土壤调理剂和叶面阻控剂对稻谷重金属含量的影响

张登杰，杨 丹，张留全，刘雪梅，凌志锋，卢泓涛

（1.广东万山环境科技有限公司，广东广州 510655；2.沈阳化工大学，辽宁沈阳 110142）

近几十年来，由于工业化和城市化快速发展，我国部分农业土壤受到污染，重金属污染尤其严重。重金属污染在环境中具有毒性和持久性，会从土壤转移到田间生长的作物中，对人类健康造成威胁，已成为人们十分关注的问题。广东省是我国地区生产总值最高的省份，占全国经济产出的12%。然而，工业和经济的扩张导致广东省一些地区土壤环境恶化和农业退化。

农业土壤重金属污染不仅会使水稻减产，而且会使水稻籽粒重金属含量增加。大米作为中国人的主食之一，是重金属进入人体的主要途径，这对偏食大米的人群构成了很高的潜在健康风险。2016 年，我国制定《土壤污染防治行动计划》，对受污染的农业土壤进行安全利用及采取其他防控措施，为人们的健康提供保障[1]。耕地安全利用措施中，多见土壤调理剂、叶面阻控剂、微生物菌剂等产品，它们都可以减少重金属从土壤向作物的转移，在农作物安全生产中起着至关重要的作用[2]。但是，不同地域、不同功能与成分的产品对农作物累积重金属的影响不同，因此需要因地制宜地应用。为给广东省耕地安全利用项目提供指导用量及示范，以土壤调理剂和叶面阻控剂进行试验，探究相关药剂不同施用量对稻谷重金属含量的影响。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验在2021年进行，地点为广东省韶关市曲江区樟市镇流坑村，地理坐标为北纬24°56'、东经113°49'。

供试土壤基本理化性质：pH 值4.51，含有机质24.02 g·kg-1、全氮1.08 g·kg-1、水解性氮108.00 mg·kg-1、有效磷49.64 mg·kg-1、速效钾39.41 mg·kg-1。

供试水稻品种为当地特色水稻品种“马坝油粘”。土壤调理剂为广东省万山环境科技有限公司生产的“粤田牌土壤调理剂”，该土壤调理剂选用钼尾矿砂、通过新型高温活化技术制备，富含硅、钙、镁、钼等多种中微量元素，其中ω(CaO)≥20%，ω(MgO)≥12%，ω(SiO2)≥12%，pH值为10.0～12.0，利用镉、砷生理阻隔技术，抑制水稻对镉、砷的吸收与转运，从而达到降低水稻籽粒重金属含量的目的。叶面阻控剂为武汉诺威特农业技术有限公司生产的中量元素肥料，其中ω(SiO2)≥150 g·L-1，ω(K2O)≥220 g·L-1，ω(Na)≤10 g·L-1，ω(水不溶物)≤10 g·L-1，pH值为10.0～12.0。

1.2 试验设计

试验选在地势平坦、规则整齐且地力均匀的水田地块，划分为21个试验小区，每个小区30 m2（5 m×6 m）。施用土壤调理剂的地块用字母A 标记，施用叶面阻控剂用字母B 标记。对于早稻，A1、A2、A3 分别表示土壤调理剂施用量为50 kg/667 m2（低施加量）、100 kg/667 m2（中施加量）、200 kg/667 m2（高施加量），B1、B2 分别表示叶面阻控剂使用量为100 mL/667 m2、200 mL/667 m2，CK 表示不施用土壤调理剂和叶面阻控剂；对于晚稻，A1、A2、A3 分别表示土壤调理剂施用量为25 kg/667 m2（低施加量）、50 kg/667 m2（中施加量）、100 kg/667 m2（高施加量），B1、B2 分别表示叶面阻控剂施用量为100 mL/667 m2、200 mL/667 m2，CK 表示不施用土壤调理剂和叶面阻控剂。以上条件交叉设计，共7 个处理，每个处理重复3 次，采用随机区组，处理小区分布如图1 所示。各处理小区管理遵循“最适”和“一致”原则，与周围大面积生产一致。各处理小区其他各项管理措施一致，且符合生产要求，由专人在同一天内完成。

图1 试验小区设计平面图

1.3 样品采集与处理

水稻成熟期，对每个小区水稻进行测产。测产后每个小区分别取稻谷1 kg 左右，按国家标准方法《食品安全国家标准 食品中铅的测定》（GB 5009.12—2017）、《食品安全国家标准 食品中镉的测定》（GB 5009.15—2014）、《食品安全国家标准食品中总砷和无机砷的测定》（GB 5009.11—2014）检测稻谷中铅、镉、砷的含量。

1.4 数据分析

所有数据用Excel 2013软件制图。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调理剂和叶面阻控剂施加量对稻谷中砷含量的影响

