丁浩男　潘榮慶　呂浩能　班國(guó)富　何燁　凌華榮　張強(qiáng)　黃智剛

摘要：為研究葉面施用有機(jī)硒、有機(jī)硅處理對(duì)不同種水稻品種富集重金屬（砷、鎘）的影響，選用10個(gè)晚稻品種及有機(jī)硒（A）、有機(jī)硅（B） 2種試劑進(jìn)行田間試驗(yàn)，測(cè)定和分析各處理間水稻各部位砷、鎘含量差異。結(jié)果表明：水稻各個(gè)部位對(duì)重金屬砷、鎘的累積存在明顯的差異。鎘在水稻中的富集規(guī)律為莖>葉>稻米；砷在水稻中的富集規(guī)律為葉>莖>稻米。噴施有機(jī)硒（A）、有機(jī)硅（B）后，水稻稻米砷含量相較于CK處理分別下降了17.0%、29.9%；稻米鎘含量分別下降了44.8%、44.2%，均顯著低于對(duì)照處理。同時(shí)，噴施有機(jī)硒（A）后水稻葉鎘含量相較于CK處理下降了17.3%，噴施有機(jī)硅（B）后水稻葉砷含量相較于CK處理下降了17.9%，二者均顯著低于CK處理。相較于CK處理，試驗(yàn)所用試劑未對(duì)水稻莖砷、鎘含量產(chǎn)生顯著影響。噴施有機(jī)硒（A）、有機(jī)硅（B）后，根際土壤pH值及砷、鎘含量相較于CK處理差異不顯著。研究表明，施用有機(jī)硒（A）、有機(jī)硅（B）均可以抑制砷、鎘重金屬在水稻稻米中的富集，且有機(jī)硒（A）可以抑制重金屬鎘在水稻葉的富集，有機(jī)硅（B）可以抑制重金屬砷在水稻葉的富集。

關(guān)鍵詞：有機(jī)硒；有機(jī)硅；田間試驗(yàn)；重金屬；水稻；鎘；砷

中圖分類號(hào)：S511.06 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）14-0215-06

水稻是我國(guó)主要的糧食作物，全國(guó)有60%左右的人口將稻米作為主食，水稻安全生產(chǎn)對(duì)我國(guó)糧食安全至關(guān)重要［1］。我國(guó)土壤重金屬砷、鎘污染嚴(yán)重，2014年，原環(huán)保部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的調(diào)查公告顯示，我國(guó)砷、鎘點(diǎn)位污染超標(biāo)率分別為2.7%、7.0%［2］。鎘、砷是生物毒性很強(qiáng)，在土壤中易于流動(dòng)性的重金屬元素，土壤重金屬含量超過(guò)安全值會(huì)造成土壤及耕地污染，對(duì)作物生長(zhǎng)產(chǎn)生毒害作用［3-4］。土壤砷、鎘污染修復(fù)和水稻作物的安全種植問(wèn)題亟待解決。

硅、硒是一種常見的金屬元素，提高水稻植株抵御逆境脅迫的能力，促進(jìn)水稻新陳代謝順利進(jìn)行，從而促進(jìn)水稻生長(zhǎng)［5-6］。葉面施肥相較于傳統(tǒng)的土壤施肥方式，是水稻吸收營(yíng)養(yǎng)元素的一種方式，葉面施用硒肥和硅肥是增加水稻硒、硅營(yíng)養(yǎng)來(lái)源的有效方式［7-8］。有研究發(fā)現(xiàn)，在重金屬污染的水稻田，水稻葉面施用硒肥、硅肥均可降低重金屬對(duì)水稻的毒害作用，減少水稻稻米對(duì)重金屬的吸收，從而降低水稻稻米中重金屬的含量有效防控水稻重金屬污染［7-9］。

