不同叶面肥对稻米重金属含量的影响

刘静李筑江王萍代良羽付天岭何腾兵1,周凯

(1.贵州大学农学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省农业生态与资源保护站，贵州 贵阳 550001；3.贵州大学新农村发展研究院，贵州 贵阳 550025；4.开阳县农业农村局，贵州 开阳 550300)

叶面肥对作物重金属吸收的调控主要表现在2个方面，调节作物生理代谢和增强耐重金属能力。在植物体内与重金属发生反应，阻止重金属向细胞质和籽粒等关键部位转移[1]。叶面施用氨基酸可以提高植物的叶绿素、生物量等生理指标，同时可以进一步增加抗氧化酶活性，减少作物中各部位中镉的累积[2]。叶面肥能降低镉对水稻的氧化胁迫，增强水稻的抗氧化系统对超氧自由基的清除能力，从而降低细胞膜脂化水平[3]。锌可以与镉竞争一个吸附位点，从而使得植物组织中的镉区室化，增加了植物生物量与酶活性，从而拮抗植物对镉的吸收。铁的施用可以在植物根区产生铁斑块，抑制植物对镉的吸收。适当在水稻叶面上施用硒或硅可以降低转运系数较高的水稻根茎中的镉含量[4]。在适宜的浓度范围内施加外源硒，可以降低番茄中镉和铅的含量，促进番茄生长发育，提高产量[5]。叶面施用纳米硅可以抑制水稻中镉的转运，通过抑制镉从根部到最上部以及从最上部到穗轴的转运，使得水稻中镉大多集中于水稻的最上部节点。且有效促进K、Mg、Fe从最上部至穗轴的转运，从而降低镉的生物富集风险[6]。叶面施用有机酸，可以在镉胁迫下保护莴苣的光合器官，提高抗氧化酶活性，增强有益元素(如Fe、Zn、Mn)从根到茎的转运，从而抑制镉的吸收[7]。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验区域平均海拔1100～1200m，森林覆盖率45%；气候温和湿润，年平均气温10.5～12.6℃，常年平均降雨量为1250～1420mm；成土母质为石灰岩风化物发育的黄壤，土壤类型为水稻土。土壤基本理化性状详见表1，受试土壤为粉砂质壤土。土壤镉元素含量为0.83mg·kg-1、稻米镉元素含量为0.37mg·kg-1。

表1 受试土壤基本理化性质

1.2 试验材料

叶面肥：1号采用自行配制的硅肥(Y1)。制备时将1.14mL原硅酸四乙酯与超纯水按1.14∶1.1的比例混合后，缓慢加入22mL乙醇及0.5mL盐酸，在室温下搅拌2h后，将溶液加热至46℃搅拌6h，然后用去离子水将所得溶液稀释至1L，得浓度为2.5mmoL的硅溶液；2号采用自行配制的锌-赖氨酸混合材料(Y2)。制备时将1moL赖氨酸、1moL七水合硫酸锌溶入超纯水中，调节pH至4.5，加热至80℃持续搅拌，风干后得乳白色固体；3号采用自行配制的铁-赖氨酸混合材料(Y3)。制备时将1moL赖氨酸、1moL七水合硫酸亚铁溶入超纯水中，调节pH至4.5，加热至80℃持续搅拌，风干后得暗金色粉状晶体；4号是市场上购买的硒肥(Y4)。

1.3 试验设计

1.3.1 小区设置

叶面肥设置5个处理，即CK、Y1、Y2、Y3、Y4，3次重复，共15个小区。每个试验小区面积均为20m2。均采取完全随机排列。

1.3.2 小区试验

叶面肥分别在分蘖期、抽穗期、灌浆期进行喷施。施用时，取Y1硅溶液400mL，加6mL吐温-20，定容至6L，每个小区施2L，平均喷施4.44L·667m-2；取Y2锌-赖氨酸固体600mg，加6mL吐温-20，稀释到6L，每个小区施2L，平均喷施6.67g·667m-2；取Y3铁-赖氨酸固体201mg，加6mL吐温-20，稀释到6L，每个小区施2L，平均喷施2.23g·667m-2。Y4号叶面肥按照使用说明取90mL，加4.5mL吐温-20，定容至4.5L，每个小区施1.5L，喷施3个小区，平均喷施1L。秧苗移栽前后田间按照统一管理方式进行管理。

