葉面施用有機硒、有機硅對水稻累積鎘、砷的影響

丁浩男　潘榮慶　呂浩能　班國富　何燁　凌華榮　張強　黃智剛

摘要：為研究葉面施用有機硒、有機硅處理對不同種水稻品種富集重金屬（砷、鎘）的影響，選用10個晚稻品種及有機硒（A）、有機硅（B） 2種試劑進行田間試驗，測定和分析各處理間水稻各部位砷、鎘含量差異。結果表明：水稻各個部位對重金屬砷、鎘的累積存在明顯的差異。鎘在水稻中的富集規律為莖>葉>稻米；砷在水稻中的富集規律為葉>莖>稻米。噴施有機硒（A）、有機硅（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%，均顯著低于對照處理。同時，噴施有機硒（A）后水稻葉鎘含量相較于CK處理下降了17.3%，噴施有機硅（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，試驗所用試劑未對水稻莖砷、鎘含量產生顯著影響。噴施有機硒（A）、有機硅（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，施用有機硒（A）、有機硅（B）均可以抑制砷、鎘重金屬在水稻稻米中的富集，且有機硒（A）可以抑制重金屬鎘在水稻葉的富集，有機硅（B）可以抑制重金屬砷在水稻葉的富集。

關鍵詞：有機硒；有機硅；田間試驗；重金屬；水稻；鎘；砷

中圖分類號：S511.06 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）14-0215-06

水稻是我國主要的糧食作物，全國有60%左右的人口將稻米作為主食，水稻安全生產對我國糧食安全至關重要［1］。我國土壤重金屬砷、鎘污染嚴重，2014年，原環保部和國土資源部聯合發布的調查公告顯示，我國砷、鎘點位污染超標率分別為2.7%、7.0%［2］。鎘、砷是生物毒性很強，在土壤中易于流動性的重金屬元素，土壤重金屬含量超過安全值會造成土壤及耕地污染，對作物生長產生毒害作用［3-4］。土壤砷、鎘污染修復和水稻作物的安全種植問題亟待解決。

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，促進水稻新陳代謝順利進行，從而促進水稻生長［5-6］。葉面施肥相較于傳統的土壤施肥方式，是水稻吸收營養元素的一種方式，葉面施用硒肥和硅肥是增加水稻硒、硅營養來源的有效方式［7-8］。有研究發現，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水稻的毒害作用，減少水稻稻米對重金屬的吸收，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，關于施用有機硅、有機硒對不同水稻品種累積砷、鎘影響的報道較少，相關研究以單一重金屬鎘為主［10］，相關試驗以室內盆栽試驗研究為主。但有研究發現，水稻在室內盆栽試驗和野外大田試驗條件下的生長環境對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?？h某重金屬污染區開展田間大田試驗，探究葉面噴施有機硒、有機硅對不同水稻品種地上各個部位重金屬砷、鎘積累和分布的影響，以及水稻地上各部位累積砷、鎘的規律。

1 試驗方法與設計

1.1 試驗設計

試驗在廣西壯族自治區百色市德保縣某重金屬污染區進行，選用廣西種植的10個晚稻品種（分別為桂育12、華浙優1號、68優金占、凱豐優158、裕豐優158、Y兩優143、荃香優822、又香優龍絲苗、又香優雅絲苗、野香優明月絲苗），每個品種設置對照（CK）、葉面噴灑有機硒（A）、葉面噴灑有機硅（B）這3個處理進行完全隨機試驗。試驗設置30個處理，每個處理重復4次，共計120個小區，每個小區面積為（5×4） m2。2020年7月中旬進行育秧，2020年8月初通過人工種植的方式進行水稻插秧移栽。2020年9月21日水稻進入分蘗期，對原液稀釋100倍后，進行人工噴灑。2020年10月4日，按照第1次噴灑的方式進行第2次噴灑。有機硒主要成分為有機硒（含量≥85 g/L）、水不溶物（含量≤10 g/L）、Na（含量≤10 g/L）；有機硅主要成分為有機硅（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

