外源喷施硒与硅对水稻籽粒镉累积的影响

刘永贤，潘丽萍，黄雁飞，农梦玲，鹿士杨，赵于莹，梁潘霞，熊柳梅，李科冰，兰 秀

(1.广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007；2.广西大学，广西 南宁 530005)



外源喷施硒与硅对水稻籽粒镉累积的影响

刘永贤1，潘丽萍1，黄雁飞1，农梦玲2，鹿士杨1，赵于莹2，梁潘霞1，熊柳梅1，李科冰2，兰 秀2

(1.广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007；2.广西大学，广西 南宁 530005)

【目的】开展水稻叶面喷施硒肥与硅肥对水稻累积镉的影响研究，为广西主栽水稻阻控重金属镉的技术体系提供参考。【方法】采用大田试验，以广西桂平市主栽水稻品种百香139、中广香1号作为供试材料，分别进行硒肥喷施试验：“聚福硒”螯合态硒叶面肥(含Na2SeO3为4.38 g·L-1)为硒源，以不同喷施硒肥次数(0、1、2次)设3个处理；硅肥喷施试验：“融地美”活性硅叶面肥为硅源，以不同稀释倍数(清水对照，稀释300倍、稀释500倍)设3个处理。测定不同处理对土壤基本理化性质、土壤总镉含量、水稻产量及稻米中总镉和硒含量的影响。【结果】①喷施硒肥对水稻产量的影响差异不明显，喷施硅肥水稻产量比对照提高4.58 %～8.71 %，但不同硅肥处理之间对水稻增产的差异不明显；②喷施硒肥显著抑制了百香139稻米对镉的积累，水稻孕穗期和抽穗期前3 d各喷施硒肥1次处理的效果较好，其稻米镉含量为0.03 mg·kg-1，与对照相比，降低了83.33 %，但喷施硒肥对中广香1号稻米累积镉的影响不明显；③喷施稀释300和500倍的“融地美”硅肥，百香139稻米镉含量分别比对照降低17.14 %和11.43 %；中广香1号镉含量分别比对照降低67.31 %和30.77 %。【结论】叶面喷施硒肥对水稻产量影响差异不显著，而喷施硅肥可显著提高水稻产量。喷施硒肥可有效降低百香139品种稻米镉含量，但对中广香1号稻米的影响不显著；喷施不同浓度的硅肥可显著降低两个品种稻米重金属镉含量。

水稻；硒肥；硅肥；喷施；水稻产量；镉阻控

【研究意义】镉是被公认的最毒重金属元素之一，可通过生物富集作用会对植物生长产生危害，或通过食物链对动物和人类健康构成重大威胁[1]，“土壤镉是水稻镉的主要来源[2]。在水稻植株体内，硒与硅对重金属镉有一定的拮抗作用，可减少镉在稻米中的累积，但不同用量的硒肥和硅肥对不同品种水稻的作用效果存在差异[3-4]。因此，研究不同喷施量的硒肥和硅肥对水稻产量以及镉阻控具有重要意义。【前人研究进展】目前，已有很多专家学者致力于控制土壤镉污染和减少其向作物转移的研究[5]，并且取得一定的进展。施用重金属钝化剂是目前常用的污染控制方法，但是钝化剂对土壤自身性质和肥力的影响仍需要长期的研究。叶面阻控剂是重金属钝化剂的一种，施用叶面阻控剂更为直接，并且不会造成二次污染，已经受到众多学者的关注。早在1973年，就有研究发现提高溶液中硒的水平能显著降低植物体内的镉含量[6]，加上近年来 “补硒防癌”的关注度不断提升，通过施硒来提高水稻硒含量的同时，阻控镉向稻米转移的做法逐渐增多[3,8-9]。水稻是典型的硅富集植物，硅的高累积对水稻的丰产、抗性及对重金属的阻控都尤为重要。已有相关研究表明，硅能与重金属镉络合沉淀于细胞壁和液泡中，起到了区室化阻镉的作用[4,9-11]。【本研究切入点】目前，喷施叶面肥受到越来越多的关注，但含硒硅的叶面肥施用量对水稻产量及镉阻控的影响尚少见报道。【拟解决的关键问题】通过田间试验的研究，分析硒肥和硅肥的合适施用量，以期为稻米富硒阻镉技术体系提供理论依据及实践参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点、材料

