螯合生物肥对晚籼稻籽粒镉吸收的抑制效果

许艳霞，倪小英，陈志军，邓志坚，黄 力，杨 静，胡飞俊

（湖南省粮油产品质量监测中心，稻谷及副产物深加工国家工程实验室，湖南 长沙 410201）

螯合生物肥对晚籼稻籽粒镉吸收的抑制效果

许艳霞，倪小英，陈志军，邓志坚，黄 力，杨 静，胡飞俊

（湖南省粮油产品质量监测中心，稻谷及副产物深加工国家工程实验室，湖南 长沙 410201）

采用大田试验，研究了在镉污染稻田中喷施螯合生物肥对晚籼稻籽粒镉含量、品质指标及千粒重的影响。结果表明：喷施螯合生物肥可有效降低晚籼稻籽粒的镉含量，最高降幅达79.81%；晚籼稻的品质指标及千粒重不受螯合生物肥的影响。同时，研究还分析了不同水稻品种及不同试验点喷施螯合生物肥后稻谷籽粒降镉幅度的差异。结果表明：螯合生物肥的降镉效果受稻谷产地及品种的显著影响，应针对水稻产地的土壤条件及水稻品种进行螯合生物肥的配方施肥，以最大限度降低稻谷籽粒对镉的吸收。

螯合生物肥；晚籼稻；籽粒；镉含量

镉是人体非必需元素，具有强烈致畸致癌作用，可通过食物链进入人体，长期摄入镉超标食品可导致人出现镉中毒病症[1]，严重可致死亡。我国60%的居民以稻米为主食，稻米质量安全关乎国计民生。然而，随着土壤重金属污染情况加剧，我国稻米镉污染形势不容乐观，全国大部分地区均报道有稻米镉污染事件，“镉大米”分布之广，严重危害社会安定，引起了社会的广泛关注。土壤镉污染是引起稻米镉污染的主要原因，但目前土壤镉污染还没有有效的治理措施，研究镉污染稻田中稻米镉含量的控制技术，是目前减少镉污染稻米的最有效途径，对维护我国粮食安全意义重大。

水稻品种、水稻种植过程中的施肥情况和水分管理情况是影响水稻镉吸收的主要因素。因此，在稻谷耕作过程中可通过水稻低镉品种筛选[2]、施肥管理（改良剂）[3-5]、水分管理[6]等措施减缓稻谷对镉的吸收，其中施肥管理（改良剂）研究得最多。

螯合肥含有大量微量元素，在增加作物产量、提高作物品质等方面应用较多[7]。有益微量元素可通过拮抗作用降低作物对重金属的吸收，如硅肥、锌肥降低水稻镉吸收的研究早有报道[8-9]。笔者通过大田试验研究了一种全液态螯合生物肥对晚籼稻籽粒镉吸收的抑制作用，以期为稻米镉污染治理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种见表1。供试螯合生物肥为全液态多元素螯合肥（深圳市康松漾贡投资管理有限公司）。主要试验设备有NX-100F食品重金属检测仪（钢研纳克检测技术有限公司）和DA7200近红外分析光谱仪（瑞典波通公司）。

1.2 试验设计

1.2.1螯合生物肥对镉污染土壤水稻生产的影响为研究不同镉污染程度稻田上螯合生物肥的作用效果，根据湖南省各市州稻谷镉污染情况，在湖南省内6个地市选取了6个镉污染程度不同的试验点，如表1所示。每个试验点根据种植的水稻品种，每个水稻品种设空白对照（CK）和螯合生物肥（JQ）2个处理，考察螯合生物肥对试验点土壤镉含量以及水稻籽粒镉含量、千粒重和稻米品质的影响。螯合生物肥喷施方法：按1︰500的比例将鳌合生物肥用水稀释，混匀；按300 L/667m2的喷施量，在水稻的秧苗返青期、分蘖期、扬花期和灌浆期4个阶段分别喷施1次。其他种植条件完全一致。每个处理3次重复，随机区组排列，每个小区面积6 667 m2。

