螯合生物肥對晚秈稻籽粒鎘吸收的抑制效果

許艷霞，倪小英，陳志軍，鄧志堅，黃 力，楊 靜，胡飛俊

（湖南省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測中心，稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實驗室，湖南 長沙 410201）

螯合生物肥對晚秈稻籽粒鎘吸收的抑制效果

許艷霞，倪小英，陳志軍，鄧志堅，黃 力，楊 靜，胡飛俊

（湖南省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測中心，稻谷及副產(chǎn)物深加工國家工程實驗室，湖南 長沙 410201）

采用大田試驗，研究了在鎘污染稻田中噴施螯合生物肥對晚秈稻籽粒鎘含量、品質(zhì)指標(biāo)及千粒重的影響。結(jié)果表明：噴施螯合生物肥可有效降低晚秈稻籽粒的鎘含量，最高降幅達(dá)79.81%；晚秈稻的品質(zhì)指標(biāo)及千粒重不受螯合生物肥的影響。同時，研究還分析了不同水稻品種及不同試驗點噴施螯合生物肥后稻谷籽粒降鎘幅度的差異。結(jié)果表明：螯合生物肥的降鎘效果受稻谷產(chǎn)地及品種的顯著影響，應(yīng)針對水稻產(chǎn)地的土壤條件及水稻品種進(jìn)行螯合生物肥的配方施肥，以最大限度降低稻谷籽粒對鎘的吸收。

螯合生物肥；晚秈稻；籽粒；鎘含量

鎘是人體非必需元素，具有強烈致畸致癌作用，可通過食物鏈進(jìn)入人體，長期攝入鎘超標(biāo)食品可導(dǎo)致人出現(xiàn)鎘中毒病癥[1]，嚴(yán)重可致死亡。我國60%的居民以稻米為主食，稻米質(zhì)量安全關(guān)乎國計民生。然而，隨著土壤重金屬污染情況加劇，我國稻米鎘污染形勢不容樂觀，全國大部分地區(qū)均報道有稻米鎘污染事件，“鎘大米”分布之廣，嚴(yán)重危害社會安定，引起了社會的廣泛關(guān)注。土壤鎘污染是引起稻米鎘污染的主要原因，但目前土壤鎘污染還沒有有效的治理措施，研究鎘污染稻田中稻米鎘含量的控制技術(shù)，是目前減少鎘污染稻米的最有效途徑，對維護(hù)我國糧食安全意義重大。

水稻品種、水稻種植過程中的施肥情況和水分管理情況是影響水稻鎘吸收的主要因素。因此，在稻谷耕作過程中可通過水稻低鎘品種篩選[2]、施肥管理（改良劑）[3-5]、水分管理[6]等措施減緩稻谷對鎘的吸收，其中施肥管理（改良劑）研究得最多。

螯合肥含有大量微量元素，在增加作物產(chǎn)量、提高作物品質(zhì)等方面應(yīng)用較多[7]。有益微量元素可通過拮抗作用降低作物對重金屬的吸收，如硅肥、鋅肥降低水稻鎘吸收的研究早有報道[8-9]。筆者通過大田試驗研究了一種全液態(tài)螯合生物肥對晚秈稻籽粒鎘吸收的抑制作用，以期為稻米鎘污染治理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試水稻品種見表1。供試螯合生物肥為全液態(tài)多元素螯合肥（深圳市康松漾貢投資管理有限公司）。主要試驗設(shè)備有NX-100F食品重金屬檢測儀（鋼研納克檢測技術(shù)有限公司）和DA7200近紅外分析光譜儀（瑞典波通公司）。

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1螯合生物肥對鎘污染土壤水稻生產(chǎn)的影響為研究不同鎘污染程度稻田上螯合生物肥的作用效果，根據(jù)湖南省各市州稻谷鎘污染情況，在湖南省內(nèi)6個地市選取了6個鎘污染程度不同的試驗點，如表1所示。每個試驗點根據(jù)種植的水稻品種，每個水稻品種設(shè)空白對照（CK）和螯合生物肥（JQ）2個處理，考察螯合生物肥對試驗點土壤鎘含量以及水稻籽粒鎘含量、千粒重和稻米品質(zhì)的影響。螯合生物肥噴施方法：按1︰500的比例將鰲合生物肥用水稀釋，混勻；按300 L/667m2的噴施量，在水稻的秧苗返青期、分蘗期、揚花期和灌漿期4個階段分別噴施1次。其他種植條件完全一致。每個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列，每個小區(qū)面積6 667 m2。