目前，關(guān)于施用有機(jī)硅、有機(jī)硒對(duì)不同水稻品種累積砷、鎘影響的報(bào)道較少，相關(guān)研究以單一重金屬鎘為主［10］，相關(guān)試驗(yàn)以室內(nèi)盆栽試驗(yàn)研究為主。但有研究發(fā)現(xiàn)，水稻在室內(nèi)盆栽試驗(yàn)和野外大田試驗(yàn)條件下的生長(zhǎng)環(huán)境對(duì)重金屬元素的吸收和積累具有一定的差異［10-11］。本研究在廣西百色市德保縣某重金屬污染區(qū)開展田間大田試驗(yàn)，探究葉面噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅對(duì)不同水稻品種地上各個(gè)部位重金屬砷、鎘積累和分布的影響，以及水稻地上各部位累積砷、鎘的規(guī)律。

1 試驗(yàn)方法與設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在廣西壯族自治區(qū)百色市德?？h某重金屬污染區(qū)進(jìn)行，選用廣西種植的10個(gè)晚稻品種（分別為桂育12、華浙優(yōu)1號(hào)、68優(yōu)金占、凱豐優(yōu)158、裕豐優(yōu)158、Y兩優(yōu)143、荃香優(yōu)822、又香優(yōu)龍絲苗、又香優(yōu)雅絲苗、野香優(yōu)明月絲苗），每個(gè)品種設(shè)置對(duì)照（CK）、葉面噴灑有機(jī)硒（A）、葉面噴灑有機(jī)硅（B）這3個(gè)處理進(jìn)行完全隨機(jī)試驗(yàn)。試驗(yàn)設(shè)置30個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)4次，共計(jì)120個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為（5×4） m2。2020年7月中旬進(jìn)行育秧，2020年8月初通過(guò)人工種植的方式進(jìn)行水稻插秧移栽。2020年9月21日水稻進(jìn)入分蘗期，對(duì)原液稀釋100倍后，進(jìn)行人工噴灑。2020年10月4日，按照第1次噴灑的方式進(jìn)行第2次噴灑。有機(jī)硒主要成分為有機(jī)硒（含量≥85 g/L）、水不溶物（含量≤10 g/L）、Na（含量≤10 g/L）；有機(jī)硅主要成分為有機(jī)硅（含量≥120 g/L），P2O5、N、K2O，含量 均≥170 g/L。2種試劑中鎘（Cd）含量均<10 mg/kg，As含量均<10 mg/kg。

1.2 采樣方法與樣品分析

1.2.1 樣品采集

每個(gè)處理采用五點(diǎn)采樣法混合采集的5株收獲期水稻樣品，同時(shí)每個(gè)小區(qū)采集2份混合土壤，一份為根際土壤，一份為非根際土壤。水稻樣品用去離子水清凈后，放入烘箱 105 ℃殺青30 min，水稻自然風(fēng)干至恒質(zhì)量后，將水稻各部位分開后粉碎，土壤樣品自然風(fēng)干后研磨過(guò)篩。

1.2.2 樣品測(cè)定

土壤pH值采用電位法測(cè)定，土水比為1 g ∶2.5 mL，采用熒光光譜法測(cè)定水稻莖、葉總砷（As）和總鎘（Cd）含量，土壤和稻米交由廣西西大檢測(cè)有限公司通過(guò)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)定砷（無(wú)機(jī)砷）和總鎘含量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用 SPSS 19.0軟件進(jìn)行方差分析和差異顯著性檢驗(yàn)（Duncans法，P<0.05）。使用 Excel 2016進(jìn)行表格制作。

重金屬的富集系數(shù)計(jì)算公式：

重金屬富集系數(shù)（BCF）=植株重金屬含量（mg/kg）/土壤重金屬含量（mg/kg）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻各部位砷、鎘含量的影響

