潘榮慶，何卿姮，韋昌江，黃智剛

（廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院/廣西農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530004）

0 引言

【研究意義】土壤污染是當(dāng)前我國(guó)乃至世界共同存在的環(huán)境污染問(wèn)題，由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，人類的擾動(dòng)破壞了土地原本的生態(tài)平衡，導(dǎo)致環(huán)境質(zhì)量惡化[1]。通過(guò)頒布《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，國(guó)家明確規(guī)定了在2020年和2035年被污染耕地安全利用率至少達(dá)90%和95%[2]。2014年，全國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量公報(bào)顯示，我國(guó)有19.4%的耕地土壤受到Cd、Pb、As、Cr、Hg等潛在有毒重金屬污染[3]。水稻是廣西主要的糧食作物，目前廣西耕地土壤重金屬污染嚴(yán)重，而且是多種重金屬?gòu)?fù)合污染[4-5]。重金屬污染土壤上水稻重金屬含量狀況不容忽視，自治區(qū)政府對(duì)水稻田土壤重金屬污染問(wèn)題高度重視[4]。因此，開(kāi)展水稻重金屬低積累技術(shù)及重金屬污染水稻田修復(fù)研究，對(duì)實(shí)現(xiàn)重金屬污染水稻田安全利用和糧食安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。【前人研究進(jìn)展】目前，減少重金屬向水稻遷移和累積主要有兩種方法，一是通過(guò)向土壤施用鈍化劑使土壤重金屬鈍化或者葉面施用阻控劑來(lái)減少重金屬向水稻遷移；另一種是篩選出適宜在當(dāng)?shù)胤N植的重金屬低積累水稻品種來(lái)減少水稻體內(nèi)的重金屬含量[6-7]。有研究表明[8]，不同水稻品種基因型不同，對(duì)As、Zn、Cd等重金屬元素的富集能力存在明顯差異。不同水稻品種對(duì)Pb、Hg 的耐性和富集能力存在顯著的基因型差異[9]，通過(guò)不同品種水稻對(duì)重金屬富集的差異，可以篩選出適應(yīng)于在中低重金屬污染稻田種植的低累積型水稻品種[10]。文典等[7]通過(guò)重金屬低積累水稻品種篩選和化學(xué)修復(fù)手段結(jié)合的農(nóng)田安全利用技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，采用化學(xué)鈍化劑聯(lián)合低累積水稻品種對(duì)減少稻米Cd含量效果顯著，降低率40%～70%。水稻對(duì)土壤主要重金屬鎘、鉛、銅、鋅的富集規(guī)律研究發(fā)現(xiàn)，糙米對(duì)鎘的富集系數(shù)最高，但影響糙米對(duì)鎘富集的因素較為復(fù)雜，鉛從土壤到糙米的遷移能力逐漸降低[11]。施用阻控劑可以有效降低水稻籽粒中的重金屬含量[12-13]。學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)水稻葉面噴施硅肥和硒肥可以顯著降低稻米中Cd含量[13]，有研究發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)施硒肥可有效降低稻米中Pb、Cd、Cr、Hg等重金屬含量，提高籽粒營(yíng)養(yǎng)成分，施用適量葉面肥可以有效降低水稻體內(nèi)重金屬的含量，但不同水稻品種施用葉面肥對(duì)水稻積累重金屬的影響有所不同[14-16]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前關(guān)于不同水稻品種對(duì)重金屬遷移和積累的差異，主要是以研究篩選水稻Cd低累積品種為主，而對(duì)于As、Pb、Cr低累積水稻品種的報(bào)道較少[14,16]，而事實(shí)上土壤環(huán)境中重金屬的污染常是多種重金屬的復(fù)合污染[17-18]。且目前關(guān)于水稻品種篩選和葉面肥組合處理對(duì)多個(gè)重金屬的影響報(bào)道較少[14,16]?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究在廣西德?？h某重金屬污染水稻田進(jìn)行，選用10個(gè)廣西主要種植的水稻品種，以及含有硒元素、硅元素的兩種葉面肥，通過(guò)大田試驗(yàn)分析水稻糙米Cd、As、Pb、Cr等4種重金屬的影響，了解不同水稻品種對(duì)重金屬Cd、As、Pb、Cr的累積情況，施用葉面肥對(duì)水稻糙米累積重金屬的影響，為安全利用重金屬污染稻田區(qū)域提供研究基礎(chǔ)，為水稻糧食安全生產(chǎn)提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究在廣西德保縣某重金屬污染水稻田進(jìn)行。試驗(yàn)選用10個(gè)（表1）廣西廣泛種植的晚稻品種，每個(gè)品種設(shè)置施用含硒葉面肥（Se）（處理A）、含硅葉面肥（Si）（處理 B）及 CK等 3個(gè)處理，完全隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)，一共30個(gè)處理，120個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為20 m2。2020年7月25日播種前施用復(fù)合肥做基肥[每個(gè)小區(qū)施用6 kg，（N+P2O5+K2O）≥48%，質(zhì)量比為N:P2O5:K2O=26:10:12]。2020年8月3日，進(jìn)行人工移植。2020年9月21日，原液稀釋100倍后采用人工噴灑的方式噴灑葉面肥，10月4日，按照第一次的濃度進(jìn)行第二次噴灑。德保試驗(yàn)田土壤pH為7.66，總鎘含量為2.33 mg·kg-1，總砷含量為 10.86 mg·kg-1，總鉻含量為 0.35 mg·kg-1，鉛含量為67.32 mg·kg-1。硒肥主要成分為有機(jī)硒（有機(jī)硒≥85 g·L-1），其余組分為水不溶物（≤10 g·L-1）、Na（≤10 g·L-1）；硅肥主要成分為有機(jī)硅（有機(jī)硅≥120 g·L-1），其余組分為 N、P2O5、K2O，（N+P2O5+K2O）≥170 g·L-1。 兩 種 阻 控 劑 Cd含 量 均 ＜ 10 mg·kg-1， Hg 含 量 均 ＜ 5 mg·kg-1， As含 量 均 ＜ 10 mg·kg-1， Pb 含 量 均 ＜ 10 mg·kg-1， Cr含 量 均 ＜ 50 mg·kg-1。

