土壤調(diào)理劑對(duì)生姜硒鎘積累和品質(zhì)安全的影響

關(guān)鍵詞：生姜；土壤調(diào)理劑；硒；鎘；營養(yǎng)品質(zhì)

生姜（Zingiber officinale Roscoe）是一種多功能的經(jīng)濟(jì)作物，其富含優(yōu)質(zhì)的營養(yǎng)成分和功能物質(zhì)，是我國重要的種植、生產(chǎn)和出口農(nóng)產(chǎn)品。適宜的土壤環(huán)境是優(yōu)質(zhì)生姜生產(chǎn)的必要條件。然而，生姜種植規(guī)模和生產(chǎn)需求擴(kuò)大、農(nóng)藥及化肥濫用、不合理施肥以及姜地連作引發(fā)的姜區(qū)土壤理化性質(zhì)退化、礦質(zhì)養(yǎng)分肥力下降及重金屬污染加重等一系列生態(tài)環(huán)境問題，直接影響生姜生長和養(yǎng)分吸收，降低姜塊品質(zhì)及產(chǎn)量，加重重金屬脅迫，嚴(yán)重阻礙了生姜產(chǎn)業(yè)發(fā)展。當(dāng)前，土壤重金屬污染已成為最嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一。重金屬污染物有不降解、毒性大、隱蔽性強(qiáng)等特點(diǎn)，能夠通過食物鏈在動(dòng)植物體內(nèi)蓄積，從而威脅人類健康和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國受重金屬污染的耕地面積約2x107hm2，土壤污染點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，其中鎘超標(biāo)率為7.00%，致使糧食年損失量和污染量分別達(dá)到1X107t和1.2x10t，經(jīng)濟(jì)虧損2x10元以上。隨著“鎘米”“砷毒”“血鉛”等一系列毒害事件頻發(fā)，重金屬污染已成為土壤污染中備受關(guān)注的熱點(diǎn)話題，其修復(fù)技術(shù)也一直是國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。

鎘是環(huán)境中最典型的重金屬污染物之一，經(jīng)土壤一植物系統(tǒng)轉(zhuǎn)移和食物鏈富集威脅人類健康。目前，治理土壤鎘污染主要有兩種途徑：一是將土壤中的鎘去除或轉(zhuǎn)移，減少土壤總鎘量；二是將土壤鎘原位固定在土壤中，改變土壤鎘賦存形態(tài)，降低其遷移性和有效性。原位鈍化是成本低、收效好、效率高的土壤鎘污染治理修復(fù)技術(shù)，其中，土壤調(diào)理劑鈍化修復(fù)措施受到廣泛關(guān)注。大量研究表明，土壤調(diào)理劑不僅能調(diào)節(jié)土壤pH，提高土壤有機(jī)質(zhì)和營養(yǎng)元素含量，降低土壤重金屬遷移性和有效性從而減少作物的吸收，還能改善作物農(nóng)藝性狀，提高作物營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量，增強(qiáng)作物抗性。例如：李龍等向復(fù)合污染土壤中施用“潤邦牌”土壤調(diào)理劑后發(fā)現(xiàn)，土壤pH增加0.90-1.10個(gè)單位，有效態(tài)鎘含量減少了23.7%-44.8%，稻米鎘含量降低了35.6%-51.1%，水稻增產(chǎn)了2.00%-5.00%；田中學(xué)等向鎘污染土壤中分別施用牡蠣殼、鉀長石和白云石3種土壤調(diào)理劑后發(fā)現(xiàn)，土壤pH增加，有機(jī)質(zhì)含量提高了15.0%-55.9%，土壤交換態(tài)鎘含量顯著降低了63.6%-81.1%，小油菜地上部分鎘含量降低了78.9%-83.9%，生物量提高了6.90-9.90倍；文典等向稻田重金屬污染土壤中施用4種商用土壤調(diào)理劑后發(fā)現(xiàn)，稻米鎘含量降低了18.0%-48.0%，蛋白質(zhì)含量提高了6.90%-10.80%，同時(shí)增強(qiáng)了稻米對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)元素的吸收，水稻增產(chǎn)2.00%-6.00%；孫瑤等的研究發(fā)現(xiàn)，施用腐植酸類調(diào)理劑和化學(xué)調(diào)理劑均能增加土壤pH、陽離子交換量及土壤堿解氮和速效鉀含量，促進(jìn)蘋果對(duì)礦質(zhì)營養(yǎng)元素吸收，從而提升蘋果內(nèi)在品質(zhì)和產(chǎn)量。

