王月玲，濮陽(yáng)雪華，杜林峰，裴福云，吳勝春

（中節(jié)能鐵漢生態(tài)環(huán)境股份有限公司，廣東 深圳 518040）

隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染日趨嚴(yán)重。目前，重金屬污染呈現(xiàn)出由礦區(qū)向農(nóng)田轉(zhuǎn)移、由城郊向鄉(xiāng)村延伸的趨勢(shì)，同時(shí)出現(xiàn)了重金屬污染從水土鏈向食物鏈延伸的現(xiàn)象［1］。根據(jù)《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》，鎘作為重點(diǎn)監(jiān)控與污染物排放量控制的5種重金屬之一［2］，也是超標(biāo)率最高的重金屬污染物。水稻是我國(guó)的主要糧食作物，我國(guó)60%以上的人口以稻米為主食，而水稻產(chǎn)區(qū)主要分布于湖南、湖北、江西、四川、云南、廣西、廣東等省份，農(nóng)田土壤重金屬鎘超標(biāo)現(xiàn)象普遍［3］。鎘易在水稻中積累，可通過(guò)“土壤→稻米→人體”的途徑來(lái)危害人體健康。因此，關(guān)于稻米鎘污染控制方面的研究引起了各界的關(guān)注。

硅被國(guó)際土壤學(xué)術(shù)界列為繼氮、磷、鉀之后的第四大營(yíng)養(yǎng)元素，不僅對(duì)水稻有營(yíng)養(yǎng)功能，還能夠提高水稻的抗逆性［4-6］。研究表明，在重金屬脅迫下，硅能夠提高植物體內(nèi)過(guò)氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶和抗壞血酸過(guò)氧化物酶等保護(hù)性酶的活性，減少自由基和丙二醛的含量，提高植物對(duì)重金屬毒害的抗性［7-9］。納米級(jí)離子可直接通過(guò)植物表面氣孔進(jìn)入植物體內(nèi)，進(jìn)入植物體內(nèi)的納米硅大多沉積在細(xì)胞壁、細(xì)胞間隙和細(xì)胞導(dǎo)管內(nèi)［10］，由于其比表面積大和吸附能力強(qiáng)，可明顯抑制有害金屬離子跨膜進(jìn)入植物細(xì)胞內(nèi)［11］。納米材料的小分子效應(yīng)使肥料具有磁性，從而使植物更容易吸收養(yǎng)分。另外，在水稻體內(nèi)，硒對(duì)鎘具有一定的拮抗作用，適量的硒可以調(diào)節(jié)活性氧代謝，從而減輕重金屬脅迫對(duì)植物產(chǎn)生的氧化應(yīng)激反應(yīng)［12］，再加上硒對(duì)人體健康的重要性，通過(guò)施加硒肥既能提高水稻硒含量，又可以阻控稻米對(duì)鎘的積累的研究日漸增多［13-15］。以往的研究多以單獨(dú)的硅和硒為主［16-19］，且納米硅的原材料多為有機(jī)無(wú)機(jī)化合物［20-21］，以礦物質(zhì)為原料的研究較少。因此，本研究采用納米硅和硒結(jié)合的方式，通過(guò)盆栽試驗(yàn)探究含硅水稻專(zhuān)用肥和富硒納米硅葉面阻隔劑對(duì)湖南鎘污染農(nóng)田中水稻鎘含量以及水稻品質(zhì)的影響，以期為重金屬污染農(nóng)田的治理和有效利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)設(shè)在廣東省東莞市橋頭鎮(zhèn)試驗(yàn)基地進(jìn)行，供試土壤為長(zhǎng)沙市瀏陽(yáng)蕉溪鄉(xiāng)鎘污染土壤。土壤pH值為6.02±0.02，全鎘含量為（2.00±0.01）mg/kg，有效態(tài)鎘含量為（0.64±0.04）mg/kg。供試作物為水稻品種‘兩優(yōu)336’。試驗(yàn)中所用的常規(guī)肥為普通復(fù)混肥（N∶P∶K比例為15∶15∶15），供試水稻專(zhuān)用肥除了基本的氮磷鉀元素，還含有5%的納米膨潤(rùn)土，葉面阻隔劑的主要成分為納米硅藻土和硒，其中硒的含量為1%，硅的含量分別為1%、5%和20%，穩(wěn)定化藥劑的主要成分為生石灰、鐵粉、海泡石、生物炭。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，盆栽容器大小為：直徑25 cm、深度35 cm，無(wú)孔，每盆用土量為5 kg。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，葉面阻隔劑按硅的含量設(shè)1%、5%和20%這3個(gè)濃度梯度，硒含量均為1%。試驗(yàn)于2018年7月23日育苗，8月17日移栽，由于盆栽水稻分蘗數(shù)較少，每盆栽5株。各處理編號(hào)及對(duì)應(yīng)的施用量如表1所示。常規(guī)肥、水稻專(zhuān)用肥和穩(wěn)定化藥劑于8月10日添加，穩(wěn)定化藥劑處理同時(shí)添加常規(guī)肥，葉面阻隔劑分別于水稻分蘗期和抽穗前期噴施，11月12日收獲水稻。