1.4 样品采制测定过程

水稻收获前1～3d，采用5点取样法采集土壤、植株样品。每个分样点采集离土壤最近的整株稻穗，每个处理小区采集5株稻穗，装入网袋中保存。同时对应水稻点位采集土壤样品2.5kg。采集的水稻植株样品带回实验室风干后将水稻籽粒分离出来，70℃烘干至恒重，用不锈钢粉碎机粉碎。土壤样品风干后磨碎，分别过2mm、0.15mm尼龙筛，装入塑料袋备用。土壤、稻米样品均检测镉、汞、砷、铅、铬含量，镉、铅、铬采用电感耦合等离子体质谱法测定，汞、砷采用原子荧光法进行测定，土壤pH用pH计测定。

1.5 数据处理与分析

数据处理参考《农田土壤环境质量监测技术规范》(NY/T395-2012)[8]中的实验室分析结果数据处理方法进行数据处理，采用Microsoft Office Excel 2010和SPSS 23.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 对土壤pH值及水稻产量分析

Y1、Y2、Y3、Y4对应土壤pH值分别是6.38、6.28、6.32、6.38，相比喷施叶面肥前的土壤pH值6.51变化不大，差异不显著。Y3、Y4叶面肥降低水稻产量，减产率分别为13.3%、3.62%，Y3减产率超过了《耕地污染治理效果评估准则》(NY/T 3343-2018)[9]中规定的“治理区域农产品单位产量与治理前同等条件对照相比减产幅度应小于或等于10%”。Y1、Y2叶面肥增加水稻产量，分别增产4.82%、10.8%。

2.2 对稻米重金属含量的影响

2.2.1 对镉的影响

如表2所示，对照CK中土壤Cd平均含量是0.792mg·kg-1，对秧苗喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应土壤中Cd平均含量分别是0.747mg·kg-1、0.779mg·kg-1、0.803mg·kg-1、0.747mg·kg-1，均高于农用地土壤污染风险筛选值中镉元素限量值(0.4mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。对照CK稻米镉含量是0.439mg·kg-1。对秧苗喷施4种叶面肥后，对应稻米Cd含量分别是0.488mg·kg-1、0.199mg·kg-1(略低于食品中Cd元素限量值0.2mg·kg-1[10])、0.489mg·kg-1、0.212mg·kg-1。Y1提高稻米Cd含量，Y2显著降低稻米Cd含量，Y3提高稻米Cd含量，Y4显著降低稻米Cd含量。4种叶面肥中，Y2、Y4能显著降低稻米Cd含量。

表2 不同叶面肥对土壤和稻米降镉率的影响

2.2.2 对汞的影响

如表3所示，对照CK中土壤Hg含量平均值为0.169mg·kg-1，喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应土壤中Hg平均含量分别是0.197mg·kg-1、0.166mg·kg-1、0.143mg·kg-1、0.173mg·kg-1，均低于农用地土壤污染风险筛选值中汞元素限量值(0.5mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。对照CK稻米Hg含量平均值为0.0023mg·kg-1。喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应稻米Hg含量分别为0.0023mg·kg-1、0.0027mg·kg-1、0.0023mg·kg-1、0.0027mg·kg-1，均低于食品中Hg元素限量值(0.02mg·kg-1)。Y2、Y4提高稻米Hg含量，Y1、Y3对稻米Hg含量几乎无影响。进一步分析可知，4种叶面肥中，Y2、Y4提高稻米Hg含量；Y1、Y3对稻米Hg含量几乎无影响。