硒是人和動(dòng)物體內(nèi)必需的營養(yǎng)元素之一，具有抗癌解毒、抗氧化、增強(qiáng)免疫力等多種功能。硒與鎘等重金屬有拮抗作用，能有效降低土壤重金屬活性，從而減少作物對(duì)重金屬的吸收積累。相關(guān)研究表明，攝人適量富硒農(nóng)產(chǎn)品可增強(qiáng)人體自身免疫力和抗氧化性，是一種安全、有效、健康的補(bǔ)硒方法。然而，常年不科學(xué)及不合理的工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)不僅造成嚴(yán)重的土壤重金屬污染，還致使土壤有效態(tài)硒大量流失，加之富硒土壤稀缺且伴生鎘等重金屬污染，嚴(yán)重阻礙了富硒農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，如何在達(dá)到農(nóng)產(chǎn)品富硒的同時(shí)，降低其對(duì)重金屬的吸收已是富硒農(nóng)業(yè)發(fā)展中急需解決的重要問題。

由于硒和一般陽離子重金屬的土壤化學(xué)性質(zhì)完全不同，通過施用土壤調(diào)理劑改變土壤酸堿環(huán)境．可以提高土壤硒活性而降低重金屬生物有效性，從而達(dá)到農(nóng)作物硒含量增加而重金屬吸收降低（富硒降鎘）的良好效果。目前，關(guān)于土壤調(diào)理劑的研究大多集中在對(duì)土壤硒或鎘單方面生物有效性的影響，鮮見報(bào)道同時(shí)對(duì)硒、鎘有效性雙重效應(yīng)的研究，特別是針對(duì)塊莖作物生姜。綜上，本試驗(yàn)以鎘污染土壤和生姜為研究對(duì)象，通過盆栽開展3種土壤調(diào)理劑（硅酸鉀、麥飯石、貝殼粉）對(duì)生姜硒鎘積累、生長發(fā)育和營養(yǎng)品質(zhì)影響的研究，篩選生姜活硒降鎘效果最佳的土壤調(diào)理劑，旨在為生姜優(yōu)質(zhì)安全生產(chǎn)和土壤重金屬污染修復(fù)提供理論依據(jù)和實(shí)踐指導(dǎo)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2021年5-10月在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)盆栽場（30°46' 35\"N，114°36' 23\"E）進(jìn)行。供試土壤選用湖北省大冶市某重金屬鎘污染農(nóng)田土壤，為紅灰泥土，屬紅色石灰土亞類紅灰泥土土屬。試驗(yàn)開始前，測(cè)定原始土壤基本理化性質(zhì)為：pH8.19，堿解氮84.00mg·kg-1，速效磷5.90mg·kg-1，速效鉀42.48mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)41.53g·kg-1，總鎘3.87mg·kg-1，有效態(tài)鎘1.12mg·kg-1，總硒1.05mg·kg-1，有效態(tài)硒0.074mg·kg-1。

供試生姜（Zingiber officinale Roscoe）選用山東萊蕪大姜，品種為山農(nóng)一號(hào)，由湖北盈亮農(nóng)業(yè)科技有限公司提供。

供試3種土壤調(diào)理劑分別為硅酸鉀、麥飯石和貝殼粉，由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)環(huán)境污染與修復(fù)課題組配制。技術(shù)指標(biāo)分別為：硅酸鉀型土壤調(diào)理劑pH9.0-11.0，主要成分Si02≥52.0%，未檢測(cè)JLH鎘和硒；麥飯石型土壤調(diào)理劑pH8.0-10.0，主要成分Si02≥22.0%、Ca0≥23.0%、Mg0≥9.0%、K20≥6.0%， Cd≤0.20mg·kg-1，未檢測(cè)m硒；貝殼粉型土壤調(diào)理劑pH 9.0-11.0，主要成分Ca0≥40.0%，Cd≤0.30mg·kg-1，未檢測(cè)出硒。3種土壤調(diào)理劑均添加了5%的黃腐酸。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為盆栽試驗(yàn)，設(shè)計(jì)3種土壤調(diào)理劑和空白對(duì)照共4種處理。具體試驗(yàn)處理和土壤調(diào)理劑用量如下：空白對(duì)照組（CK），不添加土壤調(diào)理劑；硅酸鉀組（0.2%K），按土壤質(zhì)量添加0.2%的硅酸鉀型土壤調(diào)理劑；麥飯石組（1%M），按土壤質(zhì)量添加1%的麥飯石型土壤調(diào)理劑；貝殼粉組（1%S），按土壤質(zhì)量添加1%的貝殼粉型土壤調(diào)理劑。3種土壤調(diào)理劑的添加量依據(jù)課題組前期大田試驗(yàn)和盆栽試驗(yàn)的結(jié)果。