表1 各試驗點的基本情況

1.2.2水稻品種對螯合生物肥降鎘效果的影響分別在1#、2#和4#試驗點設(shè)置不同品種的對照試驗，每個試驗點除水稻品種不同外，確保其他條件完全相同。1#試驗點設(shè)置華優(yōu)香占和威優(yōu)644兩個品種，2#試驗點設(shè)置湘晚秈12號和沁香1號兩個品種，4#試驗點設(shè)置華優(yōu)香占和倒種春兩個品種，考察噴施螯合生物肥后水稻籽粒的降鎘率。

1.2.3生產(chǎn)環(huán)境對螯合生物肥降鎘效果的影響以華優(yōu)香占、湘晚秈12號、倒種春3個水稻品種為試驗對象，每個品種隨機選擇2個不同的試驗點進(jìn)行試驗，考察不同生產(chǎn)環(huán)境下同品種水稻噴施螯合生物肥后籽粒的降鎘幅度。

1.3 指標(biāo)測定及方法

1.3.1樣品采集水稻成熟后在試驗田直接采集稻谷籽粒。每個小區(qū)按梅花布點方式設(shè)5個取樣點，在5個取樣點割取稻穗，脫穗混勻，取稻谷籽粒，作為一個試驗樣品。

1.3.2鎘含量的測定稻谷樣品自然晾干，脫殼、粉碎，全部過20目篩制成糙米粉，利用NX-100F食品重金屬檢測儀測定稻谷籽粒鎘含量。

1.3.3千粒重的測定稻谷樣品混勻后，每份樣品隨機選取500粒飽滿籽粒，用百分之一天平稱取質(zhì)量，記為m，稻谷千粒重即為2m。

1.3.4品質(zhì)指標(biāo)的測定稻谷樣品自然晾干，利用近紅外光譜儀直接測定，蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量以干基計。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

所有數(shù)據(jù)分析均采用Excel 2007和SPSS10.0軟件進(jìn)行處理分析。稻谷中的鎘含量主要來源于土壤，有研究結(jié)果表明，土壤的鎘含量與作物對鎘的吸收和累計顯著正相關(guān)[10]。課題組將不同試驗點采集的稻谷樣品處理成糙米后，利用X射線熒光光譜法測定了糙米樣品的鎘含量，考察了不同試驗點稻谷鎘含量與對應(yīng)土壤鎘含量的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 稻谷籽粒鎘含量與土壤鎘含量的相關(guān)關(guān)系

由表2可知，稻谷鎘含量與土壤鎘含量顯著正相關(guān)，與文獻(xiàn)報道的結(jié)論一致。進(jìn)一步對稻谷鎘含量與土壤鎘含量進(jìn)行回歸分析，稻谷鎘含量y（mg/kg）與土壤鎘含量x（mg/kg）之間的線性回歸方程為：y=0.58x+0.017 （n=6，R2=0.923 9）。該回歸方程說明，稻谷鎘含量隨土壤鎘含量的增加而增加，稻谷鎘含量與土壤鎘含量呈極顯著正相關(guān)。

表2 水稻籽粒鎘含量與土壤鎘含量 （mg/kg）

2.2 螯合生物肥對鎘污染土壤水稻生產(chǎn)的影響

2.2.1噴施螯合生物肥抑制了稻谷對鎘的吸收積累由表3可知，與對照相比，螯合生物肥處理后，所有試驗點樣品鎘含量均顯著降低，降低幅度在18.36%～72.83%之間。這表明噴施螯合生物肥對水稻籽粒鎘吸收和積累有顯著抑制作用，但不同試驗點的抑制效果有顯著區(qū)別。由此推測，螯合生物肥對稻谷鎘吸收的抑制效果與試驗點土壤環(huán)境、水稻品種等有關(guān)。

2.2.2噴施螯合生物肥降低了土壤中有效態(tài)鎘含量龔偉群等[11]曾指出，土壤——水稻系統(tǒng)中鎘遷移及水稻籽粒鎘累積取決于土壤中的鎘含量及土壤的化學(xué)條件。大量研究表明，改良劑可通過改變土壤的pH值、氧化還原態(tài)、理化性質(zhì)等最終改變土壤的有效態(tài)鎘含量，減少水稻籽粒的鎘吸收[12-13]。從表4可以看出，螯合生物肥處理后，土壤的鎘含量與pH值均無顯著變化，但土壤的有效態(tài)鎘含量均顯著降低。6個試驗點的土壤有效態(tài)鎘含量分別降低了30.88%、31.17%、18.28%、36.96%、31.25%和35.92%。各試驗點稻谷鎘含量下降趨勢與土壤有效態(tài)鎘下降趨勢基本一致，說明噴施螯合生物肥后，土壤有效態(tài)鎘的下降是稻谷鎘含量下降的重要原因。