表3 不同叶面肥对土壤和稻米降汞率的影响

2.2.3 对砷的影响

如表4所示，对照CK中土壤As平均含量是10.1mg·kg-1，对秧苗喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应土壤中As平均含量分别是7.70mg·kg-1、6.33mg·kg-1、9.47mg·kg-1、7.51mg·kg-1，均低于农用地土壤污染风险筛选值中砷元素限量值(30mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。对照CK稻米As含量是0.124mg·kg-1。喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应稻米As含量分别是0.110mg·kg-1、0.100mg·kg-1、0.083mg·kg-1、0.116mg·kg-1，均低于食品中As元素限量值(0.5mg·kg-1)。4种叶面肥均能降低稻米As含量，分别降低11.3%、19.4%、33.1%、6.45%，其中Y3差异显著。从稻米As含量影响来看，Y3效果较好，其次是Y2，最后是Y3、Y4。进一步分析可知，Y1、Y2、Y34种叶面肥均能降低稻米As含量。

表4 不同叶面肥对土壤和稻米降砷率的影响

2.2.4 对铅的影响

如表5所示，对照CK中土壤Pb平均含量是65.7mg·kg-1，对秧苗喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应土壤中Pb含量平均值分别是65.1mg·kg-1、71.1mg·kg-1、77.4mg·kg-1、65.3mg·kg-1，均低于农用地土壤污染风险筛选值中铅元素限量值(100mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。对照CK中稻米Pb平均含量是0.016mg·kg-1。对秧苗喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应稻米Pb含量分别是0.008mg·kg-1、0.008mg·kg-1、0.015mg·kg-1、0.006mg·kg-1，均低于食品中Pb元素限量值。稻米中Pb含量均有所下降，分别降低50%、50%、6.25%、62.5%。Y1、Y2、Y4显著降低稻米Pb含量，Y3差异不显著。

表5 不同叶面肥对土壤及稻米降铅率的影响

2.2.5 对铬的影响

如表6所示，对照CK对应土壤Cr平均含量是65.2mg·kg-1，对秧苗喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应土壤中Cr平均含量分别是65.0mg·kg-1、70.2mg·kg-1、65.1mg·kg-1、67.8mg·kg-1，均低于农用地土壤污染风险筛选值中铬元素限量值(250mg·kg-1，5.5﹤pH≤6.5)。对照CK稻米Cr含量是0.196mg·kg-1。对秧苗喷施4种叶面肥后，Y1、Y2、Y3、Y4对应稻米Cr含量分别是0.184mg·kg-1、0.207mg·kg-1、0.215mg·kg-1、0.200mg·kg-1，均低于食品中Cr元素限量值。4种叶面肥对稻米Cr含量影响不同，Y1降低稻米Cr含量，降低6.12%；Y2、Y3、Y4提高稻米Cr含量，分别提高5.61%、9.69%、2.04%，差异不显著。

表6 不同叶面肥对土壤及稻米降铬率的影响

3 结论与讨论

3.1 结论

4种叶面肥对土壤酸碱度无影响。Y2对应水稻每667m2产量比空白小区产量降低13.3%，其余3种叶面肥对水稻产量影响不大。Y2降低稻米镉含量，使稻米镉含量降低54.7%。有研究表明，锌是植物生长的必需微量元素，在植物体内与镉表现为拮抗作用，能有效抑制根系对镉的吸收和转运，且锌与镉竞争水稻细胞膜表面的吸收位点，当锌的吸收量增加时，镉的吸收量就会减少[11,12]。此外，锌与镉在植物体内利用相同转运蛋白运输，当植物体内锌含量增加时，与镉竞争此类转运蛋白上的重金属结合位点，最终将导致植物体内的镉含量减少[1]。锌肥的施用在增加水稻产量的同时，降低了稻米中的镉含量[13,14]。Y1与Y3均提高稻米镉含量。结果表明，Y2、Y4能降低稻米镉含量，Y2能将稻米镉含量降低到限量值范围之内，Y2是本试验中最佳的叶面肥。4种叶面肥对其余重金属元素影响不大，稻米中4种重金属元素均在标准限值范围之内。

3.2 讨论

本文中的试验措施存在很多不确定因素，均是小区试验，同一块田分隔的小区，小区与小区之间存在土壤重金属检测值波动较大问题，田间误差较大，干扰因素较多，数据波动较大。建议在以后的研究中设定特定条件或者开展盆栽试验，针对性研究存在争议地方的问题，找到切实可行的措施减少水稻对重金属元素的吸收，并结合水稻的生理抗性机理和解毒机制进行综合调控，以解决目前农产品安全问题。