表1 供試水稻品種Table 1 Rice varieties under study

1.2 采樣方法與樣品分析

2020年11 月在水稻進(jìn)入收獲期后，每個(gè)小區(qū)采用五點(diǎn)法混合采樣5株水稻樣品，先用離子水沖洗干凈，在水稻自然風(fēng)干后，脫殼成糙米。所有植物樣品粉碎后用自封袋保存。在采集植物樣品的同時(shí)，每個(gè)小組采集一個(gè)土壤混合樣品，樣品自然風(fēng)干后，研磨過(guò)100目篩裝入自封備用。所有樣品交由廣西西大檢測(cè)有限公司檢測(cè)重金屬總含量（As為無(wú)機(jī)砷）（對(duì)于未檢出的數(shù)據(jù)均采用檢出限值0.001 mg·kg-1表示，樣品中僅重金屬Pb存在未檢出）。重金屬的富集按下列公式計(jì)算：

富集系數(shù)（BCF）=m1/m2

式中，m1為植株重金屬含量（mg·kg-1）；m2為土壤重金屬含量（mg·kg-1）。

1.3 數(shù)據(jù)分析

運(yùn)用 IMB SPSS 19.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，通過(guò)Duncan法進(jìn)行顯著差異性分析（重金屬Cr、Pb部分通過(guò)Duncan法和最小顯著性差異LSR法兩種分析方法結(jié)合進(jìn)行顯著性分析）。通過(guò)Microsoft Office Excel 2016 進(jìn)行圖的制作。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同品種水稻糙米重金屬含量

