不同叶面阻控剂对土壤和稻米降镉效果的影响

刘登彪，刘建华，苗雪雪，罗先富

（1.湖南高岭环保科技有限公司，湖南 长沙 410000；2.湖南省水稻研究所，农业部长江中下游籼稻遗传育种重点实验室，湖南 长沙 410125）

土壤是万物之本，耕地为人类的命脉[1]，然而我国土壤尤其是耕地土壤环境质量堪忧[2]，主要表现为镉、镍、铜等重金属的污染日益严重。镉（Cd）是生物毒性最强的重金属元素之一，具有长期性、稳定性、不降解等特性，一旦进入土壤，很难再将其从土壤中移除，将对土壤微环境、作物及人类健康造成严重的影响[3-4]。有研究表明，镉进入人体后，不但会对肾脏造成不可逆性的损害，还会对骨骼造成严重的毒害，导致骨质软化、疏松，引起痛痛病[5]。因此，解决土壤重金属镉的污染问题迫在眉睫。

目前，农田重金属的修复技术主要有物理、化学、生物和农业生态修复等方法[6]，其中在湖南地区应用比较广泛的化学修复方法，主要是添加土壤调理剂和喷施叶面阻控剂等。叶片是水稻最重要的根外营养器官，可以吸收外源物质，并将营养物质转运到各部位[7]。通过喷施叶面阻控剂能够调控作物对重金属的吸收，进而降低稻米中镉含量[8]。现有的叶面阻控剂分为3大类：非金属元素型叶面阻控剂、金属元素型叶面阻控剂和有机型叶面阻控剂。该试验的叶面阻控剂是由含有硅、硒、钼等有效成分的材料组成，是非金属和金属性混合元素型叶面阻控剂。通过叶面喷施的方式，运用植物蒸腾作用，减少运输途径，防止重金属从作物茎叶继续向籽粒运输转移。植物体对硅等有效成分的吸收，能够有效抑制对有效态镉的吸收。产品以其可溶性高、吸收好、重金属阻抗见效快等优点，既能作为作物的营养元素提供者，又对作物增产增收具有良好效果。通过设置6种不同配比的叶面阻控剂，研究其对土壤pH值、全镉、有效态镉以及稻米中镉含量的影响，为镉污染稻田安全修复生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验区域为湘潭县和长沙县示范基地，供试土壤为河流冲积物发育的河沙泥，两个试验地点土壤的基本理化性质见表1。

表1 土壤基本理化性质

湘潭县供试品种为金优59，长沙县供试品种为H优518，品种均为当地农户常规种植品种。叶面阻控剂均为自主研制配方，处理1、2、3、4、5、6所用叶面阻控剂均是由含有硅、硒、钼等有效成分的材料组成。

1.2 试验设计

田间试验小区采取单因素随机区组设计，4次重复。设置空白对照（CK）、叶面阻控剂处理1、处理2、处理3、处理4、处理5、处理6共7个处理。各小区面积为20.0 m2，田间小区每个长5.0 m、宽4.0 m，小区埂下宽0.3 m，小区埂高出田面0.1 m，共28个小区。做完小区埂后，在小区埂上盖地膜，地膜幅宽0.8 m，防止小区间串肥串水。根据两地土壤性质及常规种植习惯，长沙县添加氮磷钾40%（N-P2O5-K2O=22-8-10）复合肥，每小区1 kg作为基肥；湘潭县添加氮磷钾45%（N-P2O5-K2O=15-15-15）的复合肥，每小区2 kg作为基肥。湘潭县将水稻种子浸种、催芽后，于7月24进行直播；长沙县于6月23日育秧，7月28日移栽，密度18×20株，每株移栽3～5苗。病虫草及鼠雀害按常规方法防治。按照试验设计，分别于水稻分蘖期、孕穗期喷施叶面阻控剂。每小区现场量取100 mL叶面阻控剂浓缩母液加水稀释至5 L，各叶面阻控剂通过喷雾器来回均匀的喷施到对应处理小区的水稻叶面上，对照小区直接用5L水进行喷施。

1.3 考察指标及方法

土壤样品：稻谷成熟期时采集每个小区土壤样品，采集时各小区按S形曲线，采用5点取样法，采集深度0～20 cm，并混合成混合样，采集量约1 kg。取样土壤在室内自然风干，除去土壤中的石块、植物根系和凋落物等，并研磨过筛，测定指标为pH值、全镉和有效态镉。土壤的pH值参照《土壤农业化学分析方法》，土壤中全镉和有效态镉分别参考国家标准GB/T 17141—1997和 GB/T 23739—2009进行分析检测。

1.4 数据分析

数据采用SPSS 18.0软件进行相关数据的统计分析，设定5%的显著性水平，运用单因素随机区组方差分析，并用Duncan氏法进行平均值间的多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同叶面阻控剂对污染水稻土pH值的影响

湘潭县和长沙县的土壤pH值均偏酸性，针对当地土壤pH值背景值在5～6之间的情况，该试验叶面阻控剂配方能够适当提高土壤pH值的成分，2次喷施过程中会有部分洒落在土壤中，从图2中可以看出湘潭县田间试验处理1、处理3、处理6的pH值较CK显著提高，存在显著性差异。处理2、处理4和处理5虽然与CK差异不显著，但均不同程度提高了土壤的pH值。各处理pH值提升率为3.77%～16.51%，其效果排序为处理6＞处理1、3＞处理4＞处理2＞处理5＞CK，处理6提升效果最佳。

