潘榮慶，藍淯琛，何卿姮，何 燁，蔣代華，黃智剛

(廣西大學農(nóng)學院/廣西農(nóng)業(yè)環(huán)境與農(nóng)產(chǎn)品安全重點實驗室，廣西南寧 530004)

我國南方地區(qū)以水稻為主食，因此水稻在南方地區(qū)種植面積非常廣。水稻是易富集重金屬鎘(Cd)的植物之一，對土壤中的鎘元素有很強的富集吸附能力[1]。鎘是一種具有很強的生物毒性的重金屬元素，在土壤中易于流動，當土壤鎘含量超過限定值時會造成土壤重金屬污染，抑制水稻等作物生長[2-3]。鎘污染水稻田不僅會影響水稻的生長，還會降低水稻產(chǎn)量，土壤鎘濃度過高時，會破壞水稻的新陳代謝過程，從而抑制水稻的生長，甚至會導致水稻死亡[4]。目前針對南方水稻田土壤Cd活性高、遷移性強，易于在水稻中累積，造成水稻Cd含量過高的問題[5]，開展不同地區(qū)葉面施用調(diào)理劑對水稻鎘累積的影響研究，對降低鎘污染稻田水稻鎘含量，保障糧食安全具有十分重要的意義。

目前針對重金屬鎘污染水稻田治理方法較多，常見的治理方法包括篩選和推廣種植鎘低積累品種、施用土壤鈍化劑、施用葉面調(diào)理劑、水分調(diào)控等，但大部分治理方法成本較高[6]。施用葉面調(diào)理劑技術(shù)成本相對較低，因此施用葉面調(diào)理劑在水稻田鎘污染治理中是較為常用的方法[6-7]。文典等在研究中發(fā)現(xiàn)，通過葉面噴施調(diào)理劑和結(jié)合種植低積累水稻品種的農(nóng)田污染修復治理技術(shù)，可以有效降低稻米Cd含量，Cd含量相對降低了40%～70%[7]。有學者研究發(fā)現(xiàn)，水稻植株葉面噴施硅肥是防控稻米Cd污染的有效措施，在重金屬污染的水稻田，稻葉面施用硒肥也可降低Cd對水稻植株的毒害作用，水稻葉面噴施硅肥、硒肥均可以顯著降低稻米中Cd含量[8-10]。且龍思斯等研究表明，水稻施用葉面調(diào)理劑可以有效降低水稻重金屬鎘的含量，但不同水稻品種和葉面調(diào)理劑的種類對水稻積累Cd的影響有所不同[11]。水稻葉面施用適量的硒(Se)肥可提高水稻的抗氧化和抵御惡劣環(huán)境的能力，促進水稻生長提高產(chǎn)量，起到增產(chǎn)的作用[12]。李林峰等在研究中發(fā)現(xiàn)，適量施用硅肥可以增加水稻產(chǎn)量，這是由于水稻葉面施用適量的硅肥不僅可以增強水稻的抗逆性的能力，還可使水稻根系保持良好的環(huán)境，進而促進水稻對氮素的吸收[13-14]。

由于大田生產(chǎn)條件下受外界環(huán)境影響更為嚴重，加上管理較為困難，目前關(guān)于大田條件下，有機硒、有機硅處理對多種水稻品種累積重金屬的影響報道較少，且關(guān)于水稻對重金屬鎘的吸收特征以室內(nèi)盆栽試驗為主，但研究表明室內(nèi)試驗水稻對重金屬元素的吸收、積累和野外環(huán)境條件下具有一定的差異性，同時大田試驗也以單個地區(qū)為主，針對調(diào)理劑對不同地區(qū)水稻累積鎘的影響研究較少[15]。本研究在廣西德保、田東、忻城受鎘污染水稻田開展田間試驗，探究不同地區(qū)葉面施用含有機硒、有機硅調(diào)理劑對不同水稻品種各個部位累積重金屬鎘的影響及對水稻產(chǎn)量和土壤pH值及土壤鎘含量的影響，為治理土壤鎘污染和保障糧食安全提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2020年7—12月在廣西壯族自治區(qū)德?？h、田東縣、忻城縣3個地區(qū)進行。德?？h位于廣西西部(106°09′～106°59′E，23°01′～23°39′N)，地處北回歸線以南，海拔高度差異較大，在50～1 600 m之間，冬溫夏熱、降水豐沛。年平均氣溫17.2～21.3 ℃，最高氣溫37 ℃，最低氣溫-2.6 ℃，年均降水量約1 500 mm。田東縣位于右江河谷中心(106°53′～107°26′E，23°16′～24°01′N)，地處北回歸線上，熱量豐足、光照充沛，年均氣溫20～22 ℃，日最高溫40 ℃，日最低溫3.8 ℃，年均降水量約 1 000 mm。忻城縣位于紅水河下游(108°24′～109°7′E，23°40′～24°23′N)，大部分地區(qū)地處北回歸線以北，雨季長、雨量充沛，光照充足，年平均氣溫21～21.6 ℃，最低溫度0 ℃左右，最高溫度 35.5～36.8 ℃，年降水量1 400～2 000 mm。3個地區(qū)均屬亞熱帶季風氣候區(qū)，但海拔、年降水量和年均氣溫各不相同。

