康 權(quán)，康 健，顏合洪，張春波

（1. 湖南省頓豐硅鈦能科技開發(fā)有限公司，湖南 長沙 410016；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長沙 410125；3. 湘西土家族苗族自治州農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 吉首 416000）

鎘、鉻、汞、砷、鉛5 種元素在自然界普遍存在，當(dāng)這些元素累積在農(nóng)產(chǎn)品中，食用后對人體產(chǎn)生嚴(yán)重傷害，人們稱其為“五毒”元素，尤以鎘元素對人體的危害性最強[1]。鎘是一種稀有元素，并不是植物和人體所必需的元素，毒性極大。鎘在環(huán)境中遷移性差，殘留時間長，降解難度大，極易通過吞食和皮膚接觸而進入到人體內(nèi)，是一種致畸、致癌性極強的物質(zhì)[2]。農(nóng)田鎘污染最早是20 世紀(jì)初期由日本富山縣的“鎘米事件”為眾人所知。最初只是該地區(qū)的水稻生長發(fā)育不良；到1931 年該地區(qū)的婦女開始先后患病，癥狀表現(xiàn)為腰、手、腳等關(guān)節(jié)疼痛難忍；后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這是由于神通川上游神岡礦山的廢水引起的鎘中毒癥狀[3]；到21 世紀(jì)初，我國也有大米鎘含量超標(biāo)的報道，進而引發(fā)人們對農(nóng)產(chǎn)品食用安全的擔(dān)憂，同時也引起了各級政府和農(nóng)業(yè)科技工作者的高度關(guān)注，由此在鎘污染調(diào)查和治理方面開展了大量工作，但效果不盡人意，一些稻田已被列為鎘污染嚴(yán)控區(qū)，不能種植水稻，這是一個急需解決的問題[4]。

微納米硅微生物菌劑是一種以蛋白頁巖為基礎(chǔ)材料而研發(fā)的新型土壤調(diào)節(jié)劑，蛋白頁巖是稀有的天然納米材料，它的平均孔徑為7～8 nm，比表面積為100 m2/g，同時帶有遠紅外能量和太赫茲能量；在pH 值為2.5 時，它的表面電荷為0，當(dāng)pH 值上升后，帶有負(fù)電荷，pH 值上升到弱堿性（8.0～8.5）時，它的表面負(fù)電荷很大，具有很強的吸附性，能大量地吸附重金屬離子[5]。筆者通過研究微納米硅微生物菌劑對稻米的降鎘和增產(chǎn)效應(yīng)，為該微生物菌劑在水稻生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑，由湖南省頓豐硅鈦能科技開發(fā)有限公司提供。田間小區(qū)試驗的供試水稻品種：2018 年和2020 年為株兩優(yōu)819，2019 年為一晚品種雨母香，均由衡南縣三塘鎮(zhèn)當(dāng)?shù)胤N子公司提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間小區(qū)試驗試驗在衡南縣三塘鎮(zhèn)大廣村進行，當(dāng)?shù)貧夂驗閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，屬于典型的雙季稻區(qū)。試驗田地勢平坦，3 a 內(nèi)未做過肥料試驗，中等肥力，肥力均勻，供試土壤為紅壤，排灌條件好，無“三廢”污染源，其土壤鎘含量和基礎(chǔ)養(yǎng)分含量如表1 所示。試驗時間為2018 年3 月至2020 年11 月。2018和2019 年試驗設(shè)計如下：處理1，常規(guī)施肥+基施“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑1 kg/667m2；處理2，常規(guī)施肥+基施“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑2 kg/667m2；處理3（CK），常規(guī)施肥（采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)農(nóng)村局推薦的最佳施肥方案）。2020 年試驗設(shè)計如下：處理1，有機肥+“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑0.75 kg/667m2作基肥，孕穗后期追施“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑0.25 kg/667m2；處理2，化肥+“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑0.75 kg/667m2作基肥，孕穗后期追施“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑0.25 kg/667m2；處理3（CK），常規(guī)施肥；有機肥和化肥均為當(dāng)?shù)爻Ｓ檬惺郛a(chǎn)品，按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣施用。每個處理設(shè)3 次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，小區(qū)面積為20 m2，小區(qū)間均設(shè)隔離行，并用塑料薄膜與田泥作埂高于耕作層20 cm，形成各小區(qū)單排單灌，無水肥串灌。各處理其他肥水管理、插秧密度及病蟲害防治等均按當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)主管部門頒布的規(guī)范技術(shù)實施。

表1 供試土壤的鎘和基礎(chǔ)養(yǎng)分含量

1.2.2 “頓豐圭”微納米硅微生物菌劑的應(yīng)用（示范）2018—2020年先后在湖南、湖北、浙江、廣東、江西等9 個?。ㄊ?、區(qū)）開展了“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑對水稻降鎘、增產(chǎn)提質(zhì)等方面的應(yīng)用示范工作[數(shù)據(jù)來源于湖南省科技廳成果登記（湘科成登字第9430000Y20220016 號）]，菌劑施用量1～2 kg/667m2。其中，選擇有代表性的安仁縣承平鎮(zhèn)、汨羅市白塘鎮(zhèn)和桃源縣木塘垸這3 個示范大田進行降鎘分析，湖南花垣、湖北咸寧、廣東增城、江西石城和浙江衢州這5 個示范大田進行稻谷增產(chǎn)分析，除“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑外，其他水肥管理適應(yīng)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣。

