劉靜李筑江王萍代良羽付天嶺何騰兵1,周凱

(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽(yáng) 550025；2.貴州省農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)站，貴州 貴陽(yáng) 550001；3.貴州大學(xué)新農(nóng)村發(fā)展研究院，貴州 貴陽(yáng) 550025；4.開(kāi)陽(yáng)縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，貴州 開(kāi)陽(yáng) 550300)

葉面肥對(duì)作物重金屬吸收的調(diào)控主要表現(xiàn)在2個(gè)方面，調(diào)節(jié)作物生理代謝和增強(qiáng)耐重金屬能力。在植物體內(nèi)與重金屬發(fā)生反應(yīng)，阻止重金屬向細(xì)胞質(zhì)和籽粒等關(guān)鍵部位轉(zhuǎn)移[1]。葉面施用氨基酸可以提高植物的葉綠素、生物量等生理指標(biāo)，同時(shí)可以進(jìn)一步增加抗氧化酶活性，減少作物中各部位中鎘的累積[2]。葉面肥能降低鎘對(duì)水稻的氧化脅迫，增強(qiáng)水稻的抗氧化系統(tǒng)對(duì)超氧自由基的清除能力，從而降低細(xì)胞膜脂化水平[3]。鋅可以與鎘競(jìng)爭(zhēng)一個(gè)吸附位點(diǎn)，從而使得植物組織中的鎘區(qū)室化，增加了植物生物量與酶活性，從而拮抗植物對(duì)鎘的吸收。鐵的施用可以在植物根區(qū)產(chǎn)生鐵斑塊，抑制植物對(duì)鎘的吸收。適當(dāng)在水稻葉面上施用硒或硅可以降低轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較高的水稻根莖中的鎘含量[4]。在適宜的濃度范圍內(nèi)施加外源硒，可以降低番茄中鎘和鉛的含量，促進(jìn)番茄生長(zhǎng)發(fā)育，提高產(chǎn)量[5]。葉面施用納米硅可以抑制水稻中鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)，通過(guò)抑制鎘從根部到最上部以及從最上部到穗軸的轉(zhuǎn)運(yùn)，使得水稻中鎘大多集中于水稻的最上部節(jié)點(diǎn)。且有效促進(jìn)K、Mg、Fe從最上部至穗軸的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而降低鎘的生物富集風(fēng)險(xiǎn)[6]。葉面施用有機(jī)酸，可以在鎘脅迫下保護(hù)萵苣的光合器官，提高抗氧化酶活性，增強(qiáng)有益元素(如Fe、Zn、Mn)從根到莖的轉(zhuǎn)運(yùn)，從而抑制鎘的吸收[7]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)域平均海拔1100～1200m，森林覆蓋率45%；氣候溫和濕潤(rùn)，年平均氣溫10.5～12.6℃，常年平均降雨量為1250～1420mm；成土母質(zhì)為石灰?guī)r風(fēng)化物發(fā)育的黃壤，土壤類(lèi)型為水稻土。土壤基本理化性狀詳見(jiàn)表1，受試土壤為粉砂質(zhì)壤土。土壤鎘元素含量為0.83mg·kg-1、稻米鎘元素含量為0.37mg·kg-1。

表1 受試土壤基本理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)材料

葉面肥：1號(hào)采用自行配制的硅肥(Y1)。制備時(shí)將1.14mL原硅酸四乙酯與超純水按1.14∶1.1的比例混合后，緩慢加入22mL乙醇及0.5mL鹽酸，在室溫下攪拌2h后，將溶液加熱至46℃攪拌6h，然后用去離子水將所得溶液稀釋至1L，得濃度為2.5mmoL的硅溶液；2號(hào)采用自行配制的鋅-賴(lài)氨酸混合材料(Y2)。制備時(shí)將1moL賴(lài)氨酸、1moL七水合硫酸鋅溶入超純水中，調(diào)節(jié)pH至4.5，加熱至80℃持續(xù)攪拌，風(fēng)干后得乳白色固體；3號(hào)采用自行配制的鐵-賴(lài)氨酸混合材料(Y3)。制備時(shí)將1moL賴(lài)氨酸、1moL七水合硫酸亞鐵溶入超純水中，調(diào)節(jié)pH至4.5，加熱至80℃持續(xù)攪拌，風(fēng)干后得暗金色粉狀晶體；4號(hào)是市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)的硒肥(Y4)。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3.1 小區(qū)設(shè)置

葉面肥設(shè)置5個(gè)處理，即CK、Y1、Y2、Y3、Y4，3次重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)面積均為20m2。均采取完全隨機(jī)排列。

1.3.2 小區(qū)試驗(yàn)