1.2 試驗材料

供試晚稻品種桂香12和桂香18(桂香12在當?shù)剞r(nóng)資店購買，桂香18由廣西農(nóng)業(yè)科學院提供)，含有機硒調(diào)理劑主要成分為有機硒(含量為85 g/L)，其余組分為水不溶物(≤10 g/L)、Na(≤10 g/L)，購自某環(huán)保科技有限公司；含有機硅調(diào)理劑主要成分為有機硅(含量為120 g/L)，其余組分為N、P2O5、K2O(N+P2O5+K2O含量≥170 g/L)，購自某生態(tài)科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗設計 試驗在德保、田東、忻城3個地區(qū)同時進行，每個地區(qū)均選用桂香12和桂香18 2個品種，每個品種設置3個處理分別為葉面施用含有機硒調(diào)理劑(A)、葉面施用含有機硅調(diào)理劑(B)和對照(CK)(具體處理編號如表1所示)，每個處理面積約為20 m2，處理重復4次。水稻于2020年7月在當?shù)剡M行育秧，2020年8月1—4日進行人工移植，每個處理間鋪設地膜。2020年9月21—23日，在水稻處于分蘗期時采用人工的方式對葉面噴施調(diào)理劑，3個地區(qū)用藥量均為每個區(qū)組3.0 mL，稀釋100倍后進行噴灑，大約20 d后進行第2次噴灑。試驗田按照當?shù)氐氖┓屎陀盟幜晳T(由當?shù)赝练收竟ぷ魅藛T針對水稻出現(xiàn)的病蟲害情況進行針對性施用農(nóng)藥)對試驗田進行管護(雇傭當?shù)卮迕駥υ囼炋镞M行日常管護)。

表1 不同處理編號

1.3.2 樣品采樣方法 2020年11—12月，采用5點取樣法分批采集進入成熟期小區(qū)的水稻樣品，在采集水稻樣品的同時原位采集水稻根際土壤混合樣品，同時采集1份非根際土壤混合樣品，另外通過特定的工具在小區(qū)內(nèi)劃定1.0 m2面積，采集區(qū)域內(nèi)稻谷，將稻谷自然晾干后測量水稻產(chǎn)量。水稻洗凈后將莖、葉、稻穗分開，將莖、葉放入烘箱105 ℃殺青30 min后，70 ℃下烘干至恒質(zhì)量，稻穗自然曬干至恒質(zhì)量后進行脫殼處理，所有植物樣品粉碎后用自封袋保存。土壤樣品自然風干，研磨過篩后裝入自封袋備用。

1.3.3 樣品測定 土壤pH值采用電位法(水土比為2.5∶1)測定，水稻莖、葉通過X熒光重金屬分析儀(XRF)采用熒光光譜法測定重金屬總鎘含量，土壤和稻米交由廣西西大檢測有限公司測定總鎘含量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

本研究通過 IMB SPSS 19.0軟件進行數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計和顯著差異性分析(Duncan’s法)。采用Microsoft Office Excel 2016進行表格制作。

鎘的富集系數(shù)按下列公式計算：

鎘富集系數(shù)(BCF)=水稻(莖、葉、稻米)鎘含量(mg/kg)/土壤鎘含量(mg/kg)

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

由表2看見，在3個地區(qū)施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，水稻產(chǎn)量均有明顯增產(chǎn)，且產(chǎn)量均顯著高于其CK處理。施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，在3個地區(qū)水稻增產(chǎn)率有所不同，但差異不顯著；施用含有機硒調(diào)理劑后，水稻的增產(chǎn)率要略高于相同情況下施用含有機硅調(diào)理劑，但兩者差異均不顯著。施用有機硒調(diào)理劑后，水稻增產(chǎn)率在6.7%～8.8%之間，其中在德保地區(qū)種植的品種桂香18和忻城地區(qū)種植的桂香12增產(chǎn)率最高；施用有機硅調(diào)理劑后，水稻增產(chǎn)率在5.0%～8.4%之間，其中在忻城地區(qū)種植的桂香12增產(chǎn)率最高；桂香12和桂香18在施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后增產(chǎn)效果差異不大。綜上所述，施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后可以有效提高水稻產(chǎn)量，且在不同地區(qū)和不同品種間效果差異不明顯。