將供試土壤平鋪?zhàn)匀伙L(fēng)干，磨細(xì)過10目篩。2021年5月26日每盆裝土5 kg。每千克土壤加入基肥0.20gN、0.15gP205、0.20gK20，即每千克土壤中加入0.429g尿素（CH4N2O）、0.266gCa（H2PO4）2·H20和0.370gK2S04，同時(shí)添加1mL阿農(nóng)微量元素儲(chǔ)備液。調(diào)理劑處理按設(shè)計(jì)用量添加。將土壤調(diào)理劑和基肥與土壤分別混合均勻，澆自來水保持土壤水分（80%最大田間持水量），室溫下放置一周。每個(gè)處理重復(fù)3次，隨機(jī)區(qū)組排列。

2021年6月3日上午采集大田生姜幼苗，挑選大小一致的幼苗，每盆栽種2株，當(dāng)天完成移栽。保持溫室遮陽通風(fēng)，用自來水灌溉。半月后，姜苗出新苗。分別于6月28日、8月12日和9月26日進(jìn)行3次追肥。每次追肥用量均為基肥施用量的10%，將肥料溶于水后等量施人各處理土壤中。

在2021年10月7日進(jìn)行生姜成熟期取樣。樣品分為地上部和地下部兩個(gè)部分，分別測(cè)定株高、根長、莖粗、葉綠素和鮮質(zhì)量。每個(gè)部分再分為鮮樣和干樣。部分鮮樣迅速用自來水和去離子水洗凈，快速分裝后放人盛有冰塊的保溫箱中，然后轉(zhuǎn)存于-80℃超低溫冰箱。剩余部分先用自來水將表面雜質(zhì)清洗干凈，再用去離子水潤洗數(shù)次后擦干，105℃下殺青30min，再于70℃下烘干至恒質(zhì)量，稱量各樣品干質(zhì)量，用粉碎機(jī)粉碎后備用。將盆缽?fù)寥莱浞只靹蚝?，取適量土壤樣品，自然風(fēng)干，磨細(xì)過篩，儲(chǔ)存?zhèn)溆谩?/p>

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1生姜生長參數(shù)測(cè)定

選取植株第三功能葉作為測(cè)量葉片，使用葉綠素儀（SPAD -502 Plus.Konica Minolta sensing，INC．）測(cè)定姜葉SPAD值，隨后測(cè)定生姜株高、莖粗和根長，姜塊洗凈擦干后再測(cè)定鮮質(zhì)量，以平均值作為每盆的實(shí)測(cè)值。

1.3.2土壤化學(xué)元素測(cè)定

參照《土壤農(nóng)化分析》中的方法進(jìn)行土壤基本理化性質(zhì)的測(cè)定。土壤pH測(cè)定采用水浸提一電位法，土水比為1：2.5；土壤堿解氮測(cè)定采用堿解一擴(kuò)散法；土壤速效磷測(cè)定采用碳酸氫鈉浸提一鉬銻抗比色法；土壤速效鉀測(cè)定采用乙酸銨交換一火焰光度法；土壤有機(jī)質(zhì)測(cè)定采用重鉻酸鉀容量法一外加熱法。

