外源噴施硒與硅對水稻籽粒鎘累積的影響

劉永賢，潘麗萍，黃雁飛，農夢玲，鹿士楊，趙于瑩，梁潘霞，熊柳梅，李科冰，蘭 秀

(1.廣西農業科學院農業資源與環境研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西大學，廣西 南寧 530005)

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外源噴施硒與硅對水稻籽粒鎘累積的影響

劉永賢1，潘麗萍1，黃雁飛1，農夢玲2，鹿士楊1，趙于瑩2，梁潘霞1，熊柳梅1，李科冰2，蘭 秀2

(1.廣西農業科學院農業資源與環境研究所，廣西 南寧 530007；2.廣西大學，廣西 南寧 530005)

【目的】開展水稻葉面噴施硒肥與硅肥對水稻累積鎘的影響研究，為廣西主栽水稻阻控重金屬鎘的技術體系提供參考。【方法】采用大田試驗，以廣西桂平市主栽水稻品種百香139、中廣香1號作為供試材料，分別進行硒肥噴施試驗：“聚福硒”螯合態硒葉面肥(含Na2SeO3為4.38 g·L-1)為硒源，以不同噴施硒肥次數(0、1、2次)設3個處理；硅肥噴施試驗：“融地美”活性硅葉面肥為硅源，以不同稀釋倍數(清水對照，稀釋300倍、稀釋500倍)設3個處理。測定不同處理對土壤基本理化性質、土壤總鎘含量、水稻產量及稻米中總鎘和硒含量的影響。【結果】①噴施硒肥對水稻產量的影響差異不明顯，噴施硅肥水稻產量比對照提高4.58 %～8.71 %，但不同硅肥處理之間對水稻增產的差異不明顯；②噴施硒肥顯著抑制了百香139稻米對鎘的積累，水稻孕穗期和抽穗期前3 d各噴施硒肥1次處理的效果較好，其稻米鎘含量為0.03 mg·kg-1，與對照相比，降低了83.33 %，但噴施硒肥對中廣香1號稻米累積鎘的影響不明顯；③噴施稀釋300和500倍的“融地美”硅肥，百香139稻米鎘含量分別比對照降低17.14 %和11.43 %；中廣香1號鎘含量分別比對照降低67.31 %和30.77 %。【結論】葉面噴施硒肥對水稻產量影響差異不顯著，而噴施硅肥可顯著提高水稻產量。噴施硒肥可有效降低百香139品種稻米鎘含量，但對中廣香1號稻米的影響不顯著；噴施不同濃度的硅肥可顯著降低兩個品種稻米重金屬鎘含量。

水稻；硒肥；硅肥；噴施；水稻產量；鎘阻控

【研究意義】鎘是被公認的最毒重金屬元素之一，可通過生物富集作用會對植物生長產生危害，或通過食物鏈對動物和人類健康構成重大威脅[1]，“土壤鎘是水稻鎘的主要來源[2]。在水稻植株體內，硒與硅對重金屬鎘有一定的拮抗作用，可減少鎘在稻米中的累積，但不同用量的硒肥和硅肥對不同品種水稻的作用效果存在差異[3-4]。因此，研究不同噴施量的硒肥和硅肥對水稻產量以及鎘阻控具有重要意義。【前人研究進展】目前，已有很多專家學者致力于控制土壤鎘污染和減少其向作物轉移的研究[5]，并且取得一定的進展。施用重金屬鈍化劑是目前常用的污染控制方法，但是鈍化劑對土壤自身性質和肥力的影響仍需要長期的研究。葉面阻控劑是重金屬鈍化劑的一種，施用葉面阻控劑更為直接，并且不會造成二次污染，已經受到眾多學者的關注。早在1973年，就有研究發現提高溶液中硒的水平能顯著降低植物體內的鎘含量[6]，加上近年來 “補硒防癌”的關注度不斷提升，通過施硒來提高水稻硒含量的同時，阻控鎘向稻米轉移的做法逐漸增多[3,8-9]。水稻是典型的硅富集植物，硅的高累積對水稻的豐產、抗性及對重金屬的阻控都尤為重要。已有相關研究表明，硅能與重金屬鎘絡合沉淀于細胞壁和液泡中，起到了區室化阻鎘的作用[4,9-11]。【本研究切入點】目前，噴施葉面肥受到越來越多的關注，但含硒硅的葉面肥施用量對水稻產量及鎘阻控的影響尚少見報道。【擬解決的關鍵問題】通過田間試驗的研究，分析硒肥和硅肥的合適施用量，以期為稻米富硒阻鎘技術體系提供理論依據及實踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地點、材料

