新型调理剂降低水稻镉、铅、砷、汞含量的研究

叶邦兴，侯海军，陈安磊，唐海明，赵月娅，龙永和，文承志，张佳喜

（1.桃源县漳江街道农业综合服务中心，湖南桃源 415700；2.中国科学院亚热带农业生态研究所，湖南长沙 410000；3.湖南省土壤肥料研究所，湖南长沙 410000；4.安化县仙溪镇农业综合服务中心，湖南安化 413521；5.桃源县农业农村局，湖南桃源 415700）

0 引言

重金属主要是指镉（Cd）、铅（Pb）、汞（Hg）、铬（Cr）以及类金属砷（As）等生物毒性较显著的金属，重金属非常难以被生物降解，相反却能在食物链的生物放大作用下成千、成百倍的富集，最后进入人体，其剧毒性对动物和人具有极大危害［1－3］。随着工业的迅速发展，受“三废”排放的影响，农用土壤重金属污染问题日趋严重。据1980年中国农业环境报告，我国农田镉污染面积为9 333 hm2。有报道认为，我国镉污染耕地面积达1.33万hm2［4］。水稻是我国重要的粮食作物，约有60%的人口以稻米为主食。水稻也是吸收镉最强的大宗谷类作物［5］。镉在稻田土壤中具有较强的迁移性和植物吸收隐蔽性（无表观症状），其土壤-植物-动物和人的迁移途径导致土壤镉污染向其他领域扩散，最终甚至危害人类健康。

镉污染农田的稻米质量安全显得尤为重要，如何切断重金属污染在农业生产领域的食物链途径，已成为该研究领域的热点问题之一，降低水稻中镉的积累有几种不同的途径。一是通过治理镉污染土壤。对于镉污染土壤的治理，通常采用改土法、电化法等工程措施以及调节土壤水分状况、增施有机肥等农艺调控措施［6］。二是在水稻不同生长时期，采取叶面喷施肥料等措施，阻止根系从土壤中吸收镉等重金属，叶面施肥的方式用肥量少，操作简单，但是目前没有好的叶面肥降低稻米中镉的含量。本研究以稻谷米粒形成研究基础，主要防控水稻体内的镉等重金属离子向谷粒中运输与积累，通过反复试验摸索出较优的配方，研究出合适的使用浓度和使用时期，易操作，成本少，在降低镉、铅、砷、汞方面效果显著。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验水稻品种为隆香优华占晚稻品种，由湖南隆平种业公司、中国水稻研究所、袁隆平农业高科技股份有限公司选育。依地酸二钠、N-对羟甲苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸钠、N-苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸钠由西安天正药用辅料有限公司提供，聚谷氨酸、甘氨酸、吐温-80由北京德瑞诺普生物科技有限公司提供，有机硅粉、糊精由常州鑫鸿新材料有限公司提供，纳米硅肥由衡水市格美微量元素有限公司提供。

1.2 试验区概况

于2019年3月到2019年12月在湖南省桃源县漳江街道高桥村进行试验。桃源县漳江街道高桥村位于湖南省西北部，地处东经111°23′52″，北纬28°53′53″，属中亚热带季风湿润气候。供试土壤为第四纪红粘土发育的水稻土，稻田的基本理化性质为pH值6.35，有机质含量35.22 g/kg，全氮0.16%，全磷0.03%，全钾1.3%，速效磷17.2 mg/kg，速效钾84.78 mg/kg，镉含量0.236 mg/kg，铅含量0.045 mg/kg、砷含量0.058 mg/kg，汞含量0.034 mg/kg。

1.3 研究方法

1.3.1 试验设计

1）不同处理对水稻籽粒中镉、铅、砷、汞含量的差异试验。采用随机区组排列的方法，1个小区面积40 m2，水稻采取育苗移栽、栽插规格20 cm×20 cm。试验设置如下5个处理：CK（喷施蒸馏水），处理1（依地酸二钠+N-对羟甲苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸钠+N-苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸钠+吐温-80+有机硅粉+糊精），处理2（依地酸二钠+N-对羟甲苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸钠+N-苯甲基-D-葡糖二硫代氨基甲酸钠+聚谷氨酸+甘氨酸+吐温-80+有机硅粉+糊精），处理3（依地酸二钠+聚谷氨酸+甘氨酸+吐温-80+有机硅粉+糊精+纳米硅肥），处理4（按照实施方案配制得到的新型调理剂NC。各处理之间施肥和水分管理保持一致。