參考《土壤質(zhì)量鉛、鎘的測(cè)定石墨爐原子吸收分光光度法》（GB/T 17141-1997），準(zhǔn)確稱取0.5g土壤樣品，經(jīng)HN03-HCI-HC104法消解后定容至25mL，采用Agilent AA2402石墨爐原子吸收分光光度計(jì)（安捷倫科技有限公司，美國）測(cè)定土壤全鎘含量。參考《土壤中全硒的測(cè)定》（NY/T 1104-2006），準(zhǔn)確稱取0.5g土壤樣品，經(jīng)HN03-HC104法消解冷卻后加入50%HCI還原，采用AFS-9700原子熒光分光光度計(jì)（北京海光儀器公司，北京）測(cè)定土壤全硒含量。采用土壤標(biāo)樣黃紅壤GBW07405（GSS-5a）進(jìn)行分析質(zhì)量控制。

于生姜成熟期取適量盆缽?fù)寥罉悠?，采用EDTA法（GB/T 23739-2009）提取土壤有效態(tài)鎘，隨后用Agilent AA2402石墨爐原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定其含量；采用氫化物發(fā)生一無色散原子熒光光度法提取土壤有效態(tài)硒，隨后用AFS-9700原子熒光分光光度計(jì)測(cè)定其含量。

1.3.3生姜化學(xué)元素測(cè)定

參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鎘的測(cè)定》（GB5009.15-2014），準(zhǔn)確稱取2g鮮姜，經(jīng)10mL混酸（HN03：HC104=9：1）消化后定容至25mL，采用Agi-lent AA2402石墨爐原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定總鎘含量，采用200 Series AA火焰原子吸收分光光度計(jì)（美國Agilent公司）測(cè)定總鐵、錳、鋅含量。參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中硒的測(cè)定》（GB 5009.93-2010），準(zhǔn)確稱取2g鮮姜，經(jīng)10mL混酸（HN03： HCl04=9：1）消化冷卻后加入50% HCI還原，隨后定容至25mL，采用AFS-9700原子熒光分光光度計(jì)測(cè)定總硒含量。參考《植物中氮、磷、鉀的測(cè)定》（NY/T 2017-2011），準(zhǔn)確稱取0.2g姜粉，經(jīng)H2S04-H202消煮法消解后定容至50mL，采用AA3流動(dòng)注射分析儀（德國SEAL公司）測(cè)定總氮和總磷含量，采用M410火焰光度計(jì)（英國Sherwood公司）測(cè)定總鉀含量。采用植物標(biāo)樣楊樹葉GBW07604（GSS-3）進(jìn)行分析質(zhì)量控制。

1.3.4生姜抗氧化性及品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

準(zhǔn)確稱取0.5g新鮮姜葉于預(yù)冷的研缽中，加入5mL預(yù)冷磷酸緩沖液，研磨樣品呈勻漿，離心后取上清液即為抗氧化酶粗提液。姜葉樣品中超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase．SOD）活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑光還原比色法，過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚比色法，過氧化氫酶（Cata-lase，CAT）活性測(cè)定采用過氧化氫分解法，丙二醛（Malondialdehvde，MDA）含量測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法。參考《植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)》，準(zhǔn)確稱取0.2g鮮姜，分別采用蒽酮比色法和考馬斯亮藍(lán)G-250法測(cè)定生姜可溶性糖和可溶性蛋白含量，采用紫外分光光度法分別測(cè)定生姜姜辣素和姜黃素含量。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

本試驗(yàn)所有數(shù)據(jù)均以3次平行試驗(yàn)的平均值作為最終結(jié)果，利用Microsoft Excel 2019和Origin 2018軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及制圖，應(yīng)用SPSS 22統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan多重比較檢驗(yàn)各處理平均值之間的差異顯著性。所有百分?jǐn)?shù)數(shù)據(jù)作反正弦轉(zhuǎn)換后再進(jìn)行方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1生姜生長參數(shù)

為考察土壤調(diào)理劑對(duì)生姜生長發(fā)育的影響，于成熟期取樣分析測(cè)定生姜各生長參數(shù)，結(jié)果如表1所示。在本試驗(yàn)條件下，施用3種土壤調(diào)理劑均促進(jìn)生姜生長，各處理綜合效果為0.2%Kgt;1%Mgt;1%S。與CK相比，3種土壤調(diào)理劑處理使姜塊鮮質(zhì)量（產(chǎn)量）提高了23.93%-67.67%，生姜株高、根長、莖粗和葉綠素含量分別提高了22.22%-40.74%、20.48%-110.14%、11.51%-20.72%和25.64%-28.30%。