于2016年4-8月在廣西桂平地區(N 23°29′44.24″， E 110°01′59.76″)的水稻田開展研究，前茬作物均為水稻。采集0～20 cm耕作層土壤，其土壤理化性質如表1。供試的水稻材料分別為百香139、中廣香1號。供試硒源為螯合態硒-“聚福硒”(含Na2SeO3為4.8 g·L-1)，由廣西噴施寶股份有限公司提供，“聚福硒”螯合態硒營養液肥；供試硅源為活性硅營養液肥-“融地美”，由美國泰瑞國際科技有限公司生產，主要成分為單硅酸Si(OH)4，含量為210 g·L-1。

1.2 試驗方法

(1)硒肥試驗：設置3個處理，分別為Se-0(CK，對照)、Se-1(水稻孕穗期噴施硒肥1次)和Se-2(水稻孕穗期和抽穗期前3 d各噴施硒肥1次)，將“聚福硒”稀釋300倍，噴硒肥用量每次均為3000 mL·hm-2，CK處理以等量清水噴施。

(2)硅肥試驗：在硒肥稻田附近選擇立地條件一致的稻田，設置3個處理，分別為對照組(CK)、Si-300和Si-500。Si-300為水稻分蘗末期噴施硅肥，“融地美”稀釋倍數為300倍，用量為1350 mL·hm-2，Si-500為水稻分蘗末期噴施硅肥，“融地美”稀釋倍數為500倍，用量為1350 mL·hm-2， CK處理以等量清水噴施。

以上每個處理均設置3個重復，隨機區組試驗設計，試驗小區面積為50 m2(10 m×5 m)，水稻種植密度及水稻生長期間除草、灌水和病蟲害防治等均按當地常規管理要求進行。

1.3 測定項目與方法

土壤基本理化性質：按照常規方法測定[12]。土壤中總鎘的測定：稱取0.3 g過100目篩的土樣，加4 mL濃HNO3和4 mL濃HF，采用微波消解法消解提取，石墨爐原子吸收光譜儀測定鎘含量。水稻產量：各小區隨機采集3個1 m2測定水稻籽粒質量。植株樣品前處理：隨機采集各處理50株水稻籽粒，經去離子水反復沖洗干凈后，105 ℃下殺青30 min，75 ℃下烘干至恒重。礱谷機除去稻殼后，稻米進行粉碎處理，用于測定稻米總鎘含量及總硒含量。

表1 供試土壤理化性質

表2 不同處理對水稻實際產量的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示差異在5 %水平差異顯著，下同。

Note: The different lowercase letters after data in the same column indicate significant differences at the 5 % level, the same as below.

稻米中總鎘和硒含量的測定：稱取0.5 g稻米粉，加8 mL濃HNO3，采用微波消解法消解提取，石墨爐原子吸收光譜儀測定總鎘含量，雙道原子熒光光度計測定稻米總硒含量。

1.4 數據處理與分析

試驗數據采用Excel 2007和SPSS17.0軟件進行單因素方差分析。

2 結果與分析

2.1 噴施硒肥與硅肥對水稻產量的影響

從表2看出，噴施硅肥均可提高水稻的實際產量，但影響均不顯著，施用融地美1350 mL·hm-2，稀釋度300和500倍處理，與對照(CK)相比，百香139品種水稻產量分別提高6.68 %和8.71 %；中廣香1號分別提高5.30 %和4.58 %。

