叶面喷施纳米硅肥对稻米镉含量及产量的影响.pdf

Hans Journal of Soil Science 土壤科学土壤科学,2023,11(3),116-121 Published Online July 2023 in Hans.https:/www.hanspub.org/journal/hjss https:/doi.org/10.12677/hjss.2023.113015 文章引用文章引用:齐季,吴展才,刘统棋.叶面喷施纳米硅肥对稻米镉含量及产量的影响J.土壤科学,2023,11(3):116-121.DOI:10.12677/hjss.2023.113015 叶面喷施纳米硅肥对稻米镉含量及产量的影响叶面喷施纳米硅肥对稻米镉含量及产量的影响 齐齐 季季1*，吴展才吴展才2*，刘统棋刘统棋1 1北京艾格鲁国际农业科技有限公司，北京 2马来西亚低投入可持续农业践行联盟，吉隆坡 收稿日期：2023年6月6日；录用日期：2023年7月7日；发布日期：2023年7月18日 摘摘 要要 水稻具有较强的吸镉特性，稻米镉含量高低直接关系到农户收益及食品安全问题。水稻具有较强的吸镉特性，稻米镉含量高低直接关系到农户收益及食品安全问题。本研究本研究中中使用一使用一款新款新型纳米液体硅肥菲彤型纳米液体硅肥菲彤，作为水稻吸镉的叶面阻隔剂。，作为水稻吸镉的叶面阻隔剂。试验试验数据表明，数据表明，通过通过9个处理个处理组与组与对照组对照组的比较，的比较，稻米镉含量均稻米镉含量均显著显著降低降低，且处理组镉含量均，且处理组镉含量均降至降至国家标准规定范围内国家标准规定范围内，最大降幅达，最大降幅达64.47%。此外。此外，处理处理组与组与对照组对照组之间千粒重差异不显著，但理论亩产增加之间千粒重差异不显著，但理论亩产增加56.85 kg，理论增产率达，理论增产率达9.88%。因此，纳米液体硅因此，纳米液体硅肥菲彤肥菲彤不仅能有效降低稻米不仅能有效降低稻米镉含量镉含量，还能增加水稻产量，从而带来增产提质和粮食安全的双重效益，还能增加水稻产量，从而带来增产提质和粮食安全的双重效益。关键词关键词 纳米硅肥，理论亩产，千粒重，稻米镉含量纳米硅肥，理论亩产，千粒重，稻米镉含量 Effects of Foliar Applied Nano-Silicon Fertilizer on the Cadmium Content and Yield of Paddy Crop Ji Qi1*,Changchai Ng2*,Tongqi Liu1 1Beijing Agro Technology International Co.,Ltd.,Beijing 2Low Input Sustainable Agriculture Consortium,Kuala Lumpur Received:Jun.6th,2023;accepted:Jul.7th,2023;published:Jul.18th,2023 Abstract Paddy cropabsorbs cadmium(Cd)in field from soil easily,which affects income of grower and raises public food safety issue greatly.In this study,Feitong,a new nano liquid silicon fertilizer,was used as a leaf barrier agent to block Cd absorption.Field data showed that the Cd content of *通讯作者。齐季 等 DOI:10.12677/hjss.2023.113015 117 土壤科学 rice in 9 treatment groups was significantly reduced compared to control group,and the Cd con-tent in the treatment group was reduced to the range stipulated by the national standard,with a maximum reduction of 64.47%.In addition,thousand-grain-weight,though difference between the treatment group and the control group was not statistically significant,theoretical yield per China acre(mu)increased by 56.85kg in average,leading