圖1（a）所示，10個(gè)品種水稻糙米Cd含量在0.135 0～0.252 0 mg·kg-1，均值為 0.181 2 mg·kg-1，水稻糙米Cd含量最低的品種是桂育12，含量最高的品種是野香優(yōu)明月絲苗，其中凱豐優(yōu)158、又香優(yōu)雅絲苗、野香優(yōu)明月絲苗3個(gè)品種水稻糙米Cd含量顯著高于其他品種。10個(gè)品種水稻中，共有3個(gè)水稻品種 Cd含量超過(guò) GB/T 5009.15-2014（≤0.2 mg·kg-1）。圖1（b）所示，10個(gè)品種水稻糙米As含量在0.200 0～0.395 0 mg·kg-1，均值為 0.264 3 mg·kg-1，水稻糙米 As含量最低的品種是裕豐優(yōu)158，含量最高的品種是又香優(yōu)雅絲苗，其中桂育12、又香優(yōu)雅絲苗兩個(gè)品種水稻糙米As含量顯著高于凱豐優(yōu)158、裕豐優(yōu)158、荃香優(yōu)822。10個(gè)品種水稻中，共有9個(gè)水稻品種As含量超過(guò) GB/T 5009.11—2014（≤0.2 mg·kg-1）。圖1（c）所示，10個(gè)品種水稻糙米Pb含量在0.001 0～0.026 8 mg·kg-1，均值為 0.003 6 mg·kg-1，10 個(gè)品種水稻中，僅有華浙優(yōu)1號(hào)檢測(cè)出Pb含量，且10個(gè)水稻品種Pb 含量遠(yuǎn)低于 GB/T 5009.12—2014（≤0.2 mg·kg-1）。圖1（d）所示，10個(gè)品種水稻糙米Cr含量在0.004 6～0.052 1 mg·kg-1，均值為 0.018 5 mg·kg-1，水稻糙米 Cr含量最低的品種是荃香優(yōu)822，含量最高的品種是又香優(yōu)龍絲苗，又香優(yōu)龍絲苗水稻糙米Cr含量顯著高于桂育12、華浙優(yōu)1號(hào)、68優(yōu)金占、Y兩優(yōu)143、荃香優(yōu)822等5個(gè)品種。10個(gè)品種糙米Cr含量均遠(yuǎn)低于 GB/T 5009.123—2014（≤1.0 mg·kg-1）。

2.2 不同葉面肥處理對(duì)水稻糙米重金屬含量的影響

表2 所示，經(jīng)過(guò)葉面肥處理后，10個(gè)品種水稻糙米Cd含量均低于對(duì)照組，糙米Cd含量均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求 GB/T 5009.15—2014（≤0.2 mg·kg-1）。噴灑硒肥（Se）和噴灑硅肥（Si）后，10個(gè)品種水稻糙米 Cd含量均值分別為 0.100 0 mg·kg-1和 0.101 0 mg·kg-1，含量均顯著低于對(duì)照組 Cd含量 0.181 2 mg·kg-1，除華浙優(yōu)1號(hào)和y兩優(yōu)143兩個(gè)品種外，其他品種噴灑硒肥（Se）和噴灑硅肥（Si）后糙米Cd含量均顯著低于其對(duì)照處理。由表3 所示，噴灑硒肥（Se）后，10個(gè)品種水稻糙米As含量在0.190 0～0.285 0 mg·kg-1，平均值為0.219 5 mg·kg-1，顯著低于對(duì)照處理0.264 3 mg·kg-1，相較于對(duì)照處理含量降低了17.1%，其中除裕豐優(yōu)158外，其他水稻品種糙米As含量均低于對(duì)照處理，且桂育12糙米As含量顯著低于其對(duì)照處理；噴灑硒肥（Se）后，僅野香優(yōu)明月絲苗、荃香優(yōu)822、凱豐優(yōu)158、Y兩優(yōu)143等4個(gè)品種糙米As含量低于GB/T 5009.11—2014（≤0.2 mg·kg-1）。噴灑硅肥（Si）后，10個(gè)品種水稻糙米 As含量在 0.142 5～0.265 0 mg·kg-1，平均值為 0.185 0 mg·kg-1，顯著低于對(duì)照處理 0.264 3 mg·kg-1，相較于對(duì)照處理含量降低了30.0%，10個(gè)品種水稻糙米As含量均低于對(duì)照組，且桂育12和68優(yōu)金占糙米As含量顯著低于對(duì)照處理。噴灑硅肥（Si）后，除又香優(yōu)雅絲苗外，其他9個(gè)品種糙米As含量均低于GB/T 5009.11—2014（≤0.2 mg·kg-1）。表4所示，經(jīng)過(guò)葉面肥處理后，10個(gè)品種水稻糙米中僅有噴灑硅肥（Si）處理中，品種桂育12檢測(cè)出Pb含量，且相較于對(duì)照處理 0.001 mg·kg-1（檢出線）升高了1 580%，但與對(duì)照相比差異不顯著。施用硒葉面肥（Se）（處理A）、施用硅葉面肥（Si）（處理B）及CK等3個(gè)處理，10個(gè)水稻品種Pb含量均遠(yuǎn)低于 GB/T 5009.12—2014（≤0.2 mg·kg-1）。如表5所示，10個(gè)品種噴施葉面肥后糙米Cr含量相較于對(duì)照處理有明顯差異，但差異不顯著。噴灑硒肥（Se）后，10個(gè)品種水稻糙米 Cr含量在 0.007 6～0.074 1 mg·kg-1，平均值為 0.025 7 mg·kg-1，相較于對(duì)照處理0.018 5 mg·kg-1含量增加了39.1%，但差異不顯著。噴灑硅肥（Si）后，10個(gè)品種水稻糙米Cr含量在0.003 9～0.036 1 mg·kg-1，平均值為0.018 3 mg·kg-1，相較于對(duì)照處理 0.018 5 mg·kg-1，含量降低了1.2%。施用硒葉面肥（Se）（處理 A）、施用硅葉面肥（Si）（處理B）及CK等3個(gè)處理，10個(gè)水稻品種Cr含量均遠(yuǎn)低于GB/T 5009.123—2014（≤1.0 mg·kg-1）。