2）不同喷施浓度对水稻籽粒中镉、铅、砷、汞含量的差异试验。采用随机区组排列的方法，1个小区面40 m2，水稻采取育苗移栽、栽插规格20 cm×20 cm。设计4个处理：CK（在抽穗期-灌浆期，喷蒸馏水），处理1（NC，在抽穗期-灌浆期，喷施时稀释600倍），处理2（NC，在抽穗期-灌浆期，喷施时稀释500倍），处理3（NC，在抽穗期-灌浆期，喷施时稀释400倍），处理4（NC，在抽穗期-灌浆期，喷施时稀释300倍）。各处理之间施肥和水分管理保持一致。

3）不同喷施时期对水稻籽粒中镉、铅、砷、汞含量的差异试验。采用随机区组排列的方法，1个小区面积40 m2水稻采取育苗移栽、栽插规格20 cm×20 cm。设计3个处理：CK（喷蒸馏水），处理1（水稻苗期，NC稀释400倍液，喷施1次），处理2（水稻分蘖期，NC稀释400倍液，喷施1次），处理3（水稻抽穗期-灌浆期，NC稀释400倍液，喷施1次）。

1.3.2 取样及样品分析

试验前采集基础土样，用于土壤基本理化性质分析。水稻成熟后，稻谷晒干，去糙粉碎。分析所用的试剂均为优级纯，分析器皿均以10%硝酸溶液浸泡过夜，以去离子水洗净。土壤全镉采用HNO3-HCLO4-HF（5：1：2，V/V）消煮，样品消煮完全后赶酸至近干，加少量稀硝酸溶液溶解后转移定容，水稻稻米Cd、Pb、As、Hg含量均采用ICP-MS法进行测定（iCap-Q，美国Thermo公司），其他指标采用常规方法测定。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel2007软件和SPSS13.0进行统计分析。

2 结果分析

2.1 不同处理对水稻籽粒中镉、铅、砷、汞重金属含量的差异影响

水稻喷施不同配方后，稻米中镉、铅、砷、汞重金属含量结果（表1）。可以看出：在抽穗期-灌浆期，喷施1次不同配方，处理1、2、3、4对降低稻米镉、铅、砷、汞重金属含量有一定的效果。其中，处理4（NC）防控效果最好，稻米镉降低89.4%，铅降低91.1%，砷降低72.4%，汞降低82.4%。

表1 不同配方在抽穗期-灌浆期喷施效果对比

2.2 不同浓度新型调理剂NC对水稻籽粒中镉、铅、砷、汞重金属含量的差异影响

水稻抽穗期-灌浆期喷施不同浓度的新型调理剂NC后，稻米中镉、铅、砷、汞重金属含量结果（表2）。可以看出，不同浓度的新型调理剂NC，在水稻抽穗期-灌浆期喷施1次，稀释400倍的效果更好，稻米镉降低89.6%，铅降低94.6%，砷降低85.7%，汞降低94.1%。

表2 不同浓度新型调理剂NC在抽穗期-灌浆期喷施效果对比

2.3 不同生长时期喷施新型调理剂NC对水稻籽粒中镉铅砷汞重金属含量的差异影响

在水稻苗期、分蘖期、抽穗-灌浆期分别喷施400倍液新型调理剂NC后，稻米中镉、铅、砷、汞重金属含量（表3）。可以看出，在水稻生长不同时期喷施1次新型调理剂NC，不重复喷施。其中，抽穗期-灌浆期喷施的防控效果最好，抽穗期-灌浆期喷施镉降低91.2%，铅降低97.6%，砷降低73.9%，汞降低87.5%。

表3 不同生长期喷施400倍液新型调理剂NC的效果对比

3 结语

综上所述，通过不同组合配比确定了复合材料制剂的配方，新型调理剂NC能显著降低（与对照）水稻部分元素含量。使用新型调理剂NC能有效降低稻米镉、铅、砷、汞等重金属含量，稻米中的镉含量降低89.4%，铅含量降低91.1%，砷含量降低72.4%，汞含量降低82.4%。在抽穗期-灌浆期，以1：400比例兑水喷施1次新型调理剂NC，能有效降低稻米中镉、铅、砷、汞等重金属含量。本研究操作简单，成本低，为降低稻米中的有害元素含量、提高稻米品质提供了一种有效的方法。