1.3 考察指標(biāo)及方法

1.3.1 土樣采集及分析試驗開始前隨機多點采集耕作層剖面基礎(chǔ)土樣，混合均勻后用四分法收取待測土樣1 kg，風(fēng)干備用。在水稻試驗完成后按同樣方法分處理獲取待測土樣。然后樣品送中國農(nóng)科院衡陽紅壤觀測站按國家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測土樣養(yǎng)分含量及鎘含量。

1.3.2 稻米鎘含量的檢測每個小區(qū)采10 株成熟的稻谷脫粒曬干至含水量為13%后，作為鎘含量的待測樣品，然后送糧食主管部門稻米定點檢測單位按國家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測稻米鎘含量（國際和國家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限量分別為0.4 和0.2 mg/kg）。

1.3.3 稻谷產(chǎn)量的測定水稻成熟后，各試驗小區(qū)和示范區(qū)單收、脫粒、曬干后測產(chǎn)（稱重）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻降鎘效果分析

2.1.1 小區(qū)試驗結(jié)果從表2 可以看出，2018 年處理1 和處理2 的降鎘效果分別為45.80%和58.73%，2019 年分別為48.46%和54.63%，2020 年分別為88.52%和83.33%。除2018 年處理1 外，其他微納米硅微生物菌劑處理的稻米鎘含量均降至國家標(biāo)準(zhǔn)以下，由此可知，在鎘污染管控區(qū)，施用“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑，稻米鎘含量下降明顯，可以達到安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。多重比較結(jié)果顯示，處理1 和處理2 的稻米鎘含量極顯著低于對照，且連續(xù)施用3 a后降鎘效果更為明顯。同時2020 年的試驗結(jié)果顯示，不管是專施化肥還是有機肥，微納米硅微生物菌劑對稻米的降鎘效果均極顯著。

表2 田間試驗結(jié)果的水稻降鎘效果

2.1.2 大田示范結(jié)果表3 的結(jié)果顯示，施用1～2 kg/667m2“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑后，稻米的降鎘效果十分明顯，稻米中的鎘含量在0.086～0.150 mg/kg，均低于國家限量標(biāo)準(zhǔn)，與空白對照（未施用微納米硅微生物菌劑）相比，降鎘效果為63.09%～75.00%。而空白對照處理，稻米中鎘含量為0.233～0.600 mg/kg，均超出國家限量標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，在鎘污染的稻田土壤中，施用“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑可以生產(chǎn)鎘達標(biāo)的稻米。

表3 大田示范結(jié)果的水稻降鎘效果

2.2 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

2.2.1 小區(qū)試驗結(jié)果由表4 可知，與對照相比，2018 年處理1 和處理2 的增產(chǎn)率分別為6.81%和11.79%，2019 年分別為7.06%和8.97%，而2020 年的增產(chǎn)率更為明顯，分別為16.64%和22.41%。與對照相比，2018 和2019 年微納米硅微生物菌劑處理的稻谷增產(chǎn)達到顯著水平，2020 年達到極顯著水平。

表4 田間試驗的稻谷產(chǎn)量結(jié)果

2.2.2 大田示范結(jié)果在湖南、湖北、廣東、江西和浙江5 個省份將“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑應(yīng)用于水稻大田生產(chǎn)，示范面積約460 hm2，施用1.5～2 kg/667m2微納米硅微生物菌劑的前提下，增產(chǎn)幅度為12.0%～16.8%，結(jié)果說明“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑能明顯提高水稻產(chǎn)量。

3 小結(jié)與討論

從田間小區(qū)試驗和在南方稻區(qū)的應(yīng)用結(jié)果表明，在稻田鎘污染區(qū)，施用1.5～2 kg/667m2“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑，可基本實現(xiàn)土壤鎘含量1.0 mg/kg以下的酸性稻田種植口糧的達標(biāo)生產(chǎn)；同時，“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑對水稻具有明顯的增產(chǎn)作用。小區(qū)試驗2018 年增產(chǎn)率為6.81%、11.79%，2019 年增產(chǎn)率為7.06%、8.97%，2020 年增產(chǎn)率為16.64%、22.41%；與對照相比，2018—2019 年增產(chǎn)效果達顯著水平，2020 年增產(chǎn)效果達極顯著水平。湖南、湖北、廣東、浙江、江西5 省的大田示范混合應(yīng)用效果顯示，稻谷增產(chǎn)率為12%～16.8%。

“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑配方的基礎(chǔ)材料是天然的蛋白頁巖，屬于不定型硅，具有較大的活性。在鎘污染的稻田土壤中，施用1～2 kg/667m2“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑后，能將鎘吸附在帶有負(fù)電荷的硅離子表面，將鎘由有效態(tài)轉(zhuǎn)化為固化態(tài)，阻鎘于土壤中，而不會被水稻吸收到植株體內(nèi)，從而降低稻米鎘含量，使稻米鎘含量達標(biāo)。這一研究結(jié)果與其他學(xué)者的結(jié)論一致[5-8]，但降鎘效果更為明顯。

硅元素是水稻莖稈的組成物質(zhì)，增施硅肥能增強水稻抗倒性和抗病蟲害的能力，調(diào)節(jié)光合作用和促進生長的作用[9-10]。至于“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑增產(chǎn)的機理尚不完全明了，目前筆者所在團隊正在深入研究。