于2016年4-8月在广西桂平地区(N 23°29′44.24″， E 110°01′59.76″)的水稻田开展研究，前茬作物均为水稻。采集0～20 cm耕作层土壤，其土壤理化性质如表1。供试的水稻材料分别为百香139、中广香1号。供试硒源为螯合态硒-“聚福硒”(含Na2SeO3为4.8 g·L-1)，由广西喷施宝股份有限公司提供，“聚福硒”螯合态硒营养液肥；供试硅源为活性硅营养液肥-“融地美”，由美国泰瑞国际科技有限公司生产，主要成分为单硅酸Si(OH)4，含量为210 g·L-1。

1.2 试验方法

(1)硒肥试验：设置3个处理，分别为Se-0(CK，对照)、Se-1(水稻孕穗期喷施硒肥1次)和Se-2(水稻孕穗期和抽穗期前3 d各喷施硒肥1次)，将“聚福硒”稀释300倍，喷硒肥用量每次均为3000 mL·hm-2，CK处理以等量清水喷施。

(2)硅肥试验：在硒肥稻田附近选择立地条件一致的稻田，设置3个处理，分别为对照组(CK)、Si-300和Si-500。Si-300为水稻分蘖末期喷施硅肥，“融地美”稀释倍数为300倍，用量为1350 mL·hm-2，Si-500为水稻分蘖末期喷施硅肥，“融地美”稀释倍数为500倍，用量为1350 mL·hm-2， CK处理以等量清水喷施。

以上每个处理均设置3个重复，随机区组试验设计，试验小区面积为50 m2(10 m×5 m)，水稻种植密度及水稻生长期间除草、灌水和病虫害防治等均按当地常规管理要求进行。

1.3 测定项目与方法

土壤基本理化性质：按照常规方法测定[12]。土壤中总镉的测定：称取0.3 g过100目筛的土样，加4 mL浓HNO3和4 mL浓HF，采用微波消解法消解提取，石墨炉原子吸收光谱仪测定镉含量。水稻产量：各小区随机采集3个1 m2测定水稻籽粒质量。植株样品前处理：随机采集各处理50株水稻籽粒，经去离子水反复冲洗干净后，105 ℃下杀青30 min，75 ℃下烘干至恒重。砻谷机除去稻壳后，稻米进行粉碎处理，用于测定稻米总镉含量及总硒含量。

表1 供试土壤理化性质

表2 不同处理对水稻实际产量的影响

注：同列数据后不同小写字母表示差异在5 %水平差异显著，下同。

Note: The different lowercase letters after data in the same column indicate significant differences at the 5 % level, the same as below.

稻米中总镉和硒含量的测定：称取0.5 g稻米粉，加8 mL浓HNO3，采用微波消解法消解提取，石墨炉原子吸收光谱仪测定总镉含量，双道原子荧光光度计测定稻米总硒含量。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用Excel 2007和SPSS17.0软件进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 喷施硒肥与硅肥对水稻产量的影响

从表2看出，喷施硅肥均可提高水稻的实际产量，但影响均不显著，施用融地美1350 mL·hm-2，稀释度300和500倍处理，与对照(CK)相比，百香139品种水稻产量分别提高6.68 %和8.71 %；中广香1号分别提高5.30 %和4.58 %。

2.2 不同喷硒方式对水稻吸收累积镉与硒的影响

从图1可以看出，喷施硒肥对不同水稻品种吸收累积镉的影响并不一致。百香139水稻喷施硒肥后，显著抑制了稻米对镉的积累，且以喷施2次硒肥的效果最佳，稻米镉含量分别为0.03 mg·kg-1，比CK降低了83.33 %。