图2 湘潭县不同叶面阻控剂对土壤pH值的影响

从图3中可以看出，长沙县各小区除处理6与CK存在显著性差异外，其他叶面阻控剂处理与CK无显著性差异，其效果排序为处理6＞处理1＞处理2＞处理4＞CK＞处理3＞处理5，其中处理6提升效果最佳，pH值提升率高达32.21%。

图3 长沙县不同叶面阻控剂对土壤pH值的影响

2.2 不同叶面阻控剂处理对污染水稻土中全镉、有效态镉含量的影响

从图4中可以看出，湘潭县各小区的土壤全镉含量与CK无显著性差异，各小区全镉含量范围为0.3575～0.4100 mg/kg。各试验小区经过2次喷施叶面阻控剂后，与CK相比，各处理小区土壤中有效态镉含量均显著降低，但施用叶面阻控剂的各处理之间没有显著性差异。土壤中有效态镉的降镉率为19.05%～29.76%，其降镉效果排序为处理6＞处理3＞处理1＞处理4＞处理5＞处理2。处理1、处理3、处理6降镉率均在25%以上。

图4 湘潭县不同叶面阻控剂对土壤全镉、有效态镉含量的影响

从图5中可以看出，长沙县各小区的土壤全镉含量在叶面阻控剂处理4与CK之间存在显著性差异，其他叶面阻控剂的处理与CK之间均无显著性差异。各小区全镉含量范围为0.3375～0.3875 mg/kg。

图5 长沙县不同叶面阻控剂对土壤全镉、有效态镉含量的影响

各试验小区经过2次喷施叶面阻控剂后，对土壤中有效态镉有不同程度的降低效果，但较CK处理没有显著性差异，降镉效果不明显；土壤中有效态镉的降镉效果排序为处理2＞处理6＞处理3＞处理4＞CK＞处理1＞处理5，最大降镉率为6.85%。

2.3 不同叶面阻控剂处理对稻米中镉含量的影响

从图6中可以看出，除处理3外，其他各叶面阻控剂处理对湘潭县晚稻稻米中镉含量均存在显著性差异，降镉效果非常明显。各叶面阻控剂处理对稻米中镉含量范围为0.160 3～0.660 3 mg/kg；降低率为23.10%～75.73%，其降镉效果排序为处理6＞处理4＞处理1＞处理5＞处理2＞处理3。叶面阻控剂处理6效果最好，降镉率达75.73%；处理1、处理4降镉率均超过了65%；处理2和处理5降镉率均超过了55%。

图6 湘潭县不同叶面阻控剂对稻米镉含量的影响

从图7中可以看出，各叶面阻控剂处理4和处理6对长沙县晚稻稻米中镉含量与其他处理存在显著性差异外，其他各处理之间没有显著性差异。其降镉效果排序为处理6＞处理5＞处理1＞处理3＞处理2＞处理4。叶面阻控剂处理5和处理6降镉率分别为10%和27%。

图7 长沙县不同叶面阻控剂对稻米镉含量的影响

结合图6和图7可以看出，各叶面阻控剂均有不同程度的降镉效果，尤其是叶面阻控剂处理6降镉效果非常显著，两地试验降镉率分别高达75.73和27%。湘潭县各叶面阻控剂降镉效果非常明显，且比较稳定，但长沙县试验降镉效果不明显，且不稳定。

3 结 论

（1）湘潭县田间试验处理1、处理3、处理6的pH值较CK显著提高，存在显著性差异。处理2、处理4和处理5虽然与CK没有显著性差异，但均不同程度提高了土壤的pH值。长沙县各小区除处理6与CK存在显著性差异外，其他叶面阻控剂处理与CK无明显差异。

（2）各叶面阻控剂对土壤中全镉含量除长沙县试验处理4与CK存在显著性差异外，其他各处理与CK均不存在显著性差异，对土壤中全镉含量没有显著影响。

（3）湘潭县各叶面阻控剂处理对稻米中镉含量降低率范围为23.10%～75.73%，叶面阻控剂以处理6效果最好，降镉率达75.73%，处理1、处理4降镉率均超过了65%。长沙县晚稻稻米中镉含量降镉效果处理6最好，为27%。

4 讨 论

通过该试验可以得出：叶面阻控剂处理6可作为后续叶面阻控剂重点开发产品，进一步优化配方中硅、硒、钼等有效成分的比例，研发出适合湖南酸性土壤且易溶解、易吸收、低成本、稳定的、兼具有增产增收效果的叶面阻控剂。植物通过蒸腾作用，减少运输途径，防止重金属从作物茎叶继续向籽粒运输转移；促进植物体对硅等有效成分的吸收，有效抑制其对有效态镉的吸收。下一步研究方向可以考虑与其他物理、化学、生物修复技术联合应用，如采用土壤添加土壤调理剂+叶面喷施阻控剂的组合修复方式，探讨土壤调理剂和叶面阻控剂联合对镉污染农田土壤的修复效果。