每個處理采用五點采樣法混合采集的5株收獲期水稻樣品，同時每個小區采集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，水稻自然風干至恒質量后，將水稻各部位分開后粉碎，土壤樣品自然風干后研磨過篩。

1.2.2 樣品測定

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

1.3 數據分析

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

重金屬的富集系數計算公式：

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

2 結果與分析

2.1 不同處理對水稻各部位砷、鎘含量的影響

由表1可知，噴施有機硒、有機硅后，相較于CK，水稻莖重金屬鎘、砷含量差異不明顯，3個處理間鎘、砷含量差異均不顯著。從單一品種上看施用有機硒、有機硅后，不同處理對不同水稻品種莖鎘、砷含量的影響不同。噴施有機硒后，相較于CK又香優雅絲苗水稻莖砷含量下降百分比超過20%，Y兩優143水稻莖鎘含量下降百分比超過30.0%，其他品種莖鎘、砷含量下降百分比均未超過20%；噴施有機硅后，相較于CK凱豐優158和68優金占水稻莖砷含量下降百分比超過20%，又香優龍絲苗水稻莖鎘含量下降百分比超過20%，其他品種莖鎘、砷含量下降百分比均未超過20%。噴施有機硒后，除又香優雅絲苗外，其他品種莖砷含量降低效果不明顯，除Y兩優143外，其他品種莖鎘含量降低效果不明顯；噴施有機硅后，除凱豐優158和68優金占外，其他品種莖砷含量降低效果不明顯，除又香優龍絲苗外，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，噴施有機硒后除桂育12、又香優雅絲苗2個品種水稻葉砷含量下降超過20%外，其他品種下降百分比均未超過20%；噴施有機硅后，水稻葉砷含量為（0.540±0.166） mg/kg，顯著低于噴施有機硒和CK，除Y兩優143和又香優龍絲苗外，其他品種在噴施有機硅后，水稻葉砷含量均有所降低，其中野香優明月絲苗效果最好，相對于CK砷含量下降了61.4%。噴施有機硒后，水稻葉鎘含量為（0.200±0.075） mg/kg，顯著低于CK，除Y兩優143和又香優龍絲苗外，其他品種在噴施有機硒后，水稻葉鎘含量均有明顯降低，其中荃香優822效果最好，相對于CK鎘含量下降了53.8%；噴施有機硅后水稻葉鎘含量為（0.223±0.057） mg/kg，與噴施有機硒和CK相比含量差異不顯著，除水稻品種68優金占、裕豐優158效果較為明顯外，其他品種水稻葉鎘含量下降均未超過20%。綜上所述，與CK處理相比，除Y兩優143和又香優龍絲苗品種外，水稻葉面噴施有機硅可以有效降低水稻葉砷含量，除Y兩優143和又香優龍絲苗品種外，葉面噴施有機硒可以有效降低水稻葉鎘含量。

由表3可知，噴施有機硒、有機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158外，其他品種在噴施有機硒后，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%。噴施有機硒、有機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%，其中又香優雅絲苗作用效果最明顯，含量下降了63.8%；噴施有機硅后，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，除噴施有機硒未能降低水稻品種裕豐優158稻米砷含量外，噴施有機硒、有機硅均可以有效降低水稻稻米對砷和鎘的含量，降低水稻稻米重金屬砷和鎘的吸收。

2.2 不同處理對水稻植株各部位重金屬富集的影響

重金屬富集系數（BCF）代表水稻植株各部位對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，富集系數越大說明富集重金屬的能力越強。由表4可知，在CK中水稻莖、葉、稻米對砷的富集系數分別為0.021±0.008、0.049±0.012、0.020±0.005，對鎘的富集系數分別為0.143±0.031、0.112±0.029、0.084±0.024，水稻各個部位對鎘的富集明顯高于對砷的富集，水稻地上各部位砷、鎘的富集系數大小順序分別為葉＞莖＞稻米、莖＞葉＞稻米。與CK相比，噴施有機硒、有機硅后，水稻莖對鎘、砷的富集系數差異不明顯；施用有機硅水稻葉對砷的富集系數顯著低于噴施有機硒，但2個處理相較于CK差異不顯著；與噴施有機硒和CK相比，噴施有機硅可以顯著降低水稻稻米對砷的富集；噴施有機硒、有機硅后，水稻葉和稻米對鎘的富集系數均顯著低于CK。綜上所述，噴施有機硒、有機硅不能有效降低莖對鎘、砷的富集，但二者可以有效降低水稻葉和稻米對鎘的富集，同時有機硅還可以有效降低水稻葉和稻米對砷的富集。

