ENVIRON SCI POLLUT R丨 污染农田施用不同类型硅肥对水稻籽粒镉砷含量的影响

论文内容

研究背景：

水稻是世界上几乎一半人口的主食。不幸的是，大米也是人类摄入镉(Cd)和砷(as)等有毒微量元素的主要原因，尤其是在亚洲。在农业和矿业共存的中国许多地区，人类通过日常食用食物暴露于砷和镉是一个令人担忧的问题。砷，特别是无机形式的砷，被列为非阈值的第1类人类致癌物，可导致严重的健康问题，如皮肤癌、肺癌、膀胱癌、肾癌和其他疾病。而镉与肺癌、肺腺癌、前列腺增生、骨折、肾功能障碍和高血压等疾病有关。

稻米中砷和镉的污染可能通过食物链对人类健康构成威胁。因此，迫切需要切实可行的解决方案来缓解砷和镉在水稻籽粒中的积累。有证据表明，硅肥能够有效降低镉的浓度或稻谷中的砷。由于肥料种类、用量、水稻栽培方法和其他混杂因素的不同，很难比较不同硅肥对水稻中镉或砷的降低效果。此外，在以往的研究中，大部分的实验都是针对单一有毒金属如砷或镉的还原效果，而不是同时研究砷和镉两种有毒金属的还原效果。这些有毒金属普遍存在于受污染的农田中，尤其是华南地区的水田，这些水田靠近大型矿山或选矿设施，灌溉水受多种元素污染。受矿山附近影响的稻田中，约有65%和50%的水稻未达到中国国家食品砷和镉标准，而且大多数水稻同时受到砷和镉污染。然而，施用硅肥对水稻中镉和砷的同时缓减效果尚不清楚。

研究内容：

本研究以硅钙肥、硅钾肥、偏硅酸钠、硅钾肥半成品为硅源，考察其降低稻米中Cd和as浓度的能力。水稻秸秆中约5 - 10%的硅以植物岩的形式存在，是一种无定形硅。稻秆作为硅超富集剂，也可视为一种硅肥，因为无定形硅在稻草中的溶解度高于晶体石英。考虑到水稻秸秆还田现象的普遍存在，本研究还选择秸秆作为潜在的硅肥，研究其降低水稻籽粒中Cd和as浓度的效果。

本研究的目的是研究(1)硅肥对稻田水稻籽粒中Cd和As浓度的降低效果;(2)不同硅肥同时降低Cd和As浓度的相对效果。

材料与方法：

材料：田间试验在中国湖南省祁阳市进行。研究土壤中一些有毒元素的浓度列于表1。砷、镉浓度略高于国家农业用地标准(砷30mg /kg，镉0.4 mg/kg) (GB15618-1995)。本研究使用的水稻品种是湘风优186。

方法：试验采用完全随机设计，每个处理3个重复(共27个地块)。每个地块的面积为30平方米。试验使用的硅肥为硅钾肥(KSi, 50%水溶性和50%柠檬酸盐可溶性钾)、硅钾肥(CaSi)、硅钾肥(SKSi，柠檬酸盐可溶性钾)的半成品、偏硅酸钠(Na2SiO3)。水稻秸秆(RS)也作为硅肥的一种。施氮量为尿素230 kg/ hm2，施磷量为过磷酸钙625 kg/ hm2，施钾量为氯化钾150 kg/ hm2。在移栽前，所有的硅肥与基肥一起施用，在施KSi和S-KSi的地块上，不额外施用氯化钾作为钾肥。在6个试验田，施用10倍的CaSi和S-KSi (9000 kg/ha)，研究水稻籽粒As和Cd的累积对Si施用的剂量响应。在不施肥的情况下建立对照小区。水稻是手工移植的，在淹水的田地里种植，直到成熟。成熟后，从每个地块随机采集4株完整的水稻植株。将秸秆和谷物分离，用去离子水清洗，去除土壤和灰尘颗粒。清洗后，在室温(25°C)下风干，直到它们达到恒定的重量。所有植物材料样品的消化程序均遵循Sun等人(2010)的规程。采用电感耦合等离子体质谱分析总As和Cd。铟(In)作为内标测量，所有样品在分析前随机化。采用最小二乘差(LSD)检验比较不同处理间的均值。所有统计分析均采用SPSS 17.0进行。米粉、秸秆和土壤中As的回收率分别为127、110和104%，Cd的回收率分别为106、114和118%。

结果表明：

1、总体而言，施肥显著提高了水稻籽粒产量和秸秆生物量(表2)，但不同肥料类型(包括NPK处理)和不同用量间差异不显著。粮食产量和秸秆生物量均未受到影响。与NPK处理相比，施硅处理显著增加了植株的生长，尽管众所周知，施硅可以促进植物生长，这在许多植物中都已被观察到，包括花生、玉米和黄瓜。这可能是由于土壤中有效硅的添加量不够显著影响籽粒产量和秸秆生物量，或者土壤中有效硅的含量已经足够水稻生长。

2、对照和NPK处理的水稻样品As平均含量分别为0.45±0.13和0.41±0.08 mg/kg，高于我国水稻As食品标准限值0.2 mg/kg (GB2762-2012)。NPK和NPK+RS处理显著提高了籽粒As浓度，分别提高了12.6和26.4%，水稻秸秆As浓度分别提高了15.9和20.5%(图1a)。

3、土壤呈微酸性，pH值6.0(表3)。除RS处理外，施用硅肥提高了土壤pH值。pH值最高的是NPK+CaSi9000处理(p<0.01)和NP+S-KSi9000处理(p<0.05)(表3)。随着施硅量的增加，pH值显著增加。

研究结论：

在重金属污染的水稻土上，硅肥能有效降低水稻籽粒中Cd和As的含量。不同硅肥对水稻籽粒As和Cd含量的降低效果不同。S- KSi肥对水稻籽粒中As的减量效果最好，CaSi肥是水稻籽粒中Cd的最佳减量选择。本研究表明，施用硅肥可以有效降低水稻籽粒中As和Cd的浓度，从而降低重金属污染地区居民的健康风险。

转自：“农科学术圈”微信公众号

如有侵权，请联系本站删除！