2.2 不同噴硒方式對水稻吸收累積鎘與硒的影響

從圖1可以看出，噴施硒肥對不同水稻品種吸收累積鎘的影響并不一致。百香139水稻噴施硒肥后，顯著抑制了稻米對鎘的積累，且以噴施2次硒肥的效果最佳，稻米鎘含量分別為0.03 mg·kg-1，比CK降低了83.33 %。

不同處理上不同小寫字母表示在5 %水平差異顯著，下同Different letters indicate significant differences at the 5 % level. The same as below 圖1 不同噴硒方式對稻米累積鎘的影響Fig.1 Effect of different amount of spraying selenium on cadmium accumulation of rice

從圖2可以看出，與對照相比，噴施硒肥顯著提高了稻米硒含量，且不同水稻品種不同噴施次數均達到顯著水平。百香139、中廣香1號在水稻孕穗期噴施硒肥，稻米硒含量分別為0.26、0.21 mg·kg-1，分別是對照的2.89、2.10倍；在水稻孕穗期和抽穗期均噴施硒肥，2種水稻稻米硒含量又進一步提高，分別是對照的5.33、2.80倍。因此利用硒肥阻鎘的同時，可生產富硒大米。

2.3 不同噴硅方式對水稻吸收累積鎘的影響

不同濃度的硅肥處理對稻米累積重金屬鎘有著明顯的差異性。百香139的Si-300處理與對照相比較重金屬鎘含量降低了0.3 mg·kg-1，而Si-500倍處理在一定程度上卻增加了稻米鎘的含量。對于中廣香1號，Si-300和Si-500處理的稻米鎘含量均低于對照，其稻米鎘含量分別比對照降低了0.035和0.016 mg·kg-1。

圖2 不同噴硒方式對稻米累積硒的影響Fig.2 Effect of different amount of spraying selenium on selenium accumulation of rice

圖3 不同濃度硅肥處理對百香139稻米累積鎘的影響Fig.3 Effect of spraying different concentrations of silicon fertilizer on cadmium accumulation of Baixiang 139

水稻品種RicevarietiesSe?1：稻米硒與鎘的線性關系Se?1：ThecorrelationofseleniumandcadmiumcontentofriceSe?2：稻米硒與鎘的線性關系Se?2：Thecorrelationofseleniumandcadmiumcontentofrice硒與鎘相關系數(P)Correlationcoefficientofseleniumandcadmium百香139Baixiang139Y=-0．609x+0．233r2=0．926Y=-0．377x+0．212r2=0．9660．932??中廣香1號ZhongguangxiangNo．1Y=-0．003x+0．009r2=0．027Y=-0．00x+0．01r2=00．039

注：**表示相關性達到極顯著水平。

Note：** mean correlation reached extremely significant level.

圖4 不同濃度硅肥處理對中廣香1號稻米累積鎘的影響Fig.4 Effect of spraying different concentrations of silicon fertilizer on cadmium accumulation of Zhongguangxiang No.1

3 討 論

本研究結果表明，相比噴施普通葉面肥，噴施含硒葉面肥對水稻增產效果并不明顯，可能是因為硒是一種微量元素，與水稻生長過程中所需的大量營養元素相比，其增產效果微乎其微。水稻是典型的硅富集植物，噴施硅肥，可提高水稻抗性及對養分的利用率，進而提高水稻產量[8]。有資料[11, 13]顯示，葉面噴施水溶性硅肥可提高水稻產量2.8 %～7.88 %，與本試驗結果相一致。

本研究發現，噴施含硒葉面肥“聚福硒”，可顯著提高稻米含硒量，稻米硒含量可達到0.21～0.56 mg·kg-1，為對照的2.1～7.0倍，這與周鑫斌[14]的研究結果類似。水稻對硒的吸收是一個非恒定的主動吸收過程[15]，在幼苗階段，硒主要累積在根系、頂葉和嫩葉中[16]；隨著水稻的生長發育，硒開始在各器官中累積，對硒的富集高峰期為拔節期至灌漿期[17-18]。本研究選擇在孕穗期和抽穗期噴施硒肥，正處于硒在籽粒中累積的高峰期，可同時實現稻米富硒化和硒肥資源的高效利用。由此可見，噴施硒肥可作為富硒大米安全生產的直接有效途徑，但值得注意的是，水稻籽粒中硒含量同時受品種富硒能力、供硒水平以及硒肥施用時間等因素的影響[19-21]，因此，水稻富硒化種植還需要考慮這些制約因素。

