藍(lán)淯琛，丁浩男，潘榮慶，呂浩能，張強(qiáng)，班國(guó)富，何燁，凌華榮，黃智剛

(廣西大學(xué)，廣西 南寧 530004)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，土壤環(huán)境污染問題越來(lái)越嚴(yán)重，我國(guó)是全球土壤重金屬污染最嚴(yán)重的國(guó)家之一[1-2]。2014年生態(tài)環(huán)境部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況公報(bào)》指出，我國(guó)耕地土壤重金屬的總超標(biāo)率為19.4%，其中土壤重金屬鎘(Cd)的超標(biāo)最為嚴(yán)重，達(dá)到7.0%，砷(As)的超標(biāo)率為2.7%[3]，且從分布范圍來(lái)看，高鎘污染區(qū)域在廣西[4]。土壤重金屬的污染來(lái)源主要分為自然來(lái)源和人為來(lái)源，來(lái)賓市忻城縣農(nóng)田土壤重金屬污染主要來(lái)源于成土母質(zhì)[5]。水稻作為世界三大糧食作物之一和半數(shù)以上人口的主糧，對(duì)鎘具有很強(qiáng)的富集作用。我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，耕地土壤質(zhì)量直接關(guān)系到糧食的產(chǎn)量與安全，因此，解決耕地重金屬污染是目前國(guó)人最關(guān)心的問題之一。目前已開展的針對(duì)水稻、小麥和玉米等糧食作物低積累品種篩選和通過(guò)噴施葉面阻控劑來(lái)降低作物鎘吸收含量的研究已初見成效[6-7]。Tang等[8]通過(guò)CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)將隆兩優(yōu)華占水稻雙親的OsNRAMP5基因剔除，培育出了稻米鎘積累量比野生型隆兩優(yōu)華占低98%的兩優(yōu)低鎘1號(hào)水稻品種。在水稻分蘗盛期后段以及灌漿期前段噴灑主要成分為硅酸鹽、亞硒酸鹽和鋅肥的葉面肥料可以提高作物的抗逆性，抑制鎘從地下部分向籽粒中運(yùn)轉(zhuǎn)[9]。前人已有研究[10-11]發(fā)現(xiàn)，在重金屬污染嚴(yán)重的水稻田施用葉面阻控劑可以有效地防控水稻Cd污染，其中在水稻葉面噴施含硅類、硒類阻控劑均可有效降低Cd對(duì)水稻植株的毒害作用，減少重金屬向水稻籽粒轉(zhuǎn)移，從而有效降低稻米Cd含量。陳喆等[12]的研究還表明，淹水處理也能夠降低水稻對(duì)Cd的吸收積累，將淹水處理與葉面噴施阻控劑相結(jié)合可以有效降低重度Cd污染水稻田的水稻稻米Cd含量。但僅通過(guò)基因篩選或室內(nèi)種植無(wú)法篩選出最適宜當(dāng)?shù)丨h(huán)境的Cd低積累水稻品種，葉面阻控劑產(chǎn)品的選用和具體用量也必須通過(guò)大田試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證?；诖?，本試驗(yàn)在廣西來(lái)賓市忻城縣選取重金屬污染較嚴(yán)重的農(nóng)田，進(jìn)行重金屬低積累水稻品種和2種葉面阻控劑結(jié)合的實(shí)驗(yàn)，開展對(duì)重金屬污染高背景值農(nóng)田土壤安全利用技術(shù)的研究，為安全利用重金屬污染高背景值稻田提供研究基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 供試區(qū)概況

供試試驗(yàn)田位于紅水河下游的來(lái)賓市忻城縣(108°24′～109°7′E，23°40′～24°23′N)，地處北回歸線上。忻城縣屬南亞熱帶氣候，雨量充沛，氣候溫和，縣境中南地區(qū)夏長(zhǎng)，秋春相連，雨季長(zhǎng)，霜期短，光照充足，太陽(yáng)輻射強(qiáng)。忻城縣屬巖溶地貌，以峰叢石山為主，地勢(shì)自西北向東南傾斜，西北部多高山，南部多丘陵[13]。