表2 不同處理水稻糙米Cd含量Table 2 Cd content of brown rice under treatments

表3 不同處理水稻糙米As含量Table 3 As content of brown rice from different treatment groups

表4 不同處理水稻糙米Pb含量Table 4 Pb content of brown rice from different treatment groups

表5 不同處理水稻糙米Cr含量Table 5 Cr content of brown rice from different treatment groups

2.3 不同處理對(duì)水稻糙米重金屬富集的影響

如表6所示，10個(gè)品種水稻中，水稻糙米Cd、As、Pb、Cr的平均富集系數(shù)分別為0.088 4、0.019 5、0.000 12、0.000 3，水稻糙米對(duì)Cd的富集系數(shù)明顯高于As、Pb、Cr，水稻糙米對(duì)As的富集系數(shù)明顯高于Pb、Cr兩種重金屬，水稻糙米對(duì)Cr的富集系數(shù)高于Pb。

表6 不同品種水稻糙米重金屬的富集系數(shù)Table 6 Enrichment coefficients on heavy metals in brown rice of different varieties

如表7所示，經(jīng)過(guò)葉面肥處理后水稻糙米Pb、Cr的富集系數(shù)差異不顯著。硒肥（Se）、硅肥（Si）2個(gè)處理水稻糙米Cd的富集系數(shù)分別為0.044 6、0.044 4，較于對(duì)照組（CK）處理Cd的富集系數(shù)分別降低了47.2%和47.4%，差異顯著。硒肥（Se）、硅肥（Si）處理水稻糙米As的富集系數(shù)分別為0.018 6、0.015 8，較于對(duì)照組（CK）處理As的富集系數(shù)分別降低了4.6%和19.0%，施用硅肥（Si）水稻糙米As的富集系數(shù)顯著低于其他處理。

表7 不同處理對(duì)水稻糙米重金屬富集系數(shù)的影響Table 7 Enrichment coefficients on heavy metals in brown rice from different treatment groups

3 討論

研究表明，不同水稻品種糙米對(duì)重金屬As、Cd、Cr、Pb的積累不同，不同水稻品種對(duì)As、Cd、Cr、Pb的吸收富集能力也存在差異[19-21]。本研究發(fā)現(xiàn)10個(gè)品種水稻糙米對(duì)As、Cd、Cr、Pb的吸收存在較大差異，凱豐優(yōu)158、又香優(yōu)雅絲苗、野香優(yōu)明月絲苗3個(gè)品種水稻糙米Cd含量明顯高于其他品種，且3個(gè)品種Cd含量均超過(guò)GB/T 5009.15—2014（≤0.2 mg·kg-1）。10個(gè)水稻品種中，裕豐優(yōu)158的As含量低于其他品種，且僅裕豐優(yōu)158糙米As含量低于 GB/T 5009.11—2014（≤0.2 mg·kg-1）。另外研究發(fā)現(xiàn)10個(gè)品種水稻中，僅有華浙優(yōu)1號(hào)檢測(cè)出Pb含量，10個(gè)品種水稻糙米Cr含量雖有差異，但最高值 0.052 1 mg·kg-1遠(yuǎn)低于 GB/T 5009.123—2014（≤1.0 mg·kg-1），僅為標(biāo)準(zhǔn)要求≤1.0 mg·kg-1的5.21%，可能是由于當(dāng)?shù)貧夂蚣巴寥酪蛩赜绊懀?0個(gè)品種糙米對(duì)Pb和Cr的累積均不高，具體原因有待進(jìn)一步探究。