2.2生姜鎘含量

成熟期取樣分析測(cè)定生姜鎘含量的結(jié)果如圖1所示。結(jié)果表明，施用3種土壤調(diào)理劑均顯著降低生姜鎘含量，綜合比較各處理降鎘效果為0.2%Kgt;1%Mgt;1%S。與CK相比，3種土壤調(diào)理劑處理生姜地上部分鎘含量降低32.71%-71.96%；1%M、1%S處理姜塊鎘含量分別降低了59.98%和39.97%，0.2%K處理為65.15%，效果最佳。

2.3生姜硒含量

試驗(yàn)結(jié)果表明，施用3種土壤調(diào)理劑均顯著提高生姜硒含量，綜合比較各處理增硒效果為0.2%Kgt;1%Mgt;1%S（圖2）。與CK相比，在3種土壤調(diào)理劑處理下，姜塊和地上部分硒含量分別提高了0.005-0.012mg·kg-1和0.038-0.087mg·kg-1，提高比率分別為43.10%-111.36%和71.19%-165.01%，其中以0.2%K處理效果最佳。

2.4生姜養(yǎng)分含量

成熟期取樣分析姜塊養(yǎng)分元素含量的結(jié)果如表2所示。試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施用3種土壤調(diào)理劑均能提高姜塊氮、磷、鉀、鐵、鋅含量，降低錳含量，各調(diào)理劑處理整體效果表現(xiàn)為0.2%Kgt;1%Mgt;1%S。3種土壤調(diào)理劑處理分別使姜塊氮、磷、鉀、鋅含量較CK提高了10.28%-14.42%、24.62%-34.87%、28.81%-29.01%和22.97%-80.95%，錳含量降低了23.51%-32.83%，施用0.2%K處理還顯著提高了姜塊鐵含量171.80%，總體效果以0.2%K處理最好。

2.5生姜品質(zhì)指標(biāo)

為探究土壤調(diào)理劑提升生姜內(nèi)在品質(zhì)的效果，本試驗(yàn)測(cè)定分析了成熟期生姜各品質(zhì)指標(biāo)含量，結(jié)果如表3所示。與CK相比，0.2%K、1%M、1%S 3種土壤調(diào)理劑處理下，生姜可溶性糖、可溶性蛋白和姜黃素含量分別提高了2.34%-6.00%、154.72%-602.83%和11.05%-33.43%，同時(shí)對(duì)姜辣素含量也有一定的提高，但影響不顯著。各處理綜合效果表現(xiàn)為0.2%Kgt;1%Mgt;1%S。

2.6生姜抗氧化性

對(duì)姜葉抗氧化酶系統(tǒng)的分析結(jié)果表明，施用3種土壤調(diào)理劑均顯著提升姜葉的抗氧化能力（圖3）。與CK相比，姜葉SOD、POD、CAT活性，0.2%K處理分別提高了140.84%、66.63%和75.52%，I%M處理分別提高了56.56%、66.26%和57.67%。1%S處理使POD、CAT活性分別顯著增加27.13%、13.64%，但不影響SOD活性。另外，0.2%K和1%M處理顯著降低姜葉MDA含量，其中0.2%K是綜合效果最好的處理。

2.7土壤pH及有效態(tài)鎘、硒含量

2.7.1土壤pH

由圖4分析可知，在本試驗(yàn)條件下，施用3種土壤調(diào)理劑均能提高土壤pH。與CK相比，3種土壤調(diào)理劑處理下土壤pH提高了0.35-0.53個(gè)單位，其中0.2%K處理提高土壤pH 0.53個(gè)單位，增幅效果最好。

2.7.2土壤有效態(tài)鎘含量

為揭示土壤調(diào)理劑對(duì)土壤有效態(tài)鎘含量的影響，取成熟期盆栽土壤樣品，采用EDTA法測(cè)定土壤有效態(tài)鎘含量，結(jié)果如圖5所示。測(cè)定結(jié)果表明，施用3種土壤調(diào)理劑均顯著降低土壤有效態(tài)鎘含量。與CK相比，0.2%K、1%M、1%S處理分別使土壤有效態(tài)鎘含量降低22.76%、18.31%和16.92%，結(jié)果說明3種土壤調(diào)理劑均具有鈍化土壤鎘活性的作用，其中0.2%K處理效果最好。