表1 各處理編號(hào)及對(duì)應(yīng)的噴施用量

1.3 樣品采集與測(cè)定

植物樣品：于水稻成熟期收割、脫粒，測(cè)定水稻產(chǎn)量并采集籽粒、莖葉、根樣品，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)先后用自來(lái)水和去離子水洗凈。將樣品置于105 ℃烘箱內(nèi)殺青30 min，然后于65 ℃中烘干48 h。莖葉、根用萬(wàn)能粉碎機(jī)磨細(xì)，過(guò)0.25 mm的尼龍篩，籽粒脫殼成精米并粉碎。采用HNO3-HClO4聯(lián)合消煮（GB/T 5009.11—2003），原子吸收光譜法測(cè)定Cd含量。

土壤樣品：分別于水稻分蘗期、抽穗期和成熟期采集各處理土壤樣品，采樣量約0.2 kg，樣品采集后在室內(nèi)自然風(fēng)干，除去土壤中的石塊、植物根系和凋落物等，并研磨過(guò)20、100目尼龍篩，包裝登記后保存?zhèn)錅y(cè)。土壤pH值測(cè)定參照《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》［22］，全Cd含量經(jīng)HCl-HNO3-HF-HClO4消煮，采用原子吸收光譜法測(cè)定（GB/T 17138—1997），土壤有效態(tài)鎘用1 mol/L的醋酸銨浸提。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2013軟件整理數(shù)據(jù)并作圖，使用SPSS 18.0軟件進(jìn)行單因素方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量和分蘗數(shù)的影響

穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)重金屬污染農(nóng)田時(shí)，一個(gè)重要的問(wèn)題就是減產(chǎn)。從圖1可知，各處理均未出現(xiàn)減產(chǎn)現(xiàn)象，且C1、C2、C3、C4處理出現(xiàn)了不同程度的增產(chǎn)，較對(duì)照分別增加了7.68%、1.31%、8.05%、6.27%，但是均未達(dá)到顯著水平。同樣，各處理水稻分蘗數(shù)之間差異不顯著。說(shuō)明水稻專(zhuān)用肥和穩(wěn)定化藥劑不會(huì)降低水稻產(chǎn)量。

2.2 不同處理對(duì)土壤pH值的影響

圖2 為各處理水稻生長(zhǎng)過(guò)程中土壤pH值的變化情況，在整個(gè)水稻生長(zhǎng)期，土壤pH值呈下降趨勢(shì)。與試驗(yàn)開(kāi)始前相比，分蘗期土壤pH值顯著升高，一方面是由添加的肥料和穩(wěn)定化藥劑導(dǎo)致的；另一方面，淹水使稻田土壤與空氣隔絕，土壤中的氧氣因微生物代謝迅速減少，微生物分解土壤有機(jī)質(zhì)并釋放大量的電子和質(zhì)子，使硝態(tài)氮、鐵錳氧化物等氧化性物質(zhì)發(fā)生還原反應(yīng)，同時(shí)消耗大量質(zhì)子，導(dǎo)致酸堿度趨向中性［23］。水稻抽穗期，土壤pH值顯著降低，接近試驗(yàn)前的土壤pH值，這與土壤自身的緩沖性能有關(guān)。在水稻收獲期土壤pH值進(jìn)一步降低，其原因可能是水稻收獲前曬田導(dǎo)致土壤的氧化還原電位上升，以及土壤發(fā)生硝化反應(yīng)使其pH值降低［24］。Shaheen等［25］在沖積土上的周期性淹水試驗(yàn)結(jié)果也證明了這一結(jié)論。

2.3 不同處理對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的影響

在水稻生長(zhǎng)期，土壤有效態(tài)鎘含量呈上升趨勢(shì)，這與土壤pH值降低有關(guān)，土壤pH值降低可以改變土壤膠體顆粒表面的電荷性質(zhì)，減少土壤膠體表面吸附位點(diǎn)，不利于土壤膠體對(duì)鎘的吸附，同時(shí)，pH值降低會(huì)導(dǎo)致鎘的氫氧化物或碳酸鹽沉淀溶解，從而增加土壤鎘活性［15］。分蘗期，C1、C2、C3、C4、C5處理的土壤有效態(tài)鎘含量分別較對(duì)照降低了18.81%、20.34%、21.07%、18.74%、20.10%，達(dá) 到了顯著水平（P＜0.05）；抽穗期，C3、C5處理的土壤有效態(tài)鎘含量顯著降低了（P＜0.05），較對(duì)照分別降低了16.26%、21.56%；收獲期C1～C5的土壤有效態(tài)鎘含量較對(duì)照分別降低了16.37%、17.08%、14.49%、8.68%和22.56%，均達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。從整個(gè)試驗(yàn)期來(lái)看，C5處理對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的降低效果最好，這可能是由于穩(wěn)定化藥劑一方面提高了土壤pH值，使土壤溶液中氫氧根離子濃度增加，鎘離子與碳酸根離子、氫氧根離子等結(jié)合生成難溶的沉淀，另外，穩(wěn)定化藥劑的輸入也會(huì)引起陽(yáng)離子交換量的增加，對(duì)鎘的靜電吸附作用也越強(qiáng)，并且可直接與鎘離子發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，使其更多地被吸附在顆粒表面并留存在土壤中［26］。

