硅和磷配合施入对水稻植株体内Cd含量的影响

佟 倩，张秀双，魏晓敏，纪薇薇，王 紫，沈 洋

（辽宁省盐碱地利用研究所，辽宁 盘锦 124010）

已有研究表明，硅肥（钢渣）的施用有明显抑制水稻吸收Cd 的作用，水稻各部位的含Cd 量随硅肥用量增加而明显下降［1，2］。 磷肥（钙镁磷肥）也明显抑制水稻植株吸收Cd， 随着用量的增加，水稻植株各部分的残留量显著降低， 大量施用后可使数季水稻 Cd 的吸收量显著降低［3－5］；磷肥、硅肥按一定比例施入对水稻植株吸收Cd 也有明显的抑制作用［3－7］。 但上述研究使用的硅肥和磷肥主要为钢渣和钙镁磷肥等碱性材料，研究结果表明，抑制作用的主要机理是提高土壤pH，同时肥料中的Ca2＋、Mg2＋与 Cd2＋共沉淀， 根表面 Ca2＋、Mg2＋和 Cd2＋竞争吸收也是抑制Cd 在作物体内积累的重要原因， 硅和磷在修复改良过程中的作用难以确定［6－13］。

为此，本研究使用磷酸二氢钠（NaH2PO4）和硅酸钠（Na2SiO3）分析纯试剂为改良剂，研究硅和磷对Cd 污染水稻土的修复改良作用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土样采自沈阳农业大学稻作室试验田。

研究所用的改良剂：磷酸二氢钠（NaH2PO4）和硅酸钠（Na2SiO3）分析纯试剂。

水稻品种：弯穗9741，由沈阳农业大学水稻研究所提供。

1.2 盆栽试验设计及测定方法

试验设计共12 个处理， 各处理3 次重复，装土 3 kg／盆，向其中加入外源 Cd（10 mg·kg－1），盆钵随机排列。 同时每盆施入尿素（N 46%）0.43 g·kg－1（70%基施，30%追施）；氯化钾（K2O 30%）0.25 g·kg－1。

具体处理为 C1（P：0.1 g·kg－1）、C2（P：0.5 g·kg－1）、C3 （P：1 g·kg－1）、C4 （P：2 g·kg－1）、C5（Si：2 g·kg－1，P：0.1 g·kg－1）、C6（Si：2 g·kg－1，P：0.5 g·kg－1）、C7（Si：2 g·kg－1，P：1 g·kg－1）、C8（Si：2 g·kg－1，P：2 g·kg－1）、C9 （Si：4 g·kg－1，P：0.1 g·kg－1）、C10（Si：4 g·kg－1，P：0.5 g·kg－1）、C11（Si：4 g·kg－1，P：1 g·kg－1）、C12（Si：4 g·kg－1，P：2 g·kg－1）。 处理中 Si 和 P 的量为 SiO2和 P2O5的量， 实际施入 NaH2PO4和Na2SiO3为其转化量。

水稻于五月下旬插秧，3 穴 ／盆、1 株 ／穴，生育期定量浇水，按常规管理。 水稻成熟后收获。 测定水稻根、茎叶、糙米中Cd 含量。

水稻植株中Cd 含量的测定： 采用湿式消解法，硝酸∶高氯酸（5∶1）消解，原子吸收分光光度法测定［14－15］。

2 结果

2.1 Si和P配合施入对水稻植株中Cd含量的影响

2.1.1 Si 和 P 配合施入对水稻根中 Cd 含量的影响 将采回的水稻根洗净泥土、烘干、磨碎，用硝酸－高氯酸消煮， 原子吸收光谱法测定镉含量，测定结果如表1 所示， 并对所测数据进行方差分析（表2），结果表明，使用不同用量的 Si 和P 对水稻根部吸收Cd 的影响是不同的。 与处理C1 相比， 各处理对水稻根系吸收Cd 均存在极显著差异的影响。 从表1 还可以看出，随着Si 和P 用量的增加水稻根中Cd 的含量减少， 这说明随着改良剂的加入，可以降低水稻根中Cd 的含量。 在配合施用时效果要好于单一施用时， 说明两种改良剂的交互作用为相互促进作用，明显降低了水稻根中 Cd 的含量。 处理 C12 时， 根中 Cd 含量最小。