2.7.3土壤有效態(tài)硒含量

與土壤鎘不同，施用3種土壤調(diào)理劑均提高土壤有效態(tài)硒含量（圖6）。與CK相比，0.2%K、1%M、1%S處理下土壤有效態(tài)硒含量分別提高了7.00%、3.60%和10.99%，這說明本試驗(yàn)中的3種土壤調(diào)理劑均具有活化土壤硒的作用。

3討論

3.1土壤調(diào)理劑對(duì)土壤pH和鎘、硒有效性的影響

本試驗(yàn)結(jié)果表明，與對(duì)照相比，施用3種土壤調(diào)理劑均可提高土壤pH（圖4），降低土壤有效態(tài)鎘含量（圖5），而提高土壤有效態(tài)硒含量（圖6），其中以硅酸鉀型的效果最好，其次是麥飯石型和貝殼粉型。本試驗(yàn)采用的3種土壤調(diào)理劑均為堿性，其中貝殼粉型以氧化鈣為主，硅酸鉀型和麥飯石型以硅酸鹽為主，而麥飯石型還含有鈣、鎂氧化物等。此外，3種材料均添加了黃腐酸類有機(jī)物。顯然，這3種材料提高土壤pH是預(yù)期的結(jié)果，這也與前人的研究結(jié)果相一致。

鎘有效性受土壤pH、陽離子交換量以及有機(jī)質(zhì)等諸多因素影響。因此，本試驗(yàn)結(jié)果的機(jī)理：一方面是土壤調(diào)理劑富含的K2Si03、CaSi03、MgSi03和Ca0等成分溶于水后在土壤中與水反應(yīng)產(chǎn)生OH-或聚合成硅酸凝膠與H+發(fā)生吸附置換反應(yīng)，減少H+的濃度，導(dǎo)致土壤pH提高；另一方面，硅酸鹽與土壤Al3+反應(yīng)生成穩(wěn)定的非晶形羥基鋁硅酸鹽，同時(shí)產(chǎn)生的Ca2+、Mg置換出H+，從而提高土壤pH。

土壤pH提高致使陽離子重金屬沉淀，降低重金屬遷移性和生物活性，從而減少土壤重金屬有效態(tài)含量。調(diào)理劑中的水合氧化物還能夠加強(qiáng)土壤膠體對(duì)Cd2+的吸附作用，硅、鈣等功能元素也與鎘存在拮抗作用，最終致使土壤溶液中Cd2+濃度進(jìn)一步降低。有研究報(bào)道，添加硅降低土壤重金屬有效性最為明顯。例如：韓超等向鎘污染土壤中施用不同濃度的外源硅發(fā)現(xiàn)，在0-0.50g·kg-1用量范圍內(nèi)，施硅可改變土壤鎘形態(tài)，降低土壤有效態(tài)鎘含量，其中以0.50g·kg-1用量效果最好；趙穎等通過水稻盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，施硅改變土壤中鎘的形態(tài)，降低鎘的生物有效性，其效果隨硅用量的增加而提升。本研究也得到上述相似的研究結(jié)果，即3種土壤調(diào)理劑均可降低土壤有效態(tài)鎘含量，鈍化效果隨硅用量的增加而提升，以硅酸鉀型土壤調(diào)理劑處理效果最佳。

土壤硒酸鹽是陰離子，與陽離子鎘的土壤化學(xué)性質(zhì)明顯不同。本試驗(yàn)中，3種土壤調(diào)理劑均可提高土壤有效態(tài)硒含量，其中硅酸鉀土壤調(diào)理劑的活化硒效果最佳。這是由于：一方面調(diào)理劑中的復(fù)合硅酸鹽及活性有機(jī)質(zhì)成分能使土壤pH升高，增加土壤表面負(fù)電荷，減弱土壤氧化物對(duì)硒的吸附、絡(luò)合及沉淀，同時(shí)增強(qiáng)硒的甲基化，抑制硒酸鹽的老化，促進(jìn)土壤硒的遷移，進(jìn)而提高土壤中硒的生物有效性；另一方面，由于土壤水溶態(tài)硒含量與土壤pH呈極顯著正相關(guān)，隨著pH升高，水溶態(tài)硒含量顯著增加，從而使土壤中有效態(tài)硒含量提高。此外，硅酸鹽型土壤調(diào)理劑還可能會(huì)改善土壤結(jié)構(gòu)和生物學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)微生物的活性，使得土壤硒大量釋放。同樣麥飯石型、貝殼粉型兩種土壤調(diào)理劑中的大量功能性元素及活性物質(zhì)也能提高土壤pH，降低土壤結(jié)合態(tài)硒的化學(xué)活性，促進(jìn)土壤中硒酸鹽化合物的溶解與釋放，從而提高硒的有效性。