2.4 不同處理對(duì)水稻各器官中鎘含量的影響

水稻對(duì)鎘具有較強(qiáng)的吸收與富集能力，從表2可以看出，施用水稻專(zhuān)用肥和穩(wěn)定化藥劑，稻米鎘含量均顯著降低（P＜0.05），C1～C5處理較對(duì)照分別下降了29.03%、37.10%、40.32%、51.61%、32.26%。施用水稻專(zhuān)用肥或穩(wěn)定化藥劑的同時(shí)噴施葉面阻隔劑降鎘效果會(huì)更好，這與譚駿等［27］的研究結(jié)果一致，且與葉面阻隔劑濃度呈正比。各處理均降低了水稻莖葉中鎘的含量，這與唐守寅等［28］的研究結(jié)果不一致，原因可能是其研究只對(duì)葉面噴施了阻隔劑，而本研究在葉面噴施阻隔劑的同時(shí)還根施了水稻專(zhuān)用肥與穩(wěn)定化藥劑，降低了水稻根對(duì)鎘的吸收，黃蕊等［29］的研究結(jié)果證實(shí)了這一結(jié)論。根既是直接與污染土壤接觸的部位，也是水稻體內(nèi)重金屬含量最高的部位，施用水稻專(zhuān)用肥后，根中鎘的含量有所降低，但是效果不顯著，而施用穩(wěn)定化藥劑后，根中鎘的含量下降了46.00%，達(dá)到了顯著水平（P＜0.05）。

表2 不同處理水稻各部位鎘含量 mg/kg

本研究中水稻專(zhuān)用肥、穩(wěn)定化藥劑和葉面阻隔劑均能降低稻米中鎘的含量，且水稻專(zhuān)用肥與20%的葉面阻隔劑配合施用效果最好。

2.5 不同處理對(duì)稻米中硒含量的影響

硒是人體內(nèi)必需的微量元素，也是重要的生命元素［30］。我國(guó)有70%的土壤缺硒，其中29%的土壤嚴(yán)重缺硒，72%的人口生活在貧硒環(huán)境中［31］，缺硒對(duì)人體健康有潛在的威脅。合理提高農(nóng)產(chǎn)品的硒含量是改善人類(lèi)硒營(yíng)養(yǎng)的根本途徑，而通過(guò)“土壤→植物→人體”的食物鏈獲取硒是目前最有效的補(bǔ)硒途徑。稻米是我國(guó)60%以上人口的主要糧食作物［3］。因此開(kāi)發(fā)富硒稻米，提高稻米硒含量具有重要意義。由圖4可知，噴施葉面阻隔劑顯著提高了稻米的硒含量（P＜0.05），與對(duì)照相比，C2、C3、C4、C5分別提高了11.28、10.46、7.18和9.66倍，使稻米硒含量達(dá)到富硒稻米的標(biāo)準(zhǔn)。

3 小結(jié)與討論

（1）施用穩(wěn)定化藥劑沒(méi)有造成水稻減產(chǎn)，施用水稻專(zhuān)用肥和葉面阻隔劑后出現(xiàn)了不同程度的增產(chǎn)，但是效果不顯著。

（2）水稻不同生育期的土壤pH值存在差異，總體來(lái)看，施用水稻專(zhuān)用肥對(duì)土壤pH值沒(méi)有影響，施用穩(wěn)定化藥劑提高了土壤pH值。

（3）穩(wěn)定化藥劑和水稻專(zhuān)用肥顯著降低了土壤有效態(tài)鎘的含量，水稻收獲后，C1～C5處理土壤有效態(tài)鎘含量較對(duì)照分別降低了16.37%、17.08%、14.49%、8.68%和22.56%。

（4）施用水稻專(zhuān)用肥和穩(wěn)定化藥劑顯著降低了水稻中鎘的含量，尤其是稻米中鎘的含量；噴施葉面阻隔劑后效果更加顯著，在試驗(yàn)選擇的濃度范圍內(nèi)，葉面阻隔劑濃度越高，稻米中鎘含量越低，噴施20%的葉面阻隔劑效果最好，稻米中鎘含量降低了51.61%。

（5）噴施葉面阻隔劑能夠顯著提高稻米中的硒含量，使其達(dá)到富硒稻米標(biāo)準(zhǔn)。