2.3 不同處理對水稻根際土壤pH值及砷、鎘含量的影響

由表5可知，相較于CK，噴施有機硒、有機硅后，3個處理間水稻根際土壤pH值差異不顯著。噴施有機硒、有機硅后，水稻根際土壤砷、鎘含量與CK差異均不顯著。說明，水稻葉面噴施有機硒、有機硅對根際土壤砷、鎘含量、根際土壤pH值無顯著影響。

3 討論與結論

硒作為水稻生長的有益元素，劉波等研究證明［12］，由于硒與重金屬能結合生成一種較穩定的復合物，同時不易被水稻根系吸收，因此硒可以緩解重金屬對水稻的毒害［13］。與上述結果相同，本研究驗結果顯示，除裕豐優158外，水稻葉面噴施有機硒后，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硒后可以降低稻米重金屬含量，主要是由于有機硒試劑溶液能夠調節水稻體內活性氧和抗氧化酶的活性，進而誘導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］。同時本研究發現，除Y兩優143外，其他品種在噴施有機硒后，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%。水稻葉面噴施有機硒后，對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水稻的毒害，降低重金屬進入食物鏈的風險［19-20］。本研究結果表明，水稻葉面噴施有機硅后，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143和又香優龍絲苗外，其他品種在噴施有機硒后，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%。同時本研究發現，水稻葉面噴施有機硅后，對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胞膜的透性，同時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］。

有研究發現，硅、硒經葉面吸收后；在減少葉片中鎘富集的同時并未減少根系對鎘的吸收，而經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］。與上述結果相同，本研究驗結果也表明，施用有機硅、有機硒后均對水稻莖砷、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］，各個部位鎘含量遵循莖≥葉>稻米的規律，各處理水稻不同部位的砷含量均表現為莖葉>籽粒［24-25］。上述研究結果與本研究結果相似，在CK處理中，10個水稻品種中，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，富集系數分別為0.143±0.031、0.112±0.029、0.084±0.024，莖對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律為莖>葉>稻米；10個水稻品種莖、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，富集系數分別為0.021±0.008、0.049±0.012、0.020±0.005，莖、葉對砷富集能力高于和稻米，水稻莖、葉富集砷的能力與鎘不同，水稻葉對砷的富集能力明顯高于莖，砷在水稻中的富集規律為葉>莖>稻米。同時本研究發現，水稻各個部位對鎘的富集系數高于砷，水稻對鎘的富集能力大于砷。

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

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

參考文獻：

［1］施亞星，吳紹華，周生路，等. 土壤-作物系統中重金屬元素吸收、遷移和積累過程模擬［J］. 環境科學，2016，37（10）：3996-4003.

［2］全國土壤污染狀況調查公報［J］. 中國環保產業，2014（5）：10-11.

［3］程菁靚，趙 龍，楊 彥，等. 我國長江中下游水稻產區鉛污染分區劃分方法研究［J］. 農業環境科學學報，2019，38（1）：70-78.

［4］李 超，艾紹英，唐明燈，等. 礦物調理劑對稻田土壤鎘形態和水稻鎘吸收的影響［J］. 中國農業科學，2018，51（11）：2143-2154.

［5］Yu H Y，Ding X D，Li F B，et al. The availabilities of arsenic and cadmium in rice paddy fields from a mining area：the role of soil extractable and plant silicon［J］. Environmental Pollution，2016，215：258-265.

［6］Davis C D，Tsuji P A，Milner J A. Selenoproteins and cancer prevention［J］. Annual Review of Nutrition，2012，32：73-95.

［7］Oliver D P，Wilhelm N S，Tiller K G，et al. Effect of soil and foliar applications of zinc on cadmium concentration in wheat grain［J］. Australian Journal of Experimental Agriculture，1997，37（6）：677.