表1 不同处理对水稻根中Cd 含量的影响 单位：mg／kg

表2 不同处理对水稻根吸收Cd 影响的方差分析

2.1.2 Si 和 P 配合施入对水稻茎叶中 Cd 含量的影响 将收获后的水稻茎叶风干、磨碎，用硝酸－高氯酸消煮，原子吸收光谱法测定Cd 含量，测定结果如表3 所示，并对所测数据进行方差分析（表4），结果表明，施用不同用量的Si 或P 对水稻茎叶吸收Cd 的影响是不同的。 与处理C1 相比，各处理对水稻茎叶吸收Cd 均存在极显著差异的影响，即添加不同质量的改良剂，将对水稻茎叶吸收Cd 产生一定的影响，同时各处理间均存在一定的差异性。从表中可以看出，随着单一改良剂用量的增加，水稻茎叶中的Cd 含量有降低的趋势。 在配合施用时效果要好于单一施用时， 明显降低了水稻茎叶中Cd 的含量。 茎叶中Cd 含量最小的处理为C12，趋势与根中Cd 含量大致相同。

表3 不同处理对水稻茎叶中Cd 含量的影响 单位：mg／kg

表4 不同处理对水稻茎叶吸收Cd 影响的方差分析

2.1.3 Si 和 P 配合施入对水稻糙米中 Cd 含量的影响 将收获后的水稻籽粒去皮、磨碎，用硝酸－高氯酸消煮，原子吸收光谱法测定Cd 含量，测定结果如表5 所示，并对所测数据进行方差分析（表6），结果表明，施用不同量的改良剂对水稻糙米吸收Cd 的影响是不同的。 与处理C1 相比，各处理对水稻糙米吸收Cd 均存在极显著差异的影响。糙米中Cd 的含量出现减少的趋势， 这说明添加这两种改良剂后能够降低糙米中Cd 含量。 在配合施用时效果要好于分别单一施用时， 说明两种改良剂的交互作用为相互促进作用， 明显降低了水稻糙米中Cd 的含量。 处理C12 改良剂用量时，糙米中Cd 含量最小。

2.2 Si和P对水稻幼苗与水稻成株吸收Cd的影响对比

2.2.1 Si 和 P 对水稻幼苗与水稻成株根中 Cd 含量的影响对比 由图1 可以看出，同一处理水稻成株根中Cd 含量比水稻幼苗根中Cd 含量高，这说明水稻根吸收Cd 量与水稻受Cd 胁迫时间有关，在水稻生长期内，水稻受Cd 胁迫时间越长，水稻根吸收Cd 量越大。

表5 不同处理对水稻糙米中Cd 含量的影响 单位：mg／kg

表6 不同处理对水稻糙米中吸收Cd 影响的方差分析

图2 为水稻幼苗与水稻成株根中Cd 含量增减率，由图可以看出，处理C12 比对照降低的百分率最大，而相同处理下，水稻成株根中Cd 含量降低的百分率大于水稻幼苗根中Cd 含量降低百分率。 这说明，Si 和P 对水稻根吸收Cd 的影响与水稻生长期长短有关，在水稻生长期内，水稻生长期越长， 两种改良剂对水稻根吸收Cd 的改良效果越好。

综上所述，水稻根吸收Cd 的量与Cd 胁迫时间有关，受Cd 胁迫时间越长，其吸收Cd 量越大。Si 和P 两种改良剂不能改变根吸收Cd 的整体趋势， 但随生长周期的延长，Si 和P 对水稻根吸收Cd 的改良率增大。

2.2.2 Si 和 P 对水稻幼苗与水稻成株茎叶中 Cd含量的影响对比 由图3 可以看出，同一处理下，水稻成株茎叶中Cd 含量比水稻幼苗茎叶中Cd含量高， 这说明水稻茎叶吸收Cd 量与水稻受Cd胁迫时间有关，在水稻生长期内，水稻受Cd 胁迫时间越长，水稻茎叶吸收Cd 量越大。

图4 为水稻幼苗与水稻成株茎叶中Cd 含量增减率，由图可以看出，处理C12 比对照降低的百分率最大，而相同处理下，水稻成株茎叶中Cd含量降低的百分率大于水稻幼苗茎叶中Cd 含量降低百分率。 这说明，Si 和P 对水稻茎叶吸收Cd的影响与水稻生长期长短有关，在水稻生长期内，水稻生长期越长，两种改良剂对水稻茎叶吸收Cd的改良效果越好。

3 小结

综上所述， 向土壤中添加硅酸钠和磷酸二氢钠后，随单一改良剂用量的增加，水稻各部位镉含量呈现降低的趋势， 且水稻对镉的吸收主要集中在根部，而向地上部位迁移降低。硅酸钠和磷酸二氢钠的配合施用改良效果更好。因此，配合添加硅肥和磷肥可以作为改良镉污染水稻土的一种措施，降低稻米对镉的吸收，为人类食用无污染稻米提供保障。