葉面肥分別在分蘗期、抽穗期、灌漿期進(jìn)行噴施。施用時(shí)，取Y1硅溶液400mL，加6mL吐溫-20，定容至6L，每個(gè)小區(qū)施2L，平均噴施4.44L·667m-2；取Y2鋅-賴(lài)氨酸固體600mg，加6mL吐溫-20，稀釋到6L，每個(gè)小區(qū)施2L，平均噴施6.67g·667m-2；取Y3鐵-賴(lài)氨酸固體201mg，加6mL吐溫-20，稀釋到6L，每個(gè)小區(qū)施2L，平均噴施2.23g·667m-2。Y4號(hào)葉面肥按照使用說(shuō)明取90mL，加4.5mL吐溫-20，定容至4.5L，每個(gè)小區(qū)施1.5L，噴施3個(gè)小區(qū)，平均噴施1L。秧苗移栽前后田間按照統(tǒng)一管理方式進(jìn)行管理。

1.4 樣品采制測(cè)定過(guò)程

水稻收獲前1～3d，采用5點(diǎn)取樣法采集土壤、植株樣品。每個(gè)分樣點(diǎn)采集離土壤最近的整株稻穗，每個(gè)處理小區(qū)采集5株稻穗，裝入網(wǎng)袋中保存。同時(shí)對(duì)應(yīng)水稻點(diǎn)位采集土壤樣品2.5kg。采集的水稻植株樣品帶回實(shí)驗(yàn)室風(fēng)干后將水稻籽粒分離出來(lái)，70℃烘干至恒重，用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎。土壤樣品風(fēng)干后磨碎，分別過(guò)2mm、0.15mm尼龍篩，裝入塑料袋備用。土壤、稻米樣品均檢測(cè)鎘、汞、砷、鉛、鉻含量，鎘、鉛、鉻采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定，汞、砷采用原子熒光法進(jìn)行測(cè)定，土壤pH用pH計(jì)測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)處理參考《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》(NY/T395-2012)[8]中的實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果數(shù)據(jù)處理方法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 23.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤pH值及水稻產(chǎn)量分析

Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)土壤pH值分別是6.38、6.28、6.32、6.38，相比噴施葉面肥前的土壤pH值6.51變化不大，差異不顯著。Y3、Y4葉面肥降低水稻產(chǎn)量，減產(chǎn)率分別為13.3%、3.62%，Y3減產(chǎn)率超過(guò)了《耕地污染治理效果評(píng)估準(zhǔn)則》(NY/T 3343-2018)[9]中規(guī)定的“治理區(qū)域農(nóng)產(chǎn)品單位產(chǎn)量與治理前同等條件對(duì)照相比減產(chǎn)幅度應(yīng)小于或等于10%”。Y1、Y2葉面肥增加水稻產(chǎn)量，分別增產(chǎn)4.82%、10.8%。

2.2 對(duì)稻米重金屬含量的影響

2.2.1 對(duì)鎘的影響

如表2所示，對(duì)照CK中土壤Cd平均含量是0.792mg·kg-1，對(duì)秧苗噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)土壤中Cd平均含量分別是0.747mg·kg-1、0.779mg·kg-1、0.803mg·kg-1、0.747mg·kg-1，均高于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值中鎘元素限量值(0.4mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。對(duì)照CK稻米鎘含量是0.439mg·kg-1。對(duì)秧苗噴施4種葉面肥后，對(duì)應(yīng)稻米Cd含量分別是0.488mg·kg-1、0.199mg·kg-1(略低于食品中Cd元素限量值0.2mg·kg-1[10])、0.489mg·kg-1、0.212mg·kg-1。Y1提高稻米Cd含量，Y2顯著降低稻米Cd含量，Y3提高稻米Cd含量，Y4顯著降低稻米Cd含量。4種葉面肥中，Y2、Y4能顯著降低稻米Cd含量。

表2 不同葉面肥對(duì)土壤和稻米降鎘率的影響

2.2.2 對(duì)汞的影響

如表3所示，對(duì)照CK中土壤Hg含量平均值為0.169mg·kg-1，噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)土壤中Hg平均含量分別是0.197mg·kg-1、0.166mg·kg-1、0.143mg·kg-1、0.173mg·kg-1，均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值中汞元素限量值(0.5mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。對(duì)照CK稻米Hg含量平均值為0.0023mg·kg-1。噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)稻米Hg含量分別為0.0023mg·kg-1、0.0027mg·kg-1、0.0023mg·kg-1、0.0027mg·kg-1，均低于食品中Hg元素限量值(0.02mg·kg-1)。Y2、Y4提高稻米Hg含量，Y1、Y3對(duì)稻米Hg含量幾乎無(wú)影響。進(jìn)一步分析可知，4種葉面肥中，Y2、Y4提高稻米Hg含量；Y1、Y3對(duì)稻米Hg含量幾乎無(wú)影響。

表3 不同葉面肥對(duì)土壤和稻米降汞率的影響

2.2.3 對(duì)砷的影響

如表4所示，對(duì)照CK中土壤As平均含量是10.1mg·kg-1，對(duì)秧苗噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)土壤中As平均含量分別是7.70mg·kg-1、6.33mg·kg-1、9.47mg·kg-1、7.51mg·kg-1，均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值中砷元素限量值(30mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。對(duì)照CK稻米As含量是0.124mg·kg-1。噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)稻米As含量分別是0.110mg·kg-1、0.100mg·kg-1、0.083mg·kg-1、0.116mg·kg-1，均低于食品中As元素限量值(0.5mg·kg-1)。4種葉面肥均能降低稻米As含量，分別降低11.3%、19.4%、33.1%、6.45%，其中Y3差異顯著。從稻米As含量影響來(lái)看，Y3效果較好，其次是Y2，最后是Y3、Y4。進(jìn)一步分析可知，Y1、Y2、Y34種葉面肥均能降低稻米As含量。