不同处理上不同小写字母表示在5 %水平差异显著，下同Different letters indicate significant differences at the 5 % level. The same as below 图1 不同喷硒方式对稻米累积镉的影响Fig.1 Effect of different amount of spraying selenium on cadmium accumulation of rice

从图2可以看出，与对照相比，喷施硒肥显著提高了稻米硒含量，且不同水稻品种不同喷施次数均达到显著水平。百香139、中广香1号在水稻孕穗期喷施硒肥，稻米硒含量分别为0.26、0.21 mg·kg-1，分别是对照的2.89、2.10倍；在水稻孕穗期和抽穗期均喷施硒肥，2种水稻稻米硒含量又进一步提高，分别是对照的5.33、2.80倍。因此利用硒肥阻镉的同时，可生产富硒大米。

2.3 不同喷硅方式对水稻吸收累积镉的影响

不同浓度的硅肥处理对稻米累积重金属镉有着明显的差异性。百香139的Si-300处理与对照相比较重金属镉含量降低了0.3 mg·kg-1，而Si-500倍处理在一定程度上却增加了稻米镉的含量。对于中广香1号，Si-300和Si-500处理的稻米镉含量均低于对照，其稻米镉含量分别比对照降低了0.035和0.016 mg·kg-1。

图2 不同喷硒方式对稻米累积硒的影响Fig.2 Effect of different amount of spraying selenium on selenium accumulation of rice

图3 不同浓度硅肥处理对百香139稻米累积镉的影响Fig.3 Effect of spraying different concentrations of silicon fertilizer on cadmium accumulation of Baixiang 139

水稻品种RicevarietiesSe⁃1：稻米硒与镉的线性关系Se⁃1：ThecorrelationofseleniumandcadmiumcontentofriceSe⁃2：稻米硒与镉的线性关系Se⁃2：Thecorrelationofseleniumandcadmiumcontentofrice硒与镉相关系数(P)Correlationcoefficientofseleniumandcadmium百香139Baixiang139Y=-0．609x+0．233r2=0．926Y=-0．377x+0．212r2=0．9660．932∗∗中广香1号ZhongguangxiangNo．1Y=-0．003x+0．009r2=0．027Y=-0．00x+0．01r2=00．039

注：**表示相关性达到极显著水平。

Note：** mean correlation reached extremely significant level.

图4 不同浓度硅肥处理对中广香1号稻米累积镉的影响Fig.4 Effect of spraying different concentrations of silicon fertilizer on cadmium accumulation of Zhongguangxiang No.1

3 讨 论

本研究结果表明，相比喷施普通叶面肥，喷施含硒叶面肥对水稻增产效果并不明显，可能是因为硒是一种微量元素，与水稻生长过程中所需的大量营养元素相比，其增产效果微乎其微。水稻是典型的硅富集植物，喷施硅肥，可提高水稻抗性及对养分的利用率，进而提高水稻产量[8]。有资料[11, 13]显示，叶面喷施水溶性硅肥可提高水稻产量2.8 %～7.88 %，与本试验结果相一致。

本研究发现，喷施含硒叶面肥“聚福硒”，可显著提高稻米含硒量，稻米硒含量可达到0.21～0.56 mg·kg-1，为对照的2.1～7.0倍，这与周鑫斌[14]的研究结果类似。水稻对硒的吸收是一个非恒定的主动吸收过程[15]，在幼苗阶段，硒主要累积在根系、顶叶和嫩叶中[16]；随着水稻的生长发育，硒开始在各器官中累积，对硒的富集高峰期为拔节期至灌浆期[17-18]。本研究选择在孕穗期和抽穗期喷施硒肥，正处于硒在籽粒中累积的高峰期，可同时实现稻米富硒化和硒肥资源的高效利用。由此可见，喷施硒肥可作为富硒大米安全生产的直接有效途径，但值得注意的是，水稻籽粒中硒含量同时受品种富硒能力、供硒水平以及硒肥施用时间等因素的影响[19-21]，因此，水稻富硒化种植还需要考虑这些制约因素。