如图2 所示，不同处理下的稻谷中总砷含量均小于无机砷限量值0.35 mg·kg-1，符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2022）中的限量要求，但不同处理下稻谷中砷含量略有不同。与对照组（CK）相比，早造水稻中，仅A1B1、A3B1、A3B2 三组稻谷中砷含量低于对照，其中A3B2 降幅最大，但仅下降7.1%；晚造水稻中，A2B1 处理稻谷中砷含量相较于对照组（CK）降幅约18.5%，A1B2 处理中稻谷砷含量降幅约15.8%，其余小区水稻稻谷中砷含量均大于或等于对照组。说明不同施加量的土壤调理剂或叶面阻控剂对砷的阻控作用较弱，但高施加量的2个土壤调理剂处理组均能让早稻和晚稻稻谷中的砷含量均低于对照组。

图2 不同处理下稻谷中的砷含量

2.2 不同土壤调理剂和叶面阻控剂施加量对稻谷中镉含量的影响

由图3 可以看出，各处理小区早、晚造稻谷的镉含量相对于对照组均有较大降幅，早造处理中降幅最大的为A3B2 处理，达71.26%，且早造稻谷中镉含量均小于0.2 mg·kg-1，符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》（GB 2762—2022）要求。晚造稻谷各小区处理中，仅A1B2、A3B1、A3B2 处理的稻谷镉含量小于0.2 mg·kg-1，符合食品安全国家标准，其中A3B2处理稻谷中镉含量最低，与对照组相比降幅达61.1%，说明高施加量的土壤调理剂和高施加量的叶面阻控剂配施处理均能让早稻和晚稻中镉含量大幅下降。

图3 不同处理下稻谷中的镉含量

对照组的晚稻镉含量明显超标，各处理小区的稻谷中镉含量均显著小于对照组，说明土壤调理剂或叶面阻控剂对镉的阻控作用较强。

水稻籽粒镉积累量一般表现为特种稻＞常规早稻＞三系晚杂＞两系晚杂＞常规晚稻＞常规粳稻＞爪哇稻[3]。但如图3 所示，本研究结果表现为镉含量早稻＜晚稻。也有研究与本试验结果一致[4]。这说明并不是所有品种的水稻稻谷镉含量规律都是早稻＞晚稻。

2.3 不同土壤调理剂和叶面阻控剂施加量对稻谷中铅含量的影响

如图4 所示，各处理试验小区稻谷铅含量均小于0.2 mg·kg-1，符合食品安全国家标准。早稻处理中，不同处理间稻谷中铅含量由高到低分别为A3B1＞CK＞A3B2＞A2B1＞A1B2＞A2B2＞A1B1。除A3B1 稻谷中铅含量与对照组相比增加了36.1%外，其余处理相对于对照组均有不同程度的降低，其中A1B1 和A2B2处理组稻谷中铅含量最低，降幅在48%左右。晚稻不同处理下稻谷中铅含量均小于对照组，由高到低分 别 为 CK＞A3B2＞A1B1＞A1B2＞A2B1＞A2B2＞A3B1，相比对照组铅含量均有一定量的降低，其中A3B1 降幅最大，为54.57%。A3B1 处理使得早稻稻谷中铅含量在所有处理中最高，使得晚稻稻谷中铅含量在所有处理中最低。引起此现象的原因需进一步研究探讨。

图4 不同处理下稻谷中的铅含量

2.4 产量

由图5 可知，早晚稻各处理小区水稻的667 m2产量具有同样的规律，各处理水稻667 m2产量由高到低为 A3B2＞A3B1＞A2B2＞A2B1＞A1B2＞A1B1＞CK。低用量土壤调理剂和叶面阻控剂处理A1B1 相对于CK，水稻667 m2产量增加5.53%～6.03%；中用量土壤调理剂和叶面阻控剂A2B2 处理相对于CK，水稻667 m2产量增加7.59%～8.00%；高用量土壤调理剂和叶面阻控剂A3B2 处理相对于CK，水稻667 m2产量增加13.23%～15.60%，这说明土壤调理剂和叶面阻控剂配施具有显著增产作用，且用量越高，增产效果越好，这与前人研究结果一致[5-6]。

图5 不同处理下稻谷的产量

3 结论与讨论

通过21组大田小区试验，对早稻和晚稻分别使用3种剂量的土壤调理剂和2种剂量的叶面阻控剂对抑制水稻吸收重金属效果的影响进行研究。结果表明，高施加量的2 个土壤调理剂处理组均能让早稻和晚稻的稻谷中砷含量低于对照组；高施加量的土壤调理剂和高施加量的叶面阻控剂配施处理均能让早稻和晚稻中镉含量降幅最大；通过施加土壤调理剂和叶面阻控剂能让超标稻谷中镉含量均小于0.2 mg·kg-1，符合《食品安全国家标准 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）。施用土壤调理剂和叶面阻控剂配施对水稻吸收重金属砷、镉、铅均有一定的抑制作用，高施加量下稻谷中镉含量最高降幅达71.3%；同时具有增产作用，且一定范围内用量越高，增产效果越好。