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的同時(shí)也可能提高其食味品質(zhì)。

礦物質(zhì)元素鈣、鎂、銅、鋅、鐵、錳既是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的營(yíng)養(yǎng)元素，也是與人體健康息息相關(guān)的必需營(yíng)養(yǎng)元素。因此，適當(dāng)提高食物中礦物質(zhì)元素的含量對(duì)人體保障人體健康十分必要。目前，對(duì)稻米中礦物質(zhì)元素的分析已有相關(guān)研究，周崇松等（2003）對(duì)川稻中的4種礦物質(zhì)元素銅、鋅、鐵、錳進(jìn)行了研究分析，表明稻米中的4種礦物質(zhì)元素與土壤環(huán)境呈一定正相關(guān)關(guān)系。本研究中，各土壤調(diào)理劑處理均一定程度上提高了稻米中6種礦物質(zhì)元素鈣、鎂、銅、鋅、鐵、錳含量，這可能是施用土壤調(diào)理劑改善了水稻生長(zhǎng)的微環(huán)境，使得土壤中這些元素的有效性得到提高，促進(jìn)了水稻對(duì)它們的吸收積累。結(jié)合本試驗(yàn)各調(diào)理劑對(duì)土壤質(zhì)量、水稻品質(zhì)綜合效果來(lái)看，不能只關(guān)注調(diào)理劑的降鎘效果，希望今后以多指標(biāo)來(lái)客觀、合理評(píng)估調(diào)理劑的田間實(shí)際應(yīng)用效果。

4 結(jié)論

（1）土壤調(diào)理劑可以增加水稻產(chǎn)量，增幅在2%—6%之間，使稻米的鎘含量降低18%—48%，調(diào)理劑的增產(chǎn)控Cd效果早稻均優(yōu)于晚稻；

（2）4種調(diào)理劑處理下早、晚稻稻米中直鏈淀粉含量均無(wú)明顯變化，含量為15.6%—19.2%之間，均處于國(guó)家優(yōu)質(zhì)米直鏈淀粉含量14%—20%之間；

（3）施用A、B、C、D調(diào)理劑，早晚稻稻米蛋白質(zhì)較對(duì)照均增加，其中早稻稻米蛋白質(zhì)顯著增加，增幅分別為7.4%、7.4%、10.8%、6.9%；

（4）施用調(diào)理劑可以增加稻米礦物質(zhì)元素鈣、鎂、銅、鋅、鐵、錳在水稻中的積累。其中C調(diào)理劑對(duì)提高早稻稻米鈣、銅、鋅元素含量效果最好，較對(duì)照分別提高45.7%、28.7%、36.0%；B對(duì)提高早稻稻米鎂、鐵、錳元素含量效果最好，較對(duì)照分別提高42.8%、52.9%、30.9%，且也對(duì)提高晚稻稻米鐵元素效果最好，較對(duì)照提高33.3%；A對(duì)提高晚稻鈣、鎂、鋅、錳元素效果最好，較對(duì)照分別提高 20.3%、36.3%、10.3%、11.3%；D調(diào)理劑對(duì)提高晚稻稻米銅元素含量效果最好，較對(duì)照提高11.4%。