表1 各试验点的基本情况

1.2.2水稻品种对螯合生物肥降镉效果的影响分别在1#、2#和4#试验点设置不同品种的对照试验，每个试验点除水稻品种不同外，确保其他条件完全相同。1#试验点设置华优香占和威优644两个品种，2#试验点设置湘晚籼12号和沁香1号两个品种，4#试验点设置华优香占和倒种春两个品种，考察喷施螯合生物肥后水稻籽粒的降镉率。

1.2.3生产环境对螯合生物肥降镉效果的影响以华优香占、湘晚籼12号、倒种春3个水稻品种为试验对象，每个品种随机选择2个不同的试验点进行试验，考察不同生产环境下同品种水稻喷施螯合生物肥后籽粒的降镉幅度。

1.3 指标测定及方法

1.3.1样品采集水稻成熟后在试验田直接采集稻谷籽粒。每个小区按梅花布点方式设5个取样点，在5个取样点割取稻穗，脱穗混匀，取稻谷籽粒，作为一个试验样品。

1.3.2镉含量的测定稻谷样品自然晾干，脱壳、粉碎，全部过20目筛制成糙米粉，利用NX-100F食品重金属检测仪测定稻谷籽粒镉含量。

1.3.3千粒重的测定稻谷样品混匀后，每份样品随机选取500粒饱满籽粒，用百分之一天平称取质量，记为m，稻谷千粒重即为2m。

1.3.4品质指标的测定稻谷样品自然晾干，利用近红外光谱仪直接测定，蛋白质和直链淀粉含量以干基计。

1.4 数据处理与统计分析

所有数据分析均采用Excel 2007和SPSS10.0软件进行处理分析。稻谷中的镉含量主要来源于土壤，有研究结果表明，土壤的镉含量与作物对镉的吸收和累计显著正相关[10]。课题组将不同试验点采集的稻谷样品处理成糙米后，利用X射线荧光光谱法测定了糙米样品的镉含量，考察了不同试验点稻谷镉含量与对应土壤镉含量的关系。

2 结果与分析

2.1 稻谷籽粒镉含量与土壤镉含量的相关关系

由表2可知，稻谷镉含量与土壤镉含量显著正相关，与文献报道的结论一致。进一步对稻谷镉含量与土壤镉含量进行回归分析，稻谷镉含量y（mg/kg）与土壤镉含量x（mg/kg）之间的线性回归方程为：y=0.58x+0.017 （n=6，R2=0.923 9）。该回归方程说明，稻谷镉含量随土壤镉含量的增加而增加，稻谷镉含量与土壤镉含量呈极显著正相关。

表2 水稻籽粒镉含量与土壤镉含量 （mg/kg）

2.2 螯合生物肥对镉污染土壤水稻生产的影响

2.2.1喷施螯合生物肥抑制了稻谷对镉的吸收积累由表3可知，与对照相比，螯合生物肥处理后，所有试验点样品镉含量均显著降低，降低幅度在18.36%～72.83%之间。这表明喷施螯合生物肥对水稻籽粒镉吸收和积累有显著抑制作用，但不同试验点的抑制效果有显著区别。由此推测，螯合生物肥对稻谷镉吸收的抑制效果与试验点土壤环境、水稻品种等有关。

2.2.2喷施螯合生物肥降低了土壤中有效态镉含量龚伟群等[11]曾指出，土壤——水稻系统中镉迁移及水稻籽粒镉累积取决于土壤中的镉含量及土壤的化学条件。大量研究表明，改良剂可通过改变土壤的pH值、氧化还原态、理化性质等最终改变土壤的有效态镉含量，减少水稻籽粒的镉吸收[12-13]。从表4可以看出，螯合生物肥处理后，土壤的镉含量与pH值均无显著变化，但土壤的有效态镉含量均显著降低。6个试验点的土壤有效态镉含量分别降低了30.88%、31.17%、18.28%、36.96%、31.25%和35.92%。各试验点稻谷镉含量下降趋势与土壤有效态镉下降趋势基本一致，说明喷施螯合生物肥后，土壤有效态镉的下降是稻谷镉含量下降的重要原因。