由表1可知，噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后，相較于CK，水稻莖重金屬鎘、砷含量差異不明顯，3個(gè)處理間鎘、砷含量差異均不顯著。從單一品種上看施用有機(jī)硒、有機(jī)硅后，不同處理對(duì)不同水稻品種莖鎘、砷含量的影響不同。噴施有機(jī)硒后，相較于CK又香優(yōu)雅絲苗水稻莖砷含量下降百分比超過(guò)20%，Y兩優(yōu)143水稻莖鎘含量下降百分比超過(guò)30.0%，其他品種莖鎘、砷含量下降百分比均未超過(guò)20%；噴施有機(jī)硅后，相較于CK凱豐優(yōu)158和68優(yōu)金占水稻莖砷含量下降百分比超過(guò)20%，又香優(yōu)龍絲苗水稻莖鎘含量下降百分比超過(guò)20%，其他品種莖鎘、砷含量下降百分比均未超過(guò)20%。噴施有機(jī)硒后，除又香優(yōu)雅絲苗外，其他品種莖砷含量降低效果不明顯，除Y兩優(yōu)143外，其他品種莖鎘含量降低效果不明顯；噴施有機(jī)硅后，除凱豐優(yōu)158和68優(yōu)金占外，其他品種莖砷含量降低效果不明顯，除又香優(yōu)龍絲苗外，其他品種莖鎘含量降低效果不明顯。

由表2可知，噴施有機(jī)硒后，水稻葉重金屬砷含量為（0.645±0.184） mg/kg，與CK差異不顯著。從單一品種上看，噴施有機(jī)硒后除桂育12、又香優(yōu)雅絲苗2個(gè)品種水稻葉砷含量下降超過(guò)20%外，其他品種下降百分比均未超過(guò)20%；噴施有機(jī)硅后，水稻葉砷含量為（0.540±0.166） mg/kg，顯著低于噴施有機(jī)硒和CK，除Y兩優(yōu)143和又香優(yōu)龍絲苗外，其他品種在噴施有機(jī)硅后，水稻葉砷含量均有所降低，其中野香優(yōu)明月絲苗效果最好，相對(duì)于CK砷含量下降了61.4%。噴施有機(jī)硒后，水稻葉鎘含量為（0.200±0.075） mg/kg，顯著低于CK，除Y兩優(yōu)143和又香優(yōu)龍絲苗外，其他品種在噴施有機(jī)硒后，水稻葉鎘含量均有明顯降低，其中荃香優(yōu)822效果最好，相對(duì)于CK鎘含量下降了53.8%；噴施有機(jī)硅后水稻葉鎘含量為（0.223±0.057） mg/kg，與噴施有機(jī)硒和CK相比含量差異不顯著，除水稻品種68優(yōu)金占、裕豐優(yōu)158效果較為明顯外，其他品種水稻葉鎘含量下降均未超過(guò)20%。綜上所述，與CK處理相比，除Y兩優(yōu)143和又香優(yōu)龍絲苗品種外，水稻葉面噴施有機(jī)硅可以有效降低水稻葉砷含量，除Y兩優(yōu)143和又香優(yōu)龍絲苗品種外，葉面噴施有機(jī)硒可以有效降低水稻葉鎘含量。

由表3可知，噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后水稻稻米重金屬砷含量分別為（0.219±0.057）、（0.185±0.078） mg/kg，均顯著低于CK；噴施有機(jī)硒后，水稻稻米重金屬砷含量相較于CK下降了17.0%，除裕豐優(yōu)158外，其他品種在噴施有機(jī)硒后，水稻稻米重金屬砷含量均有所降低，其中桂育12和又香優(yōu)雅絲苗作用效果最明顯，稻米重金屬砷含量下降了27.8%；噴施有機(jī)硅后，水稻稻米重金屬砷含量相較于CK下降了29.9%，其中桂育12作用效果最明顯，砷含量下降了54.4%。噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后水稻稻米重金屬鎘含量分別為（0.100±0.025）、（0.101±0.026） mg/kg，兩者均顯著低于CK；噴施有機(jī)硒后，水稻稻米重金屬鎘含量相較于CK下降了44.8%，其中又香優(yōu)雅絲苗作用效果最明顯，含量下降了63.8%；噴施有機(jī)硅后，水稻稻米重金屬鎘平均含量相較于CK下降了44.2%，其中又香優(yōu)雅絲苗作用效果最明顯，稻米重金屬鎘含量下降了58.1%。綜上所述，與CK相比，除噴施有機(jī)硒未能降低水稻品種裕豐優(yōu)158稻米砷含量外，噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅均可以有效降低水稻稻米對(duì)砷和鎘的含量，降低水稻稻米重金屬砷和鎘的吸收。