［8］胡 瑩，黃益宗，黃艷超，等. 硒對水稻吸收積累和轉運錳、鐵、磷和硒的影響［J］. 環境科學，2013，34（10）：4119-4125.

［9］陳 喆，鐵柏清，雷 鳴，等. 施硅方式對稻米鎘阻隔潛力研究［J］. 環境科學，2014，35（7）：2762-2770.

［10］張宇鵬，譚笑瀟，陳曉遠，等. 無機硅葉面肥及土壤調理劑對水稻鉛、鎘吸收的影響［J］. 生態環境學報，2020，29（2）：388-393.

［11］王宇豪，楊 力，康愉晨，等. 鎘污染大田條件下不同品種水稻鎘積累的特征及影響因素［J］. 環境科學，2021，42（11）：5545-5553.

［12］劉 波，黃道友，周建利，等. 硒與黃腐酸組配對水稻鎘吸收的影響［J］. 水土保持學報，2019，33（2）：350-355，362.

［13］Lin L，Zhou W H，Dai H X，et al. Selenium reduces cadmium uptake and mitigates cadmium toxicity in rice［J］. Journal of Hazardous Materials，2012，235/236：343-351.

［14］Ahmad P，Abd Allah E F，Hashem A，et al. Exogenous application of selenium mitigates cadmium toxicity in Brassica juncea L.（czern & cross） by up-regulating antioxidative system and secondary metabolites［J］. Journal of Plant Growth Regulation，2016，35（4）：936-950.

［15］Shi J，Li L Q，Pan G X. Variation of grain Cd and Zn concentrations of 110 hybrid rice cultivars grown in a low-Cd paddy soil［J］. Journal of Environmental Sciences，2009，21（2）：168-172.

［16］高 敏，周 俊，劉海龍，等. 葉面噴施硅硒聯合水分管理對水稻鎘吸收轉運特征的影響［J］. 農業環境科學學報，2018，37（2）：215-222.

［17］徐向華，劉傳平，唐新蓮，等. 葉面噴施硒硅復合溶膠抑制水稻砷積累效應研究［J］. 生態環境學報，2014，23（6）：1064-1069.

［18］余 侃，肖秋水，黃思思，等. 生物有機硒對不同水稻品種主要性狀、重金屬含量及硒吸收的影響［J］. 南方農業學報，2021，52（5）：1206-1214.

［19］王世華，羅群勝，劉傳平，等. 葉面施硅對水稻籽實重金屬積累的抑制效應［J］. 生態環境，2007，16（3）：875-878.

［20］潘榮慶，藍淯琛，何卿姮，等. 不同水稻品種及阻控劑對水稻各部位累積鎘的影響［J］. 江蘇農業科學，2023，51（2）：247-252.

［21］秦淑琴，黃慶輝. 硅對水稻吸收鎘的影響［J］. 塔里木農墾大學學報，1996，8（2）：17-20.[HJ2mm]

［22］Feng R W，Wei C Y，Tu S X. The roles of selenium in protecting plants against abiotic stresses［J］. Environmental and Experimental Botany，2013，87：58-68.

［22］周金林，陳 能，郭望模. 大田雙季種植秈稻籽粒鎘積累差異研究［J］. 湖南農業科學，2013（11）：26-28.

［24］陳慧茹，董亞玲，王 琦，等. 重金屬污染土壤中Cd、Cr、Pb元素向水稻的遷移累積研究［J］. 中國農學通報，2015，31（12）：236-241.

［25］崔曉熒，秦俊豪，黎華壽. 不同水分管理模式對水稻生長及重金屬遷移特性的影響［J］. 農業環境科學學報，2017，36（11）：2177-2184.

［26］楊 揚，高莉莉，張 慧，等. 不同淹水處理對水稻體內砷富集的影響［J］. 湖北農業科學，2020，59（23）：58-62.

收稿日期：2022-09-28

基金項目：廣西創新驅動發展專項（編號：桂科AA17204078）。

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

通信作者：黃智剛，博士，副教授，主要從事農業面源污染與生態治理研究。E-mail：19950048@gxu.edu.cn。