陳慧茹等[14,22]在研究土壤Cd、Cr、Pb元素向水稻的遷移特征時(shí)發(fā)現(xiàn)，Cd元素在水稻植株中的富集能力最強(qiáng)，其次分別是Cr和Pb。這與本次研究結(jié)果一致。10個(gè)品種水稻中，糙米對(duì)Cd的富集系數(shù)均明顯高于As、Pb、Cr，水稻糙米對(duì)As的富集系數(shù)明顯高于Pb、Cr兩種重金屬，水稻糙米對(duì)Cr的富集系數(shù)高于Pb。As、Cd、Cr、Pb在水稻糙米中的富集能力為 Cd＞As＞Cr＞Pb。

相關(guān)研究證明[23]，適當(dāng)噴灑硅、硒葉面肥可抑制重金屬如Cd、As、Pb在水稻糙米中的積累。這是由于硒能與鎘結(jié)合生成一種低毒性、較穩(wěn)定的復(fù)合物，同時(shí)較難被植物根系吸收和積累，因此植物對(duì)鎘的吸收量降低；另一方面硅可促進(jìn)植株葉片的葉綠素含量增加，降低細(xì)胞膜的透性，從而提高了水稻的抵抗能力；植物吸收的硅元素沉積在了地上部進(jìn)而阻止了Cd向地上部的遷移[24-26]。在張世杰等的研究中，同樣發(fā)現(xiàn)在施加葉面硅肥處理中，水稻地上部的As濃度顯著降低，在一定程度上能降低水稻砷毒害作用[27]。本研究中，噴灑硒肥（Se）和噴灑硅肥（Si）后均可以有效降低糙米Cd含量，糙米Cd含量分別下降了44.8%和44.2%，富集系數(shù)分別降低了47.2%和47.4%，葉面肥均可以顯著降低糙米對(duì)鎘的吸收和富集。研究發(fā)現(xiàn)兩種葉面肥對(duì)糙米吸收砷的影響存在明顯差異，噴灑硒肥（Se）后10個(gè)品種水稻糙米As含量均有所降低，但僅有野香優(yōu)明月絲苗、荃香優(yōu)822、凱豐優(yōu)158、Y兩優(yōu)143 4個(gè)品種糙米As含量低于GB/T 5009.11—2014（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.2 mg·kg-1）。與噴灑硒肥（Se）后效果不同，噴灑硅肥（Si）后，除又香優(yōu)雅絲苗外其他9個(gè)品種糙米As含量均低于GB/T 5009.11—2014（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求≤0.2 mg·kg-1）。另外研究發(fā)現(xiàn)，噴灑葉面肥后對(duì)水稻糙米Pb含量影響較小。不同處理水稻糙米 Cr含量均遠(yuǎn)低于 GB/T 5009.123—2014（≤1.0 mg·kg-1），但相同處理?xiàng)l件下數(shù)據(jù)誤差較大，且噴灑葉面肥后不僅不會(huì)降低糙米的Cr含量，還會(huì)出現(xiàn)稻米Cr含量增加的情況，具體原因有待探究。

4 結(jié)論

（1）10個(gè)品種糙米對(duì)As、Cd、Cr重金屬的累積存在明顯差異。其中桂育12水稻品種糙米Cd含量最低，裕豐優(yōu)158水稻品種糙米As含量最低，荃香優(yōu)822水稻品種糙米Cr含量最低，10個(gè)品種水稻中，僅有華浙優(yōu)1號(hào)檢測(cè)出Pb含量。桂育12、裕豐優(yōu)158、荃香優(yōu)822可分別作為Cd、As、Cr低累積品種推廣種植。

（2）10個(gè)水稻品種糙米中As、Cd、Cr、Pb在水稻糙米中的富集能力為Cd＞As＞Cr＞Pb。

（3）兩種葉面肥均能顯著降低水稻糙米鎘含量，降低水稻糙米對(duì)Cd的富集能力，但對(duì)水稻糙米Pb無(wú)顯著影響。

（4）兩種葉面肥對(duì)水稻糙米富集As的能力影響不同，施用硅肥（Si）對(duì)水稻糙米As含量降低效果更明顯。

因此，選用適合的品種可以減少水稻糙米對(duì)重金屬的累積，施用硅肥（Si）可顯著降低As在水稻糙米中的累積，葉面噴施硒肥（Se）和硅肥（Si）均可以很好地阻控在水稻糙米中Cd的富集。