表2 不同處理對水稻產(chǎn)量的影響

2.2 不同處理對水稻鎘含量的影響

由表3看見，不同地區(qū)施用葉面調(diào)理劑后水稻稻米鎘含量存在明顯差異。在田東、德保地區(qū)，施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，桂香2和桂香18稻米鎘含量均有所降低，除桂香12施用有機硅處理(T1B)外，2個地區(qū)其他處理相較于其CK處理稻米鎘含量下降均超過30%，且顯著低于其CK處理。在忻城地區(qū)施用葉面調(diào)理劑后，除桂香18施用有機硒處理(X2A)稻米鎘含量相較其CK處理下降14.0%外，其他處理稻米鎘含量均未下降。在施用有機硒葉面調(diào)理劑后，除田東地區(qū)種植的桂香18(T2A)葉鎘含量相較于其CK處理未下降之外，3個地區(qū)水稻葉鎘含量相較于其CK處理均有下降，其中對德保地區(qū)種植的桂香12作用效果最明顯，水稻葉鎘含量相較于其CK處理下降了38.7%，德保地區(qū)種植的桂香18水稻葉鎘含量下降也超過了30%，且顯著低于其CK處理。與有機硒的作用效果不同，在施用有機硅葉面調(diào)理劑后，僅有田東縣種植的桂香12與德保地區(qū)種植的桂香18葉鎘含量相較于其CK處理分別下降了9.4%、0.8%，其他處理水稻葉鎘含量均未降低。不同地區(qū)施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，有4個處理水稻莖鎘含量低于其CK處理，且施用有機硅葉面調(diào)理劑后，3個地區(qū)種植的品種桂香18莖鎘含量均低于其CK處理，但相較于其CK處理差異均不顯著。綜上說明，葉面調(diào)理劑在不同地區(qū)作用效果差異明顯，在田東、德保2個地區(qū)2種調(diào)理劑均能有效降低桂香12和桂香18稻米鎘含量，但在忻城地區(qū)，僅有施用有機硒調(diào)理劑對桂香18作用效果較為明顯。與水稻稻米作用效果不同，3個地區(qū)僅德保地區(qū)水稻葉面施用有機硒調(diào)理劑后，水稻葉鎘含量降低效果明顯，施用有機硅后，部分處理水稻葉鎘含量低于CK處理，但效果不明顯。3個地區(qū)施用調(diào)理劑后水稻莖鎘含量均沒有明顯降低。

表3 不同處理對水稻重金屬鎘含量的影響

2.3 不同處理對水稻富集鎘的影響

鎘富集系數(shù)(BCF)是指水稻莖、葉、稻米各部位鎘含量與土壤中鎘含量的比值，能夠反映水稻各部位富集鎘的情況，水稻鎘的富集系數(shù)越大說明富集鎘的能力越強。由表4看見，在CK處理中，田東地區(qū)莖、葉、稻米鎘的富集系數(shù)均高于其他2個地區(qū)相同品種，德保地區(qū)水稻對鎘的富集系數(shù)最低；在桂香12和桂香18 2個品種中，稻米對鎘的富集系數(shù)均低于莖、葉對鎘的富集系數(shù)，其中莖對鎘的富集系數(shù)最高；在相同地區(qū)CK處理中，桂香12莖、葉、稻米鎘的富集系數(shù)均低于桂香18。綜上說明，不同地區(qū)水稻對鎘的富集能力不同，不同品種間富集能力也存在明顯差異，在地上部位水稻鎘主要富集在莖部。在田東、德保地區(qū)，水稻施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，均能有效降低水稻稻米對鎘的富集能力，除田東地區(qū)種植的桂香12品種處理(T1B)外，其他處理稻米鎘的富集系數(shù)較其CK處理下降超過30%。在德保地區(qū)施用有機硒葉面調(diào)理劑后，桂香12和桂香18水稻葉鎘的富集系數(shù)分別為0.043±0.005、0.077±0.017，相較于其CK，處理D1CK(0.069±0.011)、D2CK(0.116±0.022)富集系數(shù)分別下降了33.7%和33.6%，顯著低于其CK處理。3個地區(qū)種植的2個品種水稻施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后莖鎘的富集系數(shù)未顯著低于其CK處理，且T1A處理水稻莖鎘的富集系數(shù)為0.241±0.010，相較于CK處理(0.184±0.065)上升超過30%，但兩者差異不顯著。綜上說明，在田東、德保2個地區(qū)水稻葉面施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，可以抑制稻米對鎘的富集能力，且在德保地區(qū)水稻葉面施用有機硒調(diào)理劑也會抑制水稻葉對鎘的富集能力。3個地區(qū)葉面施用調(diào)理劑后，對水稻莖鎘的富集能力不起抑制作用。