硒还可以与多种重金属产生拮抗作用，它主要是通过减轻重金属胁迫下植物体内的氧化应激效应或改变植物细胞膜对重金属的通透性来影响重金属在植物体内的运转[12-24]。还有研究表明，硒能改善酶活性，减轻镉对水稻生长的抑制作用，降低水稻籽粒含镉量[5, 25]。在本研究中，外源喷硒对稻米累积镉的影响并不一致，于桂平市种植的百香139对镉的累积受外源硒影响显著。从本研究结果可以看出，外源喷硒量越多，稻米对镉的累积越少，两者在水稻籽粒中表现出明显的负相关性，其作用机理很可能是硒与镉在百香139水稻体内产生了拮抗作用，直接抑制镉的吸收[26]。不同基因型水稻体内镉的转移和分布存在差异，有可能中广香1号水稻相对于百香139的耐镉性更高，在土壤总镉含量为0.075 mg·kg-1条件下，本身就能表现出较强的低累积镉特性，因此该浓度下的外源硒对其累积镉并无影响。

硅在水稻生长过程中以单硅酸的形式被根系吸收到根部，再由根部运转到各个部位。本试验选用主要成分为单硅酸的活性硅肥作为叶面喷施材料，能有效的提高水稻对硅的利用率，提高产量，同时有利于减少镉在水稻籽粒中的累积。在分蘖末期喷施适量的硅肥，能减少稻米对镉的累积，有可能是因为有效控制了镉向稻穗转移。有资料表明，当水稻籽粒成熟时，剑叶是稻穗光合碳水化合物的主要来源[27]，同时剑叶也是整个植株矿物质再运输的主要来源[28]，因此可以认为在剑叶长出前喷施叶面硅肥，此时水稻机体能够将镉较多的富集或滞留于茎部和叶部，从而减少镉在穗部的累积，因此硅肥叶面阻镉的机制可能是将从地下部运输上来的镉尽可能的滞留于茎叶部，有效减少镉向穗部等高处的迁移。但是，本试验结果显示，百香139水稻在喷施稀释500倍的硅肥后，水稻籽粒中镉的含量反而高于对照，原因可能是水稻是硅富集植物，喷施一定量的硅肥能提高水稻抗逆性，提高水稻对镉的累积量。因此，在利用叶面硅肥阻镉时，应考虑喷施剂量和强度等外部因素以及营养元素和重金属元素的吸收平衡模式等内在因素。

根据土壤环境质量标准(GB15618-2008)水田总镉二级标准值0.30 mg·kg-1，将桂平划定为镉轻度污染区(镉本底值分别为0.075)。结合试验结果，在轻度镉污染地区，叶面喷施硒肥和硅肥都能降低稻米镉的含量，但这些还只是得到了较为粗略的大田应用结果，对于水稻富硒阻镉以及硅镉交互的机理，以及根据土壤条件、水稻品种、营养收支平衡等因素研究开发合适的硒、硅叶面肥等内容均有待进一步研究。

4 结 论

叶面喷施硒肥对水稻产量影响不大，但喷施硅肥在一定程度上提高了水稻产量。不同用量、不同浓度的“聚福硒”含硒叶面肥和“融地美”含硅叶面肥对降低稻米重金属镉含量差异显著：喷施硒肥可有效降低百香139稻米镉含量，并以水稻孕穗期和抽穗期前3 d各喷施硒肥1次，每次喷硒肥用量均为3000 mL·hm-2，稀释300倍的阻镉效果较好，但对中广香1号稻米的影响不明显；喷施不同浓度的硅肥可显著降低稻米重金属镉含量，并以喷施“融地美”1350 mL·hm-2，稀释度300倍稻米镉含量的降低效果较好。

