基于不同叶面肥处理水稻籽粒Cd吸收富集效应研究

2020-07-17陈丽芬周俊杰李雅倩徐炜杰马嘉伟

绿色科技 2020年9期

陈丽芬，周俊杰，李雅倩，徐炜杰，马嘉伟，柳丹

(1.丽水市莲都区农业农村局，浙江丽水 323000；2.浙江农林大学，浙江临安 311300)

1 引言

当前，土壤重金属污染问题愈发严峻，也越来越多地被人们所关注[1, 2]。与其他元素相比，重金属Cd以更低浓度对植物和人体产生毒害，毒性仅次于Hg。2014年环境保护部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，在无机污染物中，Cd污染的点位超标率最高，达到了7%，使土壤Cd污染的治理显得更加迫切[3]。而作为我国主要的粮食产物，水稻的Cd污染问题尤为突出，Cd进入水稻体内后，会对线粒体、叶绿体等产生影响，导致水稻光合效率下降[4]。

施加叶面肥技术是降低水稻籽粒重金属Cd含量的有效措施[5]，直接向水稻植株叶面上喷施肥料，具有吸收好，利用率高，施用方法简便经济等优点[6]。目前常用的叶面肥主要包括硅肥、锌肥、硒肥等，有研究表明[7]，水稻叶面喷施硒肥、硅肥可以促进植物的生长，增强植物的抗逆性，抑制水稻籽粒对重金属的吸收富集。喷施不同叶面肥对水稻产量有显著影响，且施加叶面肥后，水稻籽粒Cd含量均显著下降，低于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB2762-2017)中糙米镉的限量[8]。

为保证水稻作物的安全利用与生产，本项目拟在喷施4种不同叶面剂进行对比试验，比较水稻籽实重金属含量，评价4种叶面肥对水稻籽粒Cd含量的调控效果，以期为农作物安全生产与利用提供理论依据。

2 材料与方法

2.1 试验地概况

研究区域位于浙江省某修复试点，该区域主要种植制度为早晚稻轮作，试验区土壤pH值为5.1，试验区表层Cd含量超标率55%，最高值为0.39 mg/kg，主要由于不规范的施肥和耕作制度等引发。

2.2 试验设计

试验共设置5个处理，包括不喷施叶面肥的对照处理(CK)、喷施硒肥、喷施硅肥、喷施海藻肥、喷施黄腐酸钾处理，具体添加量及添加方式如表1所示。每个试验设置3个重复，随机区组排列，共15个小区(每个小区面积为100 m2)，各小区之间修建田埂并进行薄膜覆盖处理。

施肥种植措施：种植前按照25 kg/亩的复合肥(稻香源)作为基肥，小区全部采用人工移栽的插秧方式，将水稻种子(甬优1540)播种于事先平整好的育秧地，至秧苗35～40 d左右进行大田移栽，采用25 cm×10 cm的株行距种植，每穴2～3株，在秧苗移栽大田后10～15 d进行追肥，追肥采用10 kg/亩的尿素。在水稻孕穗期、灌浆初期进行叶面肥稀释喷施处理，喷施后一个星期左右观察水稻叶色及植株差异。整个生育期的水稻管理与当地常规管理模式保持一致。

表1 叶面剂种类及施加量

2.3 样品采集与分析

籽粒Cd含量：各小区按照“五点法”采集水稻样品，并带回实验室。将带回的水稻样品用超纯水冲洗干净，在105 ℃下杀青30 min，然后65 ℃下烘干至恒重后取出，将水稻籽粒分离，研磨过100目筛。重金属Cd通过HNO3消解法进行提取，然后用石墨炉原子吸收光谱(AAS)仪进行测定。

叶面肥喷施7 d后，随机选取3个点，每个点随机选5穴，数分蘖数，并用直尺测量水稻株高。将带回实验室的水稻在每个处理重随机选取3个1000粒籽粒，称重求平均值，即为千粒重。大田试验结束后，收割水稻，晒干后进行质量的测定，以统计实际产量。