表3 各处理水稻籽粒镉含量

2.2.3喷施螯合生物肥对稻谷千粒重无明显影响千粒重是是评价稻谷产量的常见指标。通过试验测定，6个试验点结果表明，对照组千粒重为（26.92±0.68）g，而螯合生物肥处理的试验组千粒重为（27.36±0.61）g，两者无显著性差异，说明喷施螯合生物肥对稻谷千粒重无明显影响。

2.2.4喷施螯合生物肥对稻谷品质无明显影响稻谷的品质通常用蛋白质、直链淀粉含量、减消值与胶稠度等指标进行评价。由表5可知，喷施螯合生物肥后，试验组稻谷的水分、蛋白质、直链淀粉、减消值和胶稠度均无显著性变化，说明喷施螯合生物肥对晚籼稻品质无显著改善。

表4 各处理土壤镉含量及pH值

2.3 水稻品种对螯合生物肥降镉效果的影响

表5 喷施螯合生物肥后稻谷品质的变化 （%）

从表6可以看出，喷施螯合生物肥后，同一试验点不同水稻品种的稻谷籽粒降镉幅度差异明显；其中，1#试验点威优644的稻谷籽粒降镉幅度比华优香占高8.84个百分点，2#试验点湘晚籼12号的稻谷籽粒降镉幅度比沁香1号高7.63个百分点，4#试验点华优香占的稻谷籽粒降镉幅度比倒种春高47.67个百分点。这表明螯合生物肥的降镉效果与水稻品种密切相关。

表6 同一试验点不同水稻品种喷施螯合生物肥后籽粒的降镉幅度

2.4 生产环境对螯合生物肥降镉效果的影响

从表7可以看出，喷施螯合生物肥后，同一水稻品种在不同试验点的稻谷籽粒降镉幅度差异明显；其中，华优香占在4#试验点的籽粒降镉幅度比1#试验点高42.66个百分点，湘晚籼12号在2#试验点的籽粒降镉幅度比3#试验点高26.40个百分点，倒种春在6#试验点的籽粒降镉幅度比4#试验点高16.02个百分点。这表明水稻的生产环境对螯合生物肥的降镉效果有较大影响。

表7 同一水稻品种在不同试验点喷施螯合生物肥后籽粒的降镉幅度

3 结论与讨论

试验选择了6个不同镉污染程度的稻田作为试验点，结果表明，水稻籽粒镉含量与种植稻田的土壤镉含量显著正相关，土壤镉含量越高，水稻籽粒镉含量越高。喷施螯合生物肥后，所有试验田的水稻籽粒镉含量较对照组均有显著下降。

大量研究结果表明，在水稻种植期间合理施肥，改变土壤性质或水稻生理性能对减少水稻籽粒镉累积有显著效果。不同类型的肥料其降镉原理也不同，而降低土壤中镉的有效性是减少水稻镉累积的主要方式。例如：碱性肥料可通过提高土壤的pH值来降低土壤镉的生物有效性[14]；含钙、镁等元素的肥料可提高土壤的交换性钙、镁含量，通过钙、镁元素与镉元素的竞争效应，降低土壤镉的生物有效性[15]；而含硫肥料中的硫可在一定还原条件下与镉共沉淀，从而降低镉的有效性[16]；锌肥的使用可调节土壤中的Zn/Cd，减少镉在水稻内的富集[17]；硅肥可通过硅酸盐沉淀土壤中的镉离子，降低土壤镉的生物有效性，同时叶面喷施硅肥可提高水稻叶片叶绿素的含量和根系活力，降低细胞膜的透性，从而增强水稻对重金属毒性的耐受力，阻止水稻对重金属的吸收和转移[18]；铁肥中的Fe2+可与Ca2+竞争细胞质膜上的阳离子转运体，减少植物对镉的吸收[19]；水生植物（如水稻）可释放氧气和氧化性物质，使铁在植物根系形成难溶性铁膜，将镉吸附于根系表面，供应铁营养的同时阻止了镉向上转移，降低植物地上部分镉含量[20]；硒在促进植物生长发育的同时，与多数重金属表现出较强拮抗效应，有效减少了植物根系对镉等重金属的吸收[21]。