2.2 不同處理對(duì)水稻植株各部位重金屬富集的影響

重金屬富集系數(shù)（BCF）代表水稻植株各部位對(duì)土壤重金屬的吸收富集能力，是指各部位重金屬含量與土壤中重金屬含量的比值，富集系數(shù)越大說(shuō)明富集重金屬的能力越強(qiáng)。由表4可知，在CK中水稻莖、葉、稻米對(duì)砷的富集系數(shù)分別為0.021±0.008、0.049±0.012、0.020±0.005，對(duì)鎘的富集系數(shù)分別為0.143±0.031、0.112±0.029、0.084±0.024，水稻各個(gè)部位對(duì)鎘的富集明顯高于對(duì)砷的富集，水稻地上各部位砷、鎘的富集系數(shù)大小順序分別為葉＞莖＞稻米、莖＞葉＞稻米。與CK相比，噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后，水稻莖對(duì)鎘、砷的富集系數(shù)差異不明顯；施用有機(jī)硅水稻葉對(duì)砷的富集系數(shù)顯著低于噴施有機(jī)硒，但2個(gè)處理相較于CK差異不顯著；與噴施有機(jī)硒和CK相比，噴施有機(jī)硅可以顯著降低水稻稻米對(duì)砷的富集；噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后，水稻葉和稻米對(duì)鎘的富集系數(shù)均顯著低于CK。綜上所述，噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅不能有效降低莖對(duì)鎘、砷的富集，但二者可以有效降低水稻葉和稻米對(duì)鎘的富集，同時(shí)有機(jī)硅還可以有效降低水稻葉和稻米對(duì)砷的富集。

2.3 不同處理對(duì)水稻根際土壤pH值及砷、鎘含量的影響

由表5可知，相較于CK，噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后，3個(gè)處理間水稻根際土壤pH值差異不顯著。噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后，水稻根際土壤砷、鎘含量與CK差異均不顯著。說(shuō)明，水稻葉面噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅對(duì)根際土壤砷、鎘含量、根際土壤pH值無(wú)顯著影響。

3 討論與結(jié)論

硒作為水稻生長(zhǎng)的有益元素，劉波等研究證明［12］，由于硒與重金屬能結(jié)合生成一種較穩(wěn)定的復(fù)合物，同時(shí)不易被水稻根系吸收，因此硒可以緩解重金屬對(duì)水稻的毒害［13］。與上述結(jié)果相同，本研究驗(yàn)結(jié)果顯示，除裕豐優(yōu)158外，水稻葉面噴施有機(jī)硒后，可以很好地降低水稻稻米砷、鎘的含量，相較于CK，稻米砷含量下降了17.0%，鎘含量下降了44.8%，表明水稻葉面施用有機(jī)硒后可以降低稻米重金屬含量，主要是由于有機(jī)硒試劑溶液能夠調(diào)節(jié)水稻體內(nèi)活性氧和抗氧化酶的活性，進(jìn)而誘導(dǎo)褪黑素參與抑制重金屬鎘的吸收，從而降低重金屬鎘向稻米中遷移和富集［14-15］。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，除Y兩優(yōu)143外，其他品種在噴施有機(jī)硒后，水稻葉鎘含量均有所降低，相較于CK，水稻葉鎘含量下降了17.3%。水稻葉面噴施有機(jī)硒后，對(duì)水稻葉砷的累積影響不大，其含量相較于CK差異不顯著。

硅是對(duì)水稻的有益元素，有研究表明，硅元素被水稻吸收后可以阻止重金屬鎘向地上部的遷移［16-18］。葉面施硅可以顯著緩解重金屬對(duì)水稻的毒害，降低重金屬進(jìn)入食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)［19-20］。本研究結(jié)果表明，水稻葉面噴施有機(jī)硅后，可以很好地降低水稻稻米砷、鎘的含量，相較于CK，稻米砷含量下降了29.9%，鎘含量下降了44.2%，除Y兩優(yōu)143和又香優(yōu)龍絲苗外，其他品種在噴施有機(jī)硒后，水稻葉砷含量均有所降低，相較于CK水稻葉砷含量下降了17.9%。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，水稻葉面噴施有機(jī)硅后，對(duì)水稻葉鎘的累積影響不大，其含量相較于CK處理差異不顯著。水稻葉面施用硅肥后可以降低稻米重金屬含量，主要是由于施用硅肥可以降低水稻細(xì)胞膜的透性，同時(shí)提高了水稻葉片的葉綠素含量，從而有效降低水稻重金屬含量；另外硅在水稻地上部的沉淀阻止了重金屬向水稻地上部的遷移［10，21］。