表3 各處理水稻籽粒鎘含量

2.2.3噴施螯合生物肥對稻谷千粒重?zé)o明顯影響千粒重是是評價稻谷產(chǎn)量的常見指標(biāo)。通過試驗測定，6個試驗點結(jié)果表明，對照組千粒重為（26.92±0.68）g，而螯合生物肥處理的試驗組千粒重為（27.36±0.61）g，兩者無顯著性差異，說明噴施螯合生物肥對稻谷千粒重?zé)o明顯影響。

2.2.4噴施螯合生物肥對稻谷品質(zhì)無明顯影響稻谷的品質(zhì)通常用蛋白質(zhì)、直鏈淀粉含量、減消值與膠稠度等指標(biāo)進(jìn)行評價。由表5可知，噴施螯合生物肥后，試驗組稻谷的水分、蛋白質(zhì)、直鏈淀粉、減消值和膠稠度均無顯著性變化，說明噴施螯合生物肥對晚秈稻品質(zhì)無顯著改善。

表4 各處理土壤鎘含量及pH值

2.3 水稻品種對螯合生物肥降鎘效果的影響

表5 噴施螯合生物肥后稻谷品質(zhì)的變化 （%）

從表6可以看出，噴施螯合生物肥后，同一試驗點不同水稻品種的稻谷籽粒降鎘幅度差異明顯；其中，1#試驗點威優(yōu)644的稻谷籽粒降鎘幅度比華優(yōu)香占高8.84個百分點，2#試驗點湘晚秈12號的稻谷籽粒降鎘幅度比沁香1號高7.63個百分點，4#試驗點華優(yōu)香占的稻谷籽粒降鎘幅度比倒種春高47.67個百分點。這表明螯合生物肥的降鎘效果與水稻品種密切相關(guān)。

表6 同一試驗點不同水稻品種噴施螯合生物肥后籽粒的降鎘幅度

2.4 生產(chǎn)環(huán)境對螯合生物肥降鎘效果的影響

從表7可以看出，噴施螯合生物肥后，同一水稻品種在不同試驗點的稻谷籽粒降鎘幅度差異明顯；其中，華優(yōu)香占在4#試驗點的籽粒降鎘幅度比1#試驗點高42.66個百分點，湘晚秈12號在2#試驗點的籽粒降鎘幅度比3#試驗點高26.40個百分點，倒種春在6#試驗點的籽粒降鎘幅度比4#試驗點高16.02個百分點。這表明水稻的生產(chǎn)環(huán)境對螯合生物肥的降鎘效果有較大影響。

表7 同一水稻品種在不同試驗點噴施螯合生物肥后籽粒的降鎘幅度

3 結(jié)論與討論

試驗選擇了6個不同鎘污染程度的稻田作為試驗點，結(jié)果表明，水稻籽粒鎘含量與種植稻田的土壤鎘含量顯著正相關(guān)，土壤鎘含量越高，水稻籽粒鎘含量越高。噴施螯合生物肥后，所有試驗田的水稻籽粒鎘含量較對照組均有顯著下降。

大量研究結(jié)果表明，在水稻種植期間合理施肥，改變土壤性質(zhì)或水稻生理性能對減少水稻籽粒鎘累積有顯著效果。不同類型的肥料其降鎘原理也不同，而降低土壤中鎘的有效性是減少水稻鎘累積的主要方式。例如：堿性肥料可通過提高土壤的pH值來降低土壤鎘的生物有效性[14]；含鈣、鎂等元素的肥料可提高土壤的交換性鈣、鎂含量，通過鈣、鎂元素與鎘元素的競爭效應(yīng)，降低土壤鎘的生物有效性[15]；而含硫肥料中的硫可在一定還原條件下與鎘共沉淀，從而降低鎘的有效性[16]；鋅肥的使用可調(diào)節(jié)土壤中的Zn/Cd，減少鎘在水稻內(nèi)的富集[17]；硅肥可通過硅酸鹽沉淀土壤中的鎘離子，降低土壤鎘的生物有效性，同時葉面噴施硅肥可提高水稻葉片葉綠素的含量和根系活力，降低細(xì)胞膜的透性，從而增強水稻對重金屬毒性的耐受力，阻止水稻對重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移[18]；鐵肥中的Fe2+可與Ca2+競爭細(xì)胞質(zhì)膜上的陽離子轉(zhuǎn)運體，減少植物對鎘的吸收[19]；水生植物（如水稻）可釋放氧氣和氧化性物質(zhì)，使鐵在植物根系形成難溶性鐵膜，將鎘吸附于根系表面，供應(yīng)鐵營養(yǎng)的同時阻止了鎘向上轉(zhuǎn)移，降低植物地上部分鎘含量[20]；硒在促進(jìn)植物生長發(fā)育的同時，與多數(shù)重金屬表現(xiàn)出較強拮抗效應(yīng)，有效減少了植物根系對鎘等重金屬的吸收[21]。