表4 不同處理對水稻重金屬鎘富集系數(shù)的影響

2.4 不同處理對土壤pH值及重金屬鎘含量的影響

不同處理對土壤鎘含量及pH值的影響如表5所示，在施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，在田東和忻城地區(qū)土壤pH值較其CK處理略有升高，但差異均不顯著。在施用調(diào)理劑后，除德保地區(qū)施用有機硒(D-A)處理外，其他處理土壤非根際土壤鎘含量較其CK處理均有所降低，下降比率最高為7.2%，但較其CK處理鎘含量差異均不顯著。與上述結(jié)果相似，根際土壤在施用調(diào)理劑后，較其CK處理鎘含量均有所降低，其中下降比率最高為10.3%，但與非根際土壤相同其鎘含量相較于CK處理差異均不顯著。綜上所述，在施用含有機硒、有機硅2種葉面調(diào)理劑后，均不能改變土壤pH值，且根際和非根際土壤鎘含量雖有降低，但效果不顯著。

表5 不同處理對土壤pH值及重金屬鎘含量的影響

3 討論與結(jié)論

硅、硒是對水稻生長有益的金屬元素，能提高水稻的抗逆性，促進水稻生長與新陳代謝順利進行，提高水稻抵御各種逆境脅迫的能力，提高水稻產(chǎn)量[16-17]。與傳統(tǒng)的土壤施肥方式相比，葉面施肥是作物吸收營養(yǎng)的方式之一，水稻葉面噴施硅和硒是增加水稻硅、硒營養(yǎng)來源的有效方式[12，14，18]。水稻葉面適量施用硅、硒元素能提高水稻植株的抗氧化能力，從而提高水稻抵御惡劣環(huán)境的能力促進水稻植株生長，增加水稻產(chǎn)量[19]。研究發(fā)現(xiàn)，施用葉面調(diào)理劑可以提高水稻產(chǎn)量，在德保、田東、忻城3個地區(qū)水稻葉面施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，均可以增加水稻產(chǎn)量。施用有機硒調(diào)理劑，水稻增產(chǎn)率在6.7%～8.8%之間，其中在德保地區(qū)種植的品種桂香18和忻城地區(qū)種植的桂香12增產(chǎn)率最高；施用有機硅調(diào)理劑，水稻增產(chǎn)率在5.0%～8.4%之間，其中在忻城地區(qū)種植的桂香12增產(chǎn)率最高。

由于不同地區(qū)土壤環(huán)境以及季候環(huán)境不同對水稻生長及重金屬的富集有不同影響，土壤pH值的大小顯著影響水稻對土壤鎘的吸收和富集[20]。研究發(fā)現(xiàn)，德保、田東、忻城3個地區(qū)中，德保地區(qū)水稻各部位對鎘的富集能力明顯低于其他地區(qū)，可能是由于德保試驗區(qū)所在區(qū)域土壤pH值高于田東、德保地區(qū)。有研究表明，土壤中植物可吸收態(tài)Cd含量與pH值相關(guān)，酸性條件下土壤Cd易被植物吸收，pH值升高會導致大量的鎘離子生成穩(wěn)定的鎘絡合物和硫化物結(jié)合態(tài)鎘，降低植物可吸收態(tài)鎘的含量，使得鎘不易被植物吸收[21]。Wang等研究也發(fā)現(xiàn)水稻莖、葉、糙米富集鎘的能力與pH值呈極顯著負相關(guān)[22]。低的pH值條件下，有利于鐵錳氧化物的還原溶解，溶解出來的亞鐵離子、錳離子可以與Cd2+在土壤顆粒表面產(chǎn)生吸附競爭，從而增加土壤Cd2+的濃度；高的pH值條件下，Cd2+易生成氫氧化鎘沉淀，同時降低了H+與Cd2+之間的競爭吸附，降低水稻對鎘的累積[23]。