表4 不同葉面肥對(duì)土壤和稻米降砷率的影響

2.2.4 對(duì)鉛的影響

如表5所示，對(duì)照CK中土壤Pb平均含量是65.7mg·kg-1，對(duì)秧苗噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)土壤中Pb含量平均值分別是65.1mg·kg-1、71.1mg·kg-1、77.4mg·kg-1、65.3mg·kg-1，均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值中鉛元素限量值(100mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。對(duì)照CK中稻米Pb平均含量是0.016mg·kg-1。對(duì)秧苗噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)稻米Pb含量分別是0.008mg·kg-1、0.008mg·kg-1、0.015mg·kg-1、0.006mg·kg-1，均低于食品中Pb元素限量值。稻米中Pb含量均有所下降，分別降低50%、50%、6.25%、62.5%。Y1、Y2、Y4顯著降低稻米Pb含量，Y3差異不顯著。

表5 不同葉面肥對(duì)土壤及稻米降鉛率的影響

2.2.5 對(duì)鉻的影響

如表6所示，對(duì)照CK對(duì)應(yīng)土壤Cr平均含量是65.2mg·kg-1，對(duì)秧苗噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)土壤中Cr平均含量分別是65.0mg·kg-1、70.2mg·kg-1、65.1mg·kg-1、67.8mg·kg-1，均低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值中鉻元素限量值(250mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。對(duì)照CK稻米Cr含量是0.196mg·kg-1。對(duì)秧苗噴施4種葉面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4對(duì)應(yīng)稻米Cr含量分別是0.184mg·kg-1、0.207mg·kg-1、0.215mg·kg-1、0.200mg·kg-1，均低于食品中Cr元素限量值。4種葉面肥對(duì)稻米Cr含量影響不同，Y1降低稻米Cr含量，降低6.12%；Y2、Y3、Y4提高稻米Cr含量，分別提高5.61%、9.69%、2.04%，差異不顯著。

表6 不同葉面肥對(duì)土壤及稻米降鉻率的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

4種葉面肥對(duì)土壤酸堿度無(wú)影響。Y2對(duì)應(yīng)水稻每667m2產(chǎn)量比空白小區(qū)產(chǎn)量降低13.3%，其余3種葉面肥對(duì)水稻產(chǎn)量影響不大。Y2降低稻米鎘含量，使稻米鎘含量降低54.7%。有研究表明，鋅是植物生長(zhǎng)的必需微量元素，在植物體內(nèi)與鎘表現(xiàn)為拮抗作用，能有效抑制根系對(duì)鎘的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，且鋅與鎘競(jìng)爭(zhēng)水稻細(xì)胞膜表面的吸收位點(diǎn)，當(dāng)鋅的吸收量增加時(shí)，鎘的吸收量就會(huì)減少[11,12]。此外，鋅與鎘在植物體內(nèi)利用相同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白運(yùn)輸，當(dāng)植物體內(nèi)鋅含量增加時(shí)，與鎘競(jìng)爭(zhēng)此類(lèi)轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白上的重金屬結(jié)合位點(diǎn)，最終將導(dǎo)致植物體內(nèi)的鎘含量減少[1]。鋅肥的施用在增加水稻產(chǎn)量的同時(shí)，降低了稻米中的鎘含量[13,14]。Y1與Y3均提高稻米鎘含量。結(jié)果表明，Y2、Y4能降低稻米鎘含量，Y2能將稻米鎘含量降低到限量值范圍之內(nèi)，Y2是本試驗(yàn)中最佳的葉面肥。4種葉面肥對(duì)其余重金屬元素影響不大，稻米中4種重金屬元素均在標(biāo)準(zhǔn)限值范圍之內(nèi)。

3.2 討論

本文中的試驗(yàn)措施存在很多不確定因素，均是小區(qū)試驗(yàn)，同一塊田分隔的小區(qū)，小區(qū)與小區(qū)之間存在土壤重金屬檢測(cè)值波動(dòng)較大問(wèn)題，田間誤差較大，干擾因素較多，數(shù)據(jù)波動(dòng)較大。建議在以后的研究中設(shè)定特定條件或者開(kāi)展盆栽試驗(yàn)，針對(duì)性研究存在爭(zhēng)議地方的問(wèn)題，找到切實(shí)可行的措施減少水稻對(duì)重金屬元素的吸收，并結(jié)合水稻的生理抗性機(jī)理和解毒機(jī)制進(jìn)行綜合調(diào)控，以解決目前農(nóng)產(chǎn)品安全問(wèn)題。