試驗所使用的螯合生物肥是一種純液體肥料，充分結(jié)合了磷肥、硅肥、鋅肥、硒肥等的優(yōu)點，含有鋅、鐵、硅、磷、硒、鈣、鉀、鈣等元素，這些元素既能通過與鎘的強拮抗作用減少水稻根系對土壤中鎘的吸收，也可改變水稻的生理性能，如鐵離子可形成鐵膜阻止鎘向水稻的遷移，硅通過改變水稻的根系活力、蒸騰作用、轉(zhuǎn)運系數(shù)等減少鎘向水稻籽粒的轉(zhuǎn)移和積累。除微量元素外，螯合生物肥中還存在螯合劑，可改變土壤中鎘的存在狀態(tài)，進(jìn)一步減少植物對鎘的吸收。由表6可知，噴施螯合生物肥后，土壤的pH值和總鎘含量未顯著改變，但土壤有效態(tài)鎘含量顯著下降。螯合生物肥中的螯合劑是一種大分子的有機物，具有大量有機官能團，可結(jié)合土壤中的鎘離子。有研究表明，植物對重金屬的吸收與重金屬的存在形態(tài)密切相關(guān)，一般游離態(tài)的重金屬離子最易被植物吸收，有機結(jié)合態(tài)的金屬有效性取決于配位化合物的分子量大小、金屬種類和電性大小[22]。腐植酸能與鎘離子形成絡(luò)合物或螯合物，促使土壤中鎘形態(tài)的轉(zhuǎn)變，由可溶態(tài)向松結(jié)合態(tài)、錳氧化物結(jié)合態(tài)轉(zhuǎn)變，從而降低土壤鎘的生物有效性[10]，而人工螯合劑EDTA可提高土壤中重金屬有效性，促進(jìn)植物對重金屬的吸收[23]。因此，可認(rèn)為該研究中使用的螯合劑分子量、官能團、所帶電荷均有利于土壤中的鎘活性減弱，降低土壤中有效態(tài)鎘含量，從而減少水稻籽粒對鎘的吸收。

該研究還發(fā)現(xiàn)，螯合生物肥的降鎘效果與水稻品種及土壤性質(zhì)密切相關(guān)。有研究表明，作物對重金屬的吸收有較大的品種差異。這可能與鎘在不同品種中的吸收、轉(zhuǎn)運、分配差異有關(guān)。因此，當(dāng)水稻品種不同時，水稻根系分泌的有機物、水稻內(nèi)部的重金屬分配、轉(zhuǎn)運機制均有差異，導(dǎo)致不同水稻品種對螯合生物肥中微量元素的吸收、轉(zhuǎn)化不同，從而形成了螯合生物肥降鎘效果的品種差異。螯合劑與微量元素的降鎘效果均與土壤性質(zhì)相關(guān)。如土壤中pH值不同，重金屬和有機酸比例不同，微生物種類不同都會影響螯合劑與重金屬的活動性。因此，該研究中螯合生物肥在不同試驗點的降鎘效果差異顯著。

雖然大量研究證明螯合生物肥能增加作物產(chǎn)量、提高作物品質(zhì)，但該試驗在噴施螯合生物肥后水稻的千粒重和品質(zhì)均未發(fā)生顯著變化，這可能與研究中施用的螯合生物肥量較少有關(guān)。

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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

糧食公益性行業(yè)科研專項經(jīng)費（201513006-4）；湖南省糧食局項目（2016年）

許艷霞（1982-），女，湖北仙桃市人，副教授，主要從事糧食質(zhì)量安全控制領(lǐng)域研究。

倪小英

（責(zé)任編輯：成 平）