试验所使用的螯合生物肥是一种纯液体肥料，充分结合了磷肥、硅肥、锌肥、硒肥等的优点，含有锌、铁、硅、磷、硒、钙、钾、钙等元素，这些元素既能通过与镉的强拮抗作用减少水稻根系对土壤中镉的吸收，也可改变水稻的生理性能，如铁离子可形成铁膜阻止镉向水稻的迁移，硅通过改变水稻的根系活力、蒸腾作用、转运系数等减少镉向水稻籽粒的转移和积累。除微量元素外，螯合生物肥中还存在螯合剂，可改变土壤中镉的存在状态，进一步减少植物对镉的吸收。由表6可知，喷施螯合生物肥后，土壤的pH值和总镉含量未显著改变，但土壤有效态镉含量显著下降。螯合生物肥中的螯合剂是一种大分子的有机物，具有大量有机官能团，可结合土壤中的镉离子。有研究表明，植物对重金属的吸收与重金属的存在形态密切相关，一般游离态的重金属离子最易被植物吸收，有机结合态的金属有效性取决于配位化合物的分子量大小、金属种类和电性大小[22]。腐植酸能与镉离子形成络合物或螯合物，促使土壤中镉形态的转变，由可溶态向松结合态、锰氧化物结合态转变，从而降低土壤镉的生物有效性[10]，而人工螯合剂EDTA可提高土壤中重金属有效性，促进植物对重金属的吸收[23]。因此，可认为该研究中使用的螯合剂分子量、官能团、所带电荷均有利于土壤中的镉活性减弱，降低土壤中有效态镉含量，从而减少水稻籽粒对镉的吸收。

该研究还发现，螯合生物肥的降镉效果与水稻品种及土壤性质密切相关。有研究表明，作物对重金属的吸收有较大的品种差异。这可能与镉在不同品种中的吸收、转运、分配差异有关。因此，当水稻品种不同时，水稻根系分泌的有机物、水稻内部的重金属分配、转运机制均有差异，导致不同水稻品种对螯合生物肥中微量元素的吸收、转化不同，从而形成了螯合生物肥降镉效果的品种差异。螯合剂与微量元素的降镉效果均与土壤性质相关。如土壤中pH值不同，重金属和有机酸比例不同，微生物种类不同都会影响螯合剂与重金属的活动性。因此，该研究中螯合生物肥在不同试验点的降镉效果差异显著。

虽然大量研究证明螯合生物肥能增加作物产量、提高作物品质，但该试验在喷施螯合生物肥后水稻的千粒重和品质均未发生显著变化，这可能与研究中施用的螯合生物肥量较少有关。

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Control Effects of Chelating Bio-Fertilizer on Cadmium Accumulation in Late Indica Rice Grains in Cadmium Polluted Paddy Field

XU Yan-xia，NI Xiao-ying，CHEN Zhi-jun，DENG Zhi-jian，HUANG Li，YANG Jing，HU Fei-jun
（National Engineering Laboratory for Deep Processing of Rice and Byproducts, Hunan Provincial Center For Monitoring of Grain and Oil Products Quality, Changsha 410201, PRC）

The effects of spraying chelating bio-fertilizer in cadmium (Cd) polluted paddy field on cadmium content, quality index and thousandgrain weight of late long-grain nonglutinous rice were tested with the field experiment, and the change of rice grain cadmium content in different rice varieties at different test sites by spraying chelating bio-fertilizer was statistically analyzed in this study. The results indicated that the Cd content of late indica rice grains could be reduced effectively by 79.81% at the highest drop after spraying chelating bio-fertilizer. The quality index and thousand-grain weight of late indica rice were not affected by chelating bio-fertilizer. The effect of chelating bio-fertilizer on the Cd content reduction in rice was obviously affected by the rice varieties and cultivated fields. In order to reduce the Cd absorption in rice grains, the formula application of chelating bio-fertilizer should vary with soil conditions and rice varieties in the producing area.

chelating bio-fertilizer; late indica rice; grain; cadmium (Cd) content

S145.2

A

1006-060X（2017）10-0024-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.010.008

2017-08-03

粮食公益性行业科研专项经费（201513006-4）；湖南省粮食局项目（2016年）

许艳霞（1982-），女，湖北仙桃市人，副教授，主要从事粮食质量安全控制领域研究。

倪小英

（责任编辑：成 平）