研究表明，水稻葉面噴施調(diào)理劑能顯著降低水稻對鎘的吸收[17]。在鎘污染土壤上的水稻施用硒、硅在修復重金屬鎘污染農(nóng)田方面取得了較好的效果[18，24]。水稻葉面噴施硅、硒溶液可以有效阻止鎘在水稻體內(nèi)的遷移，顯著降低水稻糙米對鎘的積累[25]。有研究表明，硅在水稻的生長周期發(fā)揮重要的作用，水稻吸收硅后可以抑制鎘向水稻稻米遷移[26-28]，從而緩解重金屬鎘對水稻的毒害作用，降低鎘向食物鏈和人體輸出的風險[29]。與上述研究結(jié)果相同，研究發(fā)現(xiàn)在田東、德保地區(qū)，葉面施用含有機硒、有機硅葉面調(diào)理劑后，均可以有效降低桂香12和桂香18稻米鎘含量，抑制稻米富集鎘的能力，且在德保地區(qū)葉面施用含有機硒調(diào)理劑后，桂香12和桂香18水稻葉鎘含量均顯著低于其CK處理，較CK處理含量減少超過30%。但與上述結(jié)果不同的是，在忻城地區(qū)葉面施用調(diào)理劑后桂香12和桂香18稻米鎘含量均未顯著降低，可能是由于不同地區(qū)氣候、溫度等環(huán)境因素和施用時天氣不同所導致，也可能是不同地區(qū)應施用的調(diào)理劑適宜濃度不同所導致，有待試驗進一步研究。

不同的水稻品種形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特性之間存在一定差異，因此不同水稻品種對鎘富集能力具有明顯的差異，導致水稻對重金屬元素的吸收和分配存在很大差異[30]。研究表明，利用不同水稻品種對Cd的積累特性差異，可以篩選出適于中低Cd污染稻田的低累積型水稻品種[31]。研究發(fā)現(xiàn)，桂香12莖、葉、稻米鎘的富集系數(shù)低于桂香18。在德保、田東、忻城地區(qū)，品種間對鎘的富集能力的差異存在一定的穩(wěn)定性。在3個地區(qū)相同處理中，桂香12莖、葉、稻米鎘的富集系數(shù)均低于桂香18。桂香12和桂香18水稻莖鎘的富集系數(shù)均高于葉和稻米，稻米鎘的富集系數(shù)最低，鎘在水稻地上部位中的富集規(guī)律為莖>葉>稻米。陳慧茹等在研究中也發(fā)現(xiàn)了這一規(guī)律，鎘在水稻莖、葉、籽粒各部位的累積量不相同[32]，不同部位鎘含量遵循莖≥葉>籽粒的規(guī)律[33]。

張宇鵬等研究發(fā)現(xiàn)，水稻施用葉面肥調(diào)理劑后土壤pH值與對照處理差異不顯著，土壤中鎘含量與對照處理土壤中鎘含量差異不顯著，根系對鎘的活化與吸收并未減少[34]。上述研究成果與本研究成果一致，在噴施含有機硒、有機硅調(diào)理劑后，土壤根際土壤pH值未發(fā)生顯著變化，施用調(diào)理劑后對根際土壤鎘含量和非根際土壤鎘未產(chǎn)生顯著影響，但除德保地區(qū)施用有機硒處理(D-A)外，其他處理根際土壤鎘含量和非根際土壤鎘含量較其CK處理都有所降低，但差異不顯著。

有機硒、有機硅可以增加水稻產(chǎn)量，水稻葉面噴施含有機硒、有機硅調(diào)理劑均可以起到很好地增產(chǎn)效益。不同地區(qū)施用葉面調(diào)理劑對水稻的降鎘效果不同，在田東、德保地區(qū)水稻葉面施用調(diào)理劑后，可以很好地降低稻米鎘含量，減少稻米對鎘的富集能力，但在忻城地區(qū)對水稻鎘含量無顯著影響。相同地區(qū)施用不同種類葉面調(diào)理劑對水稻葉鎘含量作用效果不同，在德保地區(qū)水稻葉面施用有機硒調(diào)理劑后，可以很好地抑制水稻葉鎘含量，但施用有機硅后水稻葉鎘含量未發(fā)生顯著變化。不同水稻品種對鎘的富集能力有所不同，桂香12水稻莖、葉、稻米對鎘的富集能力均低于桂香18；水稻不同部位富集鎘的能力也不同，鎘在水稻地上部位中的富集規(guī)律為莖>葉>籽粒。施用葉面調(diào)理劑后，土壤根際土壤pH值未發(fā)生顯著變化，對根際土壤鎘含量和非根際土壤鎘未產(chǎn)生顯著影響，根際土壤鎘含量和非根際土壤鎘含量雖有所降低，但效果不顯著。