由表1可知，供試地塊土壤的pH值為6.51～6.69，是弱酸性土壤。GB 15618-2018規(guī)定，當(dāng)6.5

表1 供試土壤基本性質(zhì)Table 1 Basic properties of the tested soil

根據(jù)GB 2762-2017要求(Cd、Pb、As≤0.2 mg·kg-1，Hg≤0.02 mg·kg-1，Cr≤1.0 mg·kg-1)，結(jié)合表2可知，試驗(yàn)田稻米主要存在Cd和As超標(biāo)現(xiàn)象，因此，本試驗(yàn)主要分析不同處理對(duì)水稻Cd和As含量的影響。

表2 試驗(yàn)田稻米重金屬含量Table 2 Heavy metal content of rice grown in experimental fields 單位：mg·kg-1

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置噴灑硒類葉面阻控劑(A)、噴灑硅類葉面阻控劑(B)和空白對(duì)照(CK)3個(gè)處理，每個(gè)處理采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)種植6個(gè)當(dāng)?shù)刂髟酝淼酒贩N。每個(gè)處理設(shè)置4個(gè)重復(fù)，總共192個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為20 m2，試驗(yàn)田總面積為0.6 hm2，在試驗(yàn)地周圍均種植有保護(hù)行，每個(gè)小區(qū)之間鋪設(shè)地膜。在水稻分蘗期噴灑第1次葉面阻控劑，每個(gè)區(qū)組的用量為3 mL，將其稀釋100倍后進(jìn)行人工噴灑，于20 d后噴灑第2次葉面阻控劑。其余施肥、用藥和水分管理等均依照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣進(jìn)行管護(hù)。

1.3 樣品采集與分析

試驗(yàn)開始前按照五點(diǎn)采樣法采集4個(gè)區(qū)組的土壤樣品，采集0～20 cm耕層土壤，混合均勻后按照四分法取部分混合土樣，每個(gè)樣品采500 g鮮質(zhì)量，每個(gè)區(qū)組采集5個(gè)土壤混合樣品。將采集的土壤樣品混合后自然風(fēng)干，研磨過(guò)100目篩備用。土壤pH值采用電位法(水土比為2.5∶1.0)測(cè)定，土壤總Cd和總As含量交由廣西大學(xué)檢測(cè)有限公司測(cè)定。在水稻進(jìn)入成熟期后，采用五點(diǎn)采樣法取水稻樣品，每個(gè)小區(qū)取混合樣，將水稻樣品置于透氣的漁網(wǎng)袋中帶回，自然晾干后將水稻各個(gè)部位分開，稻谷脫殼成糙米并粉碎后交由廣西大學(xué)檢測(cè)有限公司檢測(cè)。測(cè)定方法為：將樣品經(jīng)過(guò)體積比為4∶1的HNO3-HClO4溶液消化后，通過(guò)熒光光譜法測(cè)定水稻莖和葉的Cd、As含量，稻米的Cd和As含量則通過(guò)ICP-OES儀器測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用SPSS 19.0系統(tǒng)軟件和Excel 2016進(jìn)行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同水稻品種的重金屬含量

2.1.1 不同處理下各組織重金屬含量

由圖1可知，在CK中6個(gè)水稻品種對(duì)重金屬的吸附能力存在較大差異。泰豐優(yōu)208莖的Cd含量顯著高于野香優(yōu)糖絲、野香優(yōu)明月絲苗和又香優(yōu)龍絲苗，泰豐優(yōu)208葉的Cd含量顯著高于其他品種；泰豐優(yōu)208的莖部As含量顯著高于除絲香1號(hào)外的其他品種。泰豐優(yōu)208的稻米Cd含量最低，絲香1號(hào)的稻米As含量最低，6個(gè)水稻品種中絲香1號(hào)稻米Cd含量最高。