to a potential increase rate of 9.88%.Therefore,Feitong,can be used as an agent to reduce rice Cd effectively,also for yield increment,which results positive effects on food safety and production.Keywords Nano-Silicon Fertilizer,Theoretical Yield,TKW,Cd Content of Rice Copyright 2023 by author(s)and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License(CC BY 4.0).http:/creativecommons.org/licenses/by/4.0/1.前言前言 根据中国环境监测总站中国土壤污染状况调查公报报告，全国耕地镉超标面积为 2.87 万 km2，占耕地总面积的 0.32%。其中，水稻田的镉污染是最突出的问题之一。GB2762-2020食品安全国家标准食品中污染物限量中规定，糙米中镉的限量指标为低于 0.2 mg/kg。由于矿产资源开采、废弃物处理及农业生产等多种因素，加之水稻自身具有富镉特性，稻米镉含量超标问题已在多地出现。2021 年 5 月，农业农村部发布了农业农村部关于进一步加强农田重金属污染防治工作的意见，除了制定更为严格的防治标准、加强对农田土壤和农产品的监管和检测之外，同时倡导科学的农业生产方式，比如减少化肥、农药等农业投入品对土壤和水体的污染，提高土壤养分含量和质量等措施，以此保障粮食安全和民众健康。Top of Form 水稻对铅、锌和镉等重金属的吸收能力不同。其中，水稻对镉的吸收能力最强，其次是铅，最弱的是锌1。而且，这个过程受到多种因素的影响，如土壤 pH 值、有机质含量、重金属化学形态、水稻植株生长阶段等2，尤其是土壤的 pH 值最为敏感。在酸性土壤中，重金属元素更容易被溶出，也更易被水稻吸收3。反之，在碱性土壤中，重金属将更多与土壤粒子结合，减少了被水稻吸收。此外，水稻不同生长阶段对重金属吸收和转移的程度也不同4。因此，在进行水稻种植和农业生产时，需要采取合理措施来降低作物遭受重金属污染的风险。镉对作物的不良影响，包括抑制根和茎的生长、减少叶绿素含量、降低光合作用速率等，从而导致植株形态异常、叶片发黄、产量降低等问题发生5。目前，针对稻米镉含量超标问题，采取的田间控制技术涵盖抗镉品种选育、土壤改良剂、叶面阻隔剂、微生物菌肥、土壤调理剂及水分管理(全生育期淹水灌溉)等。叶面喷施硅可以显著增加水稻植株中 POD 和 SOD 活性，降低 CAT 活性，从而减轻镉毒性6。在姜中使用叶面硅，也可显著增加 SOD、POD 和 CAT 活性，从而减轻镉毒性7。此外，研究还发现，硅的作用机制可能与其促进植物光合作用和维持细胞膜完整性有关，这表明硅可以通过增强植物的抗氧化能力来减轻镉毒性8。这些结论进一步对硅减轻植物镉毒性的机制，提供了重要参考。然而，具体的研究结果可能因植物物种、重金属类型、土壤条件和实验设置等因素而有所不同。本研究中使用一款新型纳米液体硅肥，在水稻生育期内进行多次叶面喷施，进一步探讨其在降低稻米镉含量的同时，了解其在增产上的效应，以期寻求一种水稻绿色高产优质的生产技术措施。Open AccessOpen Access齐季 等 DOI:10.12677/hjss.2023.113015 118 土壤科学 2.材料与方法材料与方法 2.1.试验设计试验设计 本试验于 2022 年 4 月至 9 月，在四川省成都市天府新区籍田镇开展。该区域平均海拔 437 m，年平均气温 17，年平均降雨量 905 mm，年日照时数 1242 h，土壤类型为水稻土。供试水稻品种为晶两优 534，于 4 月上旬育秧，5 月下旬插秧，8 月下旬至 9 月上旬陆续收获。供试产品来自北京艾格鲁国际农业科技有限公司，商品名为菲彤，技术指标 Si 120 g/L，平均粒径 17.31 nm(动态光散射法)。试验开始前，在当地筛选管理措施具代表性、地力条件相当的 9 个水稻种植户，每户水稻田中设置处理组和对照组各 1 亩。分别于水稻分蘖末期、破口期、穗期，按照 100 mL/亩次的用量处理 3 次，同期开展清水对照。其余稻田水肥管理同一般田块管理。2.2.测定项目与方法测定项目与方法 于水稻收获期从各处理及对照田块中，选取代表性 1.1 m*1.17 m 样点 3 个，每个样点分别收集稻谷样品，进行糙米镉含量、千粒重、亩产的测定与计算，并求取各处理组与对照组的平均值。2.2.1.理论亩产理论亩产 收集样点中所有稻谷，风干后称取重量 M。