本試驗(yàn)結(jié)果顯示硅酸鉀型和麥飯石型兩種土壤調(diào)理劑的活硒降鎘效果最好，這可能與兩種土壤調(diào)理劑主要功能物質(zhì)是硅酸鹽有關(guān)，其中硅酸鉀型的有效硅含量最高，所以效果最佳，而貝殼粉型不含硅酸鹽所以效果稍差。不同調(diào)理劑成分、含量及形態(tài)等差異可能導(dǎo)致不同的效果，其內(nèi)在機(jī)制還有待進(jìn)一步深入研究。

3.2土壤調(diào)理劑對(duì)生姜鎘、硒含量的影響

在本試驗(yàn)條件下，向鎘污染土壤中施用3種含硅土壤調(diào)理劑均可降低生姜鎘含量，其中以硅酸鉀型調(diào)理劑降鎘效果最佳。前已述及，通過施硅鈣類物質(zhì)改變土壤理化性質(zhì)，使重金屬沉積于土壤或根系周圍以減少植物對(duì)其吸收，再者通過刺激植物產(chǎn)生酚類物質(zhì)并螯合區(qū)隔重金屬，降低植物對(duì)其吸收轉(zhuǎn)移，提高抗氧化性清除活性氧，緩解重金屬脅迫。本試驗(yàn)分析了主要原因：一是調(diào)理劑含有的硅酸鹽及堿性氧化物材料降低了土壤鎘的有效性，而提高了土壤硒的有效性，導(dǎo)致生姜鎘含量下降而硒含量增加；二是調(diào)理劑中的硅酸鹽可在植物細(xì)胞壁上與鎘形成沉淀，限制鎘從根系向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)，進(jìn)而降低鎘對(duì)植物的毒害作用。相比之下，貝殼粉型調(diào)理劑主要依靠其鈣功能氧化物，其效果表現(xiàn)略差。

3.3土壤調(diào)理劑對(duì)生姜生長、營養(yǎng)品質(zhì)和抗氧化性的影響

合理施用含多功能元素的土壤調(diào)理劑能有效改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分含量，提高肥料利用率，促進(jìn)作物生長發(fā)育，提升作物營養(yǎng)品質(zhì)和產(chǎn)量。例如：涂玉婷等向土壤中施用不同品種的硅鈣鉀鎂肥后，土壤pH和養(yǎng)分含量增加，促進(jìn)了香蕉生長，提高果肉維生素C、可溶性糖等品質(zhì)含量，增加香蕉產(chǎn)量；譚青濤等通過大田試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)施用硅鈣鉀鎂肥可增加土壤pH，顯著提高土壤養(yǎng)分含量，促進(jìn)煙草生長和外觀質(zhì)量改善，提升煙葉營養(yǎng)品質(zhì)。本試驗(yàn)施用富含硅、鈣、鉀、鎂等營養(yǎng)元素的土壤調(diào)理劑在生姜上的應(yīng)用效果與以上研究結(jié)果類似，表現(xiàn)為促進(jìn)生姜生長（表1），提高生姜養(yǎng)分吸收能力（表2），改善生姜產(chǎn)量品質(zhì)（表3）。