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(责任编辑 温国泉)

Effects of Selenium or Silicon Foliar Fertilizeron Cadmium Accumulation in Rice

LIU Yong-xian1, PAN Li-ping1, HUANG Yan-fei1, NONG Meng-ling2, LU Shi-yang1,ZHAO Yu-ying2, LIANG Pan-xia1, XIONG Liu-mei1, LI Ke-bing2, LAN Xiu2

(1. Agricultural Resources and Environment Research Institute Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007, China; 2.Guangxi University, Guangxi Nanning 530005, China)

【Objective】The effects of selenium fertilizer and silicon fertilizer on the accumulation of cadmium in rice were researched to provide reference for the technical system of obstruction of cadmium in rice. 【Method】The field experiment was carried out, and the main varieties of rice cultivar Baixiang 139 and Zhongguangxiang No.1 in Guangxi Guiping were selected as the test materials for selenium fertilizer spraying test, respectively: ‘JuFuXi’ chelated selenium foliar fertilizer (containing Na2SeO34.38 g·L-1) as the selenium source, set different spraying selenium fertilizer times(0，1，2 times)as three treatments. Silica fertilizer spraying test: ‘RongDiMei’ active silicon leaf fertilizer for the silicon source, with a different dilution factor (water control, diluted 300 times, diluted 500 times) set 3 treatments. The effects of different treatments on soil basic physical and chemical properties, soil total cadmium content, rice yield and total cadmium and selenium contents in rice were tested.【Result】 (i) The effect of selenium on the yield of rice was not obvious, and the yield of rice was increased by 4.58 %-8.71 % under the treatment of spraying silicon leaf fertilizer compared with the control, but the difference was not obvious between different silicon fertilizer treatments. (ii)The application of selenium fertilizer significantly inhibited the accumulation of cadmium in the rice of Baixiang 139. The effect of spraying selenium fertilizer on the booting stage and the first 3 days of heading date was better, the results showed that the content of cadmium in the rice was 0.03 mg·kg-1, which was 83.33 % lower than that of the control. However, the effect of selenium on the accumulation of cadmium in Zhongguangxiang No.1 rice was not obvious. (iii) Spraying diluted 300 times and diluted 500 times of the ‘Rongdimei’, the contents of cadmium in the Baixiang 139 rice were 17.14 % and 11.43 % lower than those in the control. The contents of cadmium in Zhongguangxiang No.1 were decreased by 67.31 % and 30.77 % respectively. 【Conclusion】The effect of selenium on the yield of rice was not significant, but the application of silicon fertilizer could significantly increase the yield of rice. Spraying selenium fertilizer could effectively reduce the cadmium content of Baixiang 139, but had no significant effect on Zhongguangxiang No.1 rice. The application of different concentrations of silicon fertilizer could significantly reduce the content of heavy metal cadmium in two cultivars.

Rice; Spraying selenium; Spraying silicon; Rice yield; Cadmium control

1001-4829(2017)7-1588-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.7.021

2017-03-03

国家重点研发计划项目专题项目“中轻度镉污染稻田土壤钝化-生理阻隔-富集移除技术”(2016YED0800705-01)；广西重点研发计划项目“稻田镉铅重金属污染修复技术研究与示范”(桂科AB16380084)；广西科学研究与技术开发计划项目“广西富硒功能农产品研发关键技术引进与创新”(桂科合415104001-22)；广西农业重点科技计划项目“水稻重金属污染防控技术集成及产品研发”(201528)“水稻富硒阻镉关键技术研究与示范应用”(201604)；广西农业科学院科技发展基金“硒与镉在水稻中的交互机制及稻米富硒阻镉关键技术研究”(2017JM07)

刘永贤(1981-)，男，湖南邵阳人，硕士，副研究员，主要从事农业资源高效利用与土壤环境生态修复研究工作。

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