有研究發(fā)現(xiàn)，硅、硒經(jīng)葉面吸收后；在減少葉片中鎘富集的同時(shí)并未減少根系對(duì)鎘的吸收，而經(jīng)根系吸收的鎘主要富集于根和莖中，因此水稻莖中鎘的含量均未顯著降低［11，15，22］。與上述結(jié)果相同，本研究驗(yàn)結(jié)果也表明，施用有機(jī)硅、有機(jī)硒后均對(duì)水稻莖砷、鎘的累積影響不大，其含量相較于CK差異均不顯著。

重金屬在水稻莖、葉、稻米的累積量有所不同［23］，各個(gè)部位鎘含量遵循莖≥葉>稻米的規(guī)律，各處理水稻不同部位的砷含量均表現(xiàn)為莖葉>籽粒［24-25］。上述研究結(jié)果與本研究結(jié)果相似，在CK處理中，10個(gè)水稻品種中，莖、葉和稻米鎘平均含量分別為（0.306±0.053）、（0.242±0.060）、（0.181±0.030） mg/kg，富集系數(shù)分別為0.143±0.031、0.112±0.029、0.084±0.024，莖對(duì)鎘的富集能力明顯高于葉和稻米，葉鎘的富集能力明顯高于稻米，鎘在水稻中的富集規(guī)律為莖>葉>稻米；10個(gè)水稻品種莖、葉和稻米砷平均含量分別為（0.280±0.107）、（0.658±0.180）、（0.264±0.068） mg/kg，富集系數(shù)分別為0.021±0.008、0.049±0.012、0.020±0.005，莖、葉對(duì)砷富集能力高于和稻米，水稻莖、葉富集砷的能力與鎘不同，水稻葉對(duì)砷的富集能力明顯高于莖，砷在水稻中的富集規(guī)律為葉>莖>稻米。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)，水稻各個(gè)部位對(duì)鎘的富集系數(shù)高于砷，水稻對(duì)鎘的富集能力大于砷。

噴施硅葉面肥后土壤pH值并未發(fā)生變化，根系對(duì)土壤重金屬鎘的吸收并未減少，土壤重金屬鎘含量較對(duì)照差異不顯著［26］。與上述結(jié)果相同，本研究在噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后，根際土壤pH值未發(fā)生顯著變化，且土壤砷、鎘含量并未減少。

本研究結(jié)果表明，噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后，均能顯著降低稻米砷、鎘含量，降低水稻稻米對(duì)鎘的富集。噴施有機(jī)硒后，水稻葉鎘含量均有所降低，噴施有機(jī)硅后，水稻葉砷含量均有所降低。鎘在水稻中的富集規(guī)律為莖>葉>稻米；砷在水稻中的富集規(guī)律為葉>莖>稻米。噴施有機(jī)硒、有機(jī)硅后，土壤根際土壤pH值未發(fā)生顯著變化，且土壤砷、鎘含量并未減少。因此。施用有機(jī)硒（A）、有機(jī)硅（B）均可以抑制重金屬砷、鎘在水稻稻米中的富集，且有機(jī)硒（A）可以抑制重金屬鎘在水稻葉的富集，有機(jī)硅（B）可以抑制重金屬砷在水稻葉的富集。

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收稿日期：2022-09-28

基金項(xiàng)目：廣西創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展專項(xiàng)（編號(hào)：桂科AA17204078）。

作者簡(jiǎn)介：丁浩男（1998—），男，山西朔州人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染與生態(tài)治理研究。E-mail：2117392008@st.gxu.edu.cn。

通信作者：黃智剛，博士，副教授，主要從事農(nóng)業(yè)面源污染與生態(tài)治理研究。E-mail：19950048@gxu.edu.cn。