相同組織柱上無(wú)相同小寫字母表示品種間差異顯著(P<0.05)。圖1 不同水稻品種的各組織重金屬含量Fig.1 Different rice varieties′ heavy metal contents in various tissues

2.1.2 不同處理下稻米重金屬含量

在水稻的關(guān)鍵生育期噴施具有拮抗或生理調(diào)控作用的葉面阻控劑，能夠有效地阻控重金屬向籽粒轉(zhuǎn)運(yùn)，最終降低籽粒重金屬超標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)[14]。由圖2可以看出，噴灑硒類阻控劑后，絲香1號(hào)的稻米Cd含量顯著低于CK。噴灑硅類阻控劑后，野香優(yōu)明月絲苗、又香優(yōu)龍絲苗和絲香1號(hào)稻米Cd含量均顯著低于CK。噴灑硒類阻控劑后，野香優(yōu)明月絲苗稻米As含量顯著低于CK。噴灑硅類阻控劑后，除又香優(yōu)龍絲苗和絲香1號(hào)外，其他品種稻米的As含量均顯著均低于CK。由表3可以看出，噴灑硒類、硅類阻控劑后，稻米Cd含量平均值分別為0.178、0.174 mg·kg-1，均顯著低于CK；噴灑硒類、硅類阻控劑后，稻米As含量平均值分別為0.185、0.154 mg·kg-1，噴灑硅類阻控劑后稻米As含量顯著低于CK。

相同品種無(wú)相同小寫字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。圖3、4同。圖2 不同處理對(duì)稻米重金屬含量的影響Fig.2 Effects of different treatments on the heavy metal content in rice

表3 不同處理對(duì)水稻重金屬含量的影響Table 3 Effects of different treatments on the heavy metal content in rice tissues

2.2 不同處理下水稻葉重金屬含量

由圖3可以看出，噴灑硒類阻控劑后，泰豐優(yōu)208和又香優(yōu)龍絲苗的葉Cd含量均顯著低于CK。噴灑硅類阻控劑后，除野香優(yōu)糖絲和野香優(yōu)明月絲苗外，其他品種葉的Cd含量均顯著低于CK。噴灑硒類阻控劑后，6個(gè)水稻品種葉部的As含量均差異不顯著。噴灑硅類阻控劑后，野香優(yōu)糖絲和又香優(yōu)龍絲苗的葉As含量均顯著低于CK。由表3可以看出，噴灑硒類、硅類阻控劑后，水稻葉Cd含量平均值分別為0.220、0.217 mg·kg-1，均顯著低于CK；噴灑硒類、硅類阻控劑后，水稻葉的As含量平均值分別為0.450、0.399 mg·kg-1，僅噴灑硅類阻控劑后葉的As含量顯著低于CK。

圖3 不同處理對(duì)葉重金屬含量的影響Fig.3 Effects of different treatments on the heavy metal content in leaves

2.3 不同處理下水稻莖重金屬含量

由圖4可以看出，噴灑硒類阻控劑后，6個(gè)水稻品種莖部的Cd、As含量較CK差異均不顯著。由表3可以看出，噴灑硒類、硅類阻控劑后，水稻莖的Cd含量平均值分別為0.477、0.495 mg·kg-1，較CK平均值差異均不顯著；噴灑硒類、硅類阻控劑后，水稻莖的As含量平均值分別為0.360、0.364 mg·kg-1，較CK平均值差異均不顯著。

圖4 不同處理對(duì)莖重金屬含量的影響Fig.4 Effects of different treatments on the heavy metal content in stems