硅元素是促進(jìn)生姜生長和養(yǎng)分吸收的關(guān)鍵元素。第一，硅可鈍化土壤重金屬，降低重金屬有效含量，從而減少生姜對(duì)重金屬的吸收并促進(jìn)生長；第二，硅能改善土壤理化性質(zhì)，增加土壤養(yǎng)分有效性，提升生姜根系活力，促進(jìn)姜塊對(duì)氮、磷、鉀的吸收，提高生姜抗病、抗旱性，調(diào)節(jié)姜葉光合作用和蒸騰作用，增加生姜產(chǎn)量；第三，硅與其他營養(yǎng)元素之間存在協(xié)同作用，這有利于姜塊對(duì)中微量營養(yǎng)元素的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。有關(guān)研究表明，在適量范圍內(nèi)，不同植株的生長及品質(zhì)產(chǎn)量受硅肥水平的影響。楊淑清等對(duì)茶樹噴施不同濃度的硅肥后發(fā)現(xiàn)，噴施500mg·L-1的硅肥有益于茶苗生長，顯著提高夏茶游離氨基酸、可溶解性糖等品質(zhì)含量，增加茶葉產(chǎn)量。栗國棟等的研究表明，外源硅濃度在0-2.0mmol·L-1范圍內(nèi)，生菜葉寬和單株產(chǎn)量均隨硅濃度的升高而增加，硅濃度在1.0mmol`L-1和2.0mmol·L-1時(shí)生菜葉片還原性糖和維生素C含量分別達(dá)到極值。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)的3種含硅土壤調(diào)理劑均取得與上述研究相似的結(jié)果，其中富含優(yōu)質(zhì)硅肥的硅酸鉀型調(diào)理劑對(duì)生姜生長、養(yǎng)分吸收及品質(zhì)產(chǎn)量提升最適宜。

植物受到重金屬脅迫時(shí)會(huì)發(fā)生膜脂過氧化，致使產(chǎn)生H202、O2．等活性氧自由基（Reactive oxygen spe-cies，ROS）對(duì)植物造成毒害作用，而植物體可利用SOD、POD、CAT等抗氧化酶系統(tǒng)來清除活性氧，緩解重金屬毒害。達(dá)毒害水平的Cd2+濃度可造成植物體受到氧化脅迫作用，抑制抗氧化酶活性，而提高M(jìn)DA含量，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)酶保護(hù)系統(tǒng)發(fā)生抗氧化反應(yīng)并使細(xì)胞發(fā)生膜脂過氧化。大量研究已經(jīng)證實(shí)，硅可促進(jìn)植株SOD、POD和CAT的協(xié)同作用，提高葉片SOD、CAT和POD活性，降低MDA含量，保證抗氧化酶活性維持在適宜水平，從而增強(qiáng)植株抗氧化性，清除體內(nèi)活性氧，緩解重金屬毒害。當(dāng)植株受到重金屬毒害較高時(shí)，適當(dāng)提高硅的施用反而效果更佳。田露丹等通過盆栽試驗(yàn)得出，在不同濃度的鎘脅迫下，施0-500mg·kg-1的硅均可提高水稻葉片SOD和CAT活性，降低MDA含量，緩解水稻受到的鎘毒害作用，以300mg·kg-1硅處理效果最好；賈茜茹等對(duì)鎘脅迫下黃瓜施用硅肥后發(fā)現(xiàn)，施0-300mg·kg-1的硅可顯著提高黃瓜葉片SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量，明顯改善黃瓜葉片的抗氧化酶系統(tǒng)，緩解重金屬對(duì)黃瓜的毒害作用，以200mg·kg-1硅處理效果最好。本試驗(yàn)結(jié)果與上述研究結(jié)果一致，針對(duì)塊莖作物生姜，3種含硅土壤調(diào)理劑均可提高姜葉SOD、POD、CAT活性，降低MDA含量（圖3），減弱超氧化物對(duì)姜葉細(xì)胞的氧化性脅迫，緩解重金屬對(duì)生姜的毒害，以適量的硅酸鉀型調(diào)理劑防治生姜鎘脅迫效果最佳，這在硅緩解生姜鎘脅迫的研究中也得到證實(shí)。

4結(jié)論

（1）施用硅酸鉀、麥飯石和貝殼粉3種土壤調(diào)理劑均可提高土壤pH，降低土壤鎘生物有效性和姜塊鎘含量，同時(shí)激活土壤硒，促進(jìn)其在生姜中積累，從而提高姜塊硒含量。

（2）施用土壤調(diào)理劑可提高姜葉SOD、POD和CAT活性，降低MDA含量，減輕氧化應(yīng)激，增強(qiáng)姜塊抗性；同時(shí)促進(jìn)姜對(duì)氮、磷、鉀、鐵和鋅的吸收，提高可溶性糖、可溶性蛋白質(zhì)和姜黃素的含量，從而提高姜產(chǎn)量和品質(zhì)。

（3）硅酸鉀型土壤調(diào)理劑有效硅含量最高，其降鎘和增硒效果最好。