硒還可以與多種重金屬產生拮抗作用，它主要是通過減輕重金屬脅迫下植物體內的氧化應激效應或改變植物細胞膜對重金屬的通透性來影響重金屬在植物體內的運轉[12-24]。還有研究表明，硒能改善酶活性，減輕鎘對水稻生長的抑制作用，降低水稻籽粒含鎘量[5, 25]。在本研究中，外源噴硒對稻米累積鎘的影響并不一致，于桂平市種植的百香139對鎘的累積受外源硒影響顯著。從本研究結果可以看出，外源噴硒量越多，稻米對鎘的累積越少，兩者在水稻籽粒中表現出明顯的負相關性，其作用機理很可能是硒與鎘在百香139水稻體內產生了拮抗作用，直接抑制鎘的吸收[26]。不同基因型水稻體內鎘的轉移和分布存在差異，有可能中廣香1號水稻相對于百香139的耐鎘性更高，在土壤總鎘含量為0.075 mg·kg-1條件下，本身就能表現出較強的低累積鎘特性，因此該濃度下的外源硒對其累積鎘并無影響。

硅在水稻生長過程中以單硅酸的形式被根系吸收到根部，再由根部運轉到各個部位。本試驗選用主要成分為單硅酸的活性硅肥作為葉面噴施材料，能有效的提高水稻對硅的利用率，提高產量，同時有利于減少鎘在水稻籽粒中的累積。在分蘗末期噴施適量的硅肥，能減少稻米對鎘的累積，有可能是因為有效控制了鎘向稻穗轉移。有資料表明，當水稻籽粒成熟時，劍葉是稻穗光合碳水化合物的主要來源[27]，同時劍葉也是整個植株礦物質再運輸的主要來源[28]，因此可以認為在劍葉長出前噴施葉面硅肥，此時水稻機體能夠將鎘較多的富集或滯留于莖部和葉部，從而減少鎘在穗部的累積，因此硅肥葉面阻鎘的機制可能是將從地下部運輸上來的鎘盡可能的滯留于莖葉部，有效減少鎘向穗部等高處的遷移。但是，本試驗結果顯示，百香139水稻在噴施稀釋500倍的硅肥后，水稻籽粒中鎘的含量反而高于對照，原因可能是水稻是硅富集植物，噴施一定量的硅肥能提高水稻抗逆性，提高水稻對鎘的累積量。因此，在利用葉面硅肥阻鎘時，應考慮噴施劑量和強度等外部因素以及營養元素和重金屬元素的吸收平衡模式等內在因素。

根據土壤環境質量標準(GB15618-2008)水田總鎘二級標準值0.30 mg·kg-1，將桂平劃定為鎘輕度污染區(鎘本底值分別為0.075)。結合試驗結果，在輕度鎘污染地區，葉面噴施硒肥和硅肥都能降低稻米鎘的含量，但這些還只是得到了較為粗略的大田應用結果，對于水稻富硒阻鎘以及硅鎘交互的機理，以及根據土壤條件、水稻品種、營養收支平衡等因素研究開發合適的硒、硅葉面肥等內容均有待進一步研究。

4 結 論

葉面噴施硒肥對水稻產量影響不大，但噴施硅肥在一定程度上提高了水稻產量。不同用量、不同濃度的“聚福硒”含硒葉面肥和“融地美”含硅葉面肥對降低稻米重金屬鎘含量差異顯著：噴施硒肥可有效降低百香139稻米鎘含量，并以水稻孕穗期和抽穗期前3 d各噴施硒肥1次，每次噴硒肥用量均為3000 mL·hm-2，稀釋300倍的阻鎘效果較好，但對中廣香1號稻米的影響不明顯；噴施不同濃度的硅肥可顯著降低稻米重金屬鎘含量，并以噴施“融地美”1350 mL·hm-2，稀釋度300倍稻米鎘含量的降低效果較好。