3 結(jié)論與討論

目前，減少水稻吸收重金屬最簡(jiǎn)單有效并且經(jīng)濟(jì)持久的辦法就是在不減少產(chǎn)量的情況下，篩選出籽粒中重金屬積累量較低的水稻品種。根據(jù)研究[15-17]顯示，不同基因型的水稻品種對(duì)重金屬的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)能力不同。本研究發(fā)現(xiàn)，6個(gè)水稻品種對(duì)重金屬的吸附能力存在較大差異。泰豐優(yōu)208莖、葉的Cd、As含量均高于其他品種，6個(gè)品種中野香優(yōu)明月絲苗莖、葉的Cd、As含量均低于其他品種。絲香1號(hào)稻米Cd含量最高，As含量最低。有研究[18]表明，不同品種水稻的重金屬含量存在差異的主要原因是水稻的形態(tài)結(jié)構(gòu)和生理特性之間存在一定差異，不同水稻品種對(duì)重金屬的富集能力也表現(xiàn)出明顯的差異，導(dǎo)致水稻對(duì)重金屬元素的吸收和分配存在很大不同。

前人[19-21]認(rèn)為，通過(guò)肥料的施用可以改善植物的狀況進(jìn)而影響植物對(duì)Cd的吸收，同時(shí)肥料進(jìn)入土壤后與土壤膠體發(fā)生反應(yīng)，從而影響Cd在土壤中的形態(tài)和有效性，與基肥相比，葉面肥料能夠在用量更少的情況下達(dá)到減少作物Cd積累的效果。葉面調(diào)控主要是通過(guò)葉面噴施硒、硅和鋅等有益元素來(lái)提高作物的抗逆性，從而抑制重金屬由作物根系轉(zhuǎn)運(yùn)至可食用部位[22]。有研究[23-25]表明，含硅、硒成分的葉面阻控劑對(duì)重金屬Cd在水稻體內(nèi)的遷移有很大的抑制作用，能夠顯著降低稻米中Cd的積累，緩解重金屬Cd的毒害作用。與上述研究結(jié)果相同，本研究發(fā)現(xiàn)，在葉面施用硒類阻控劑、硅類阻控劑后，均可以降低水稻稻米Cd含量，較CK分別下降了15.2%、17.1%；也可以有效抑制水稻葉的Cd含量積累，較CK分別下降了12.7%、13.9%。水稻葉面施用硅類阻控劑后可以降低稻米Cd含量的主要原因是硅可以提高水稻葉片中的葉綠素含量，降低細(xì)胞膜的透性，從而提高水稻的抵抗能力；同時(shí)硅在植物地上部的沉淀也會(huì)阻止Cd向地上部的遷移[25-28]。水稻葉面噴施含有機(jī)硒試劑的溶液能夠降低稻米Cd含量的主要原因是硒能夠調(diào)節(jié)水稻體內(nèi)活性氧(ROS)和抗氧化酶活性，誘導(dǎo)褪黑素參與抑制Cd的吸收[26-27]。

本研究發(fā)現(xiàn)，葉面施用硒類阻控劑、硅類阻控劑均可以有效降低水稻稻米的As含量，較CK分別下降了15.9%、30.0%；葉面施用硅類阻控劑后有效降低水稻葉的As含量，水稻葉砷含量較CK下降了11.9%。徐向華等[25]的研究也表明，在As污染稻田上噴施硒硅復(fù)合溶膠不僅能夠使稻米As含量達(dá)標(biāo)，而且可以生產(chǎn)出富硒大米。因此，葉面噴施硒硅復(fù)合溶膠可能是治理稻米As污染的新途徑。

另外，本研究發(fā)現(xiàn)葉面施用硒類阻控劑、硅類阻控劑后，對(duì)水稻莖的Cd、As含量未產(chǎn)生明顯作用。前人研究[26，28]認(rèn)為，硅、硒經(jīng)葉面吸收后，減少葉片中Cd富集的同時(shí)并未減少根系對(duì)Cd吸收，而是經(jīng)根系吸收的Cd主要富集于根和莖中，因此，水稻莖中鎘的含量均未顯著降低。