2.4 数据处理

在Excel2016中进行试验数据的整理与汇总，数据统计分析采用Dps7.05，图形的绘制采用Origin Pro 8.0进行。

3 结果与讨论

3.1 水稻叶色及植株差异

喷施叶面肥后8 d，观察各叶面肥处理下的水稻叶色。喷施供试的4种叶面肥后，各处理水稻植株的叶色没有明显差异，水稻生长均表现正常，未出现明显的胁迫症状。

3.2 不同叶面肥喷施对水稻分蘖数和株高的影响

有研究表明[9]，水稻在受到胁迫时，分蘖数和水稻株高会下降，所以分蘖数和水稻株高是反映水稻是否受到胁迫的重要指标。本试验中，施加叶面肥，水稻的分蘖数均显著增加，分别增加29.41%、17.65%、35.29%、11.77%(p<0.05)，其中，以硅肥效果最佳，黄腐酸钾效果最差(图1)。叶面喷施海藻酸和硅肥处理能够显著提高水稻株高，分别增加38.96%和51.95%(p<0.05)。与对照相比，施加硒肥和黄腐酸钾后，水稻株高均提高12.98%，但与对照相比无显著性差异(图2)。综上，施加叶面肥能够使水稻在Cd污染胁迫下保持较好的生长，尤其以喷施海藻酸和硅肥的处理效果最好，可以考虑用于实际生产。

图1 不同叶面肥喷施对水稻分蘖数的影响

图2 不同叶面肥喷施对水稻株高的影响

3.3 不同叶面肥喷施对稻米千粒重影响

喷施供试叶面肥，水稻的千粒重均显著增加，其效果表现为海藻酸>硅肥>硒肥>黄腐酸钾，相比对照CK分别提高了8.13%、7.49%、3.35%和2.43%(p<0.05)。说明喷施叶面肥能够增加水稻千粒质量，在一定程度上对水稻的增产具有积极作用，其原因是叶面肥中含有中微量元素，施加后可以促进植物叶绿素的形成，促进水稻光合作用的进行，由此提高干物质积累量(图3)[10]。

图3 不同叶面肥喷施对水稻千粒重的影响

3.3 不同叶面肥喷施对稻米产量的影响

有研究发现[11]，施加叶面肥，其增产效果主要是通过提高水稻有效穗、穗粒数、降低空秕率来实现。由图4可知，不同叶面肥喷施对水稻产量均有所影响。与对照相比，叶面喷施海藻酸、硒肥、硅肥、黄腐酸钾均能够显著提高水稻产量，增产效果依次为：硅肥>海藻酸>黄腐酸钾>硒肥。喷施硅肥能够显著提高水稻产量，其原因是硅是水稻生长不可或缺的微量元素，能够促进水稻的生长发育，提高水稻光合作用，还能提高稻米品质[12]，提高作物的抗逆性，提升叶绿素的含量，提高根系活度和增加产量。也有研究发现[13]，海藻酸类新型尿素、磷肥、叶面肥的应用在作物上具有明显的增产效果。马彩霞[14]等研究表明，20%黄腐酸钾与不同成分组配成的叶面肥对生菜生长均有显著的促进作用。硒肥施加不但能提高水稻产量，还能改善其品质，使水稻在原有基础上更具备营养保健作用[15]。说明叶面肥的喷施均对水稻的产量及品质具有一定的积极作用，与本研究结果一致。

图4 不同叶面肥喷施对水稻产量的影响

3.4 不同叶面肥喷施对稻米镉含量的影响

施加不同叶面肥对稻米Cd产生显著影响(图5)。与对照相比，叶面喷施海藻酸和硅肥能够显著降低水稻稻米中的Cd含量，均降低6.25%(p<0.05)。而施加硒肥和黄腐酸钾后，水稻籽粒Cd含量却显著增加，较对照增加12.42%和11.80%(p<0.05)。叶面喷施硅肥，Si进入水稻体内后可以向根部移动，与重金属发生沉淀反应，从而降低重金属在水稻体内向上运输的过程，最终减少地上可食用部分中重金属的含量[16]。海藻酸为野生海带经生物发酵后提取的海藻酸浓缩液，主要物质为海藻多糖及天然生长调节物质[13]，本试验中施加海藻酸，显著降低水稻稻米中的Cd含量，其原因可能是海藻酸的添加激发水稻细胞产生植保素，而海藻酸在海藻酸降解酶的作用下形成聚合度不同的寡糖[17]，而海藻酸钠寡糖可通过改变Cd在细胞中的亚细胞分布，使更多的Cd累积在细胞壁上，降低水稻籽粒对Cd的吸收[18]。施加硒肥和黄腐酸钾后，水稻籽粒Cd含量显著上升，其原因可能与施入量与稀释浓度有关[19]。