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(責任編輯 溫國泉)

Effects of Selenium or Silicon Foliar Fertilizeron Cadmium Accumulation in Rice

LIU Yong-xian1, PAN Li-ping1, HUANG Yan-fei1, NONG Meng-ling2, LU Shi-yang1,ZHAO Yu-ying2, LIANG Pan-xia1, XIONG Liu-mei1, LI Ke-bing2, LAN Xiu2

(1. Agricultural Resources and Environment Research Institute Guangxi Academy of Agricultural Sciences, Guangxi Nanning 530007, China; 2.Guangxi University, Guangxi Nanning 530005, China)

【Objective】The effects of selenium fertilizer and silicon fertilizer on the accumulation of cadmium in rice were researched to provide reference for the technical system of obstruction of cadmium in rice. 【Method】The field experiment was carried out, and the main varieties of rice cultivar Baixiang 139 and Zhongguangxiang No.1 in Guangxi Guiping were selected as the test materials for selenium fertilizer spraying test, respectively: ‘JuFuXi’ chelated selenium foliar fertilizer (containing Na2SeO34.38 g·L-1) as the selenium source, set different spraying selenium fertilizer times(0，1，2 times)as three treatments. Silica fertilizer spraying test: ‘RongDiMei’ active silicon leaf fertilizer for the silicon source, with a different dilution factor (water control, diluted 300 times, diluted 500 times) set 3 treatments. The effects of different treatments on soil basic physical and chemical properties, soil total cadmium content, rice yield and total cadmium and selenium contents in rice were tested.【Result】 (i) The effect of selenium on the yield of rice was not obvious, and the yield of rice was increased by 4.58 %-8.71 % under the treatment of spraying silicon leaf fertilizer compared with the control, but the difference was not obvious between different silicon fertilizer treatments. (ii)The application of selenium fertilizer significantly inhibited the accumulation of cadmium in the rice of Baixiang 139. The effect of spraying selenium fertilizer on the booting stage and the first 3 days of heading date was better, the results showed that the content of cadmium in the rice was 0.03 mg·kg-1, which was 83.33 % lower than that of the control. However, the effect of selenium on the accumulation of cadmium in Zhongguangxiang No.1 rice was not obvious. (iii) Spraying diluted 300 times and diluted 500 times of the ‘Rongdimei’, the contents of cadmium in the Baixiang 139 rice were 17.14 % and 11.43 % lower than those in the control. The contents of cadmium in Zhongguangxiang No.1 were decreased by 67.31 % and 30.77 % respectively. 【Conclusion】The effect of selenium on the yield of rice was not significant, but the application of silicon fertilizer could significantly increase the yield of rice. Spraying selenium fertilizer could effectively reduce the cadmium content of Baixiang 139, but had no significant effect on Zhongguangxiang No.1 rice. The application of different concentrations of silicon fertilizer could significantly reduce the content of heavy metal cadmium in two cultivars.

Rice; Spraying selenium; Spraying silicon; Rice yield; Cadmium control

1001-4829(2017)7-1588-05

10.16213/j.cnki.scjas.2017.7.021

2017-03-03

國家重點研發計劃項目專題項目“中輕度鎘污染稻田土壤鈍化-生理阻隔-富集移除技術”(2016YED0800705-01)；廣西重點研發計劃項目“稻田鎘鉛重金屬污染修復技術研究與示范”(桂科AB16380084)；廣西科學研究與技術開發計劃項目“廣西富硒功能農產品研發關鍵技術引進與創新”(桂科合415104001-22)；廣西農業重點科技計劃項目“水稻重金屬污染防控技術集成及產品研發”(201528)“水稻富硒阻鎘關鍵技術研究與示范應用”(201604)；廣西農業科學院科技發展基金“硒與鎘在水稻中的交互機制及稻米富硒阻鎘關鍵技術研究”(2017JM07)

劉永賢(1981-)，男，湖南邵陽人，碩士，副研究員，主要從事農業資源高效利用與土壤環境生態修復研究工作。

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