以计算式 667 m2/(1.1 m*1.17 m)*M，求得理论亩产。2.2.2.千粒重千粒重 将样点中收集的稻穗，风干后脱粒、去杂质及空瘪粒，以 1000 实粒样本称重，求得千粒重。2.2.3.糙米镉含量糙米镉含量 用实验砻谷机脱壳制成糙米 500 g，然后用粉碎机粉碎至全部通过 20 目筛，混匀。按照 LS/T6115-2016粮油检验稻谷中镉含量快速测定 X 射线荧光光谱法进行糙米镉含量测定。2.3.数据统计数据统计 运用 Excel 软件进行数据录入与计算，运用 SPSS20.0 进行统计分析。3.结果与分析结果与分析 3.1.叶面喷施纳米硅肥对水稻亩产的影响叶面喷施纳米硅肥对水稻亩产的影响 从图 1 可以看出，在 9 个水稻种植户中，无论是取样点的稻谷重量，还是水稻理论亩产，处理组均高于对照组。除以 4、8 为标记的种植户外，其余种植户中的处理组与对照组之间的差异均达到显著性水平。其中，取样点中稻谷重量平均增加 0.11 kg，水稻理论亩产平均增加 56.85 kg，最高增幅达 86.38 kg，理论增产率为 9.88%(图 2)。3.2.叶面喷施纳米硅肥对水稻千粒重的影响叶面喷施纳米硅肥对水稻千粒重的影响 由图 3 可知，9 个处理组的千粒重均高于相应对照组，其中处理组平均千粒重为 25.06 g，较对照组平均值增加 0.65 g。但是处理组与对照组之间的差异均未达到显著性水平。这说明水稻产量的增加可能与硅肥对于结实率、有效穗数等其他影响因素的提升有关，具体原因需要在后续研究中进一步探讨。3.3.叶面喷施纳米硅肥对糙米中镉含量的影响叶面喷施纳米硅肥对糙米中镉含量的影响 图 4 表明，处理组糙米镉含量均显著低于对照组，且处于国家限定标准(0.2 mgkg1)范围之内。经过 齐季 等 DOI:10.12677/hjss.2023.113015 119 土壤科学 Figure 1.Samples collected grain average weight(kg)图图 1.取样点中稻谷重量平均值比较/kg Figure 2.Paddy theoretical yield in weight(kg)图图 2.水稻理论亩产比较/kg Figure 3.Samples collected thousand-grain-weight(g)图图 3.水稻千粒重比较/g 齐季 等 DOI:10.12677/hjss.2023.113015 120 土壤科学 Figure 4.Cadmium analysis of collected brown rice(mgkg1)图图 4.糙米镉含量比较/mgkg1 3 次菲彤纳米液体硅肥处理之后，糙米镉含量最高降幅达 64.47%，平均降幅为 46.55%。这与叶面喷施硅肥促进质外体物理屏障形成、维管束系统成熟、减少重金属向上运输等有很大关系。4.讨论讨论 镉主要借助铁、锰、锌、硅、硒等微量元素的转运通道进入水稻根系，并向上运输到水稻稻穗中，主要包括根部吸收、木质部转运、跨维管束运输及韧皮部向籽粒迁移四个步骤9。土壤中的镉超标，对水稻种子萌发、幼苗生长、根系生长与生理生化及营养代谢等方面，均有不利的影响10。理论上来讲，本研究中纳米硅肥对于水稻增产降镉的效应，也源自于硅在植物体内对重金属镉的阻隔，减少了镉对作物光合作用的影响，从而使作物更顺畅地进行生理代谢反应。在叶面喷施之外，若在土壤中进一步使用相关硅肥产品，可将镉隔绝在根系以外的环境，是未来值得探讨的研究方向。叶面喷施含有 0.5 mM 硅的营养液，水稻木质部汁液可于 30 min、8.5 h 分别达到 6 mM、18 mM 11，说明硅肥能从叶面高效进入到体内，发挥增强植物提质和抗逆的功能。研究明确指出，植物对镉和硅的响应机制存在相互作用，硅可以降低植物对镉的吸收和转运12。硅在植物中的转运主要通过硅转运蛋白，其中包括从内皮层到木质部的转运过程。一些研究已经确认了参与硅转运的关键基因和蛋白质，例如在水稻中发现的 Lsi1 和 Lsi2 基因以及它们编码的蛋白质 Lsi1 和 Lsi2，这些基因和蛋白质都可以调节硅在植物中的吸收和转运13。Liu 等人通过叶面喷施硒来降低降低水稻体内的镉积累。在镉胁迫下，叶面施用硒可以降低水稻体内镉的积累量，并增强水稻的抗氧化能力，减轻镉对水稻的毒害作用。这可能是因为硒可与镉形成不易被吸收的硒镉复合物，从而减少镉在水稻体内的积累13。硅和硒的使用也具有缓解镉毒性的效果。添加硅和硒可以增加根系中的活性氧清除酶活性、提高根系和叶片中几种抗氧化酶活性来缓解镉胁迫对水稻的损害14。Ahmed 使用硅可以显著降低水稻幼苗体内的砷累积量，并且增加其生长指标和生理特性15。对比本研究中使用的菲彤纳米液体硅肥，其作用机制与前人论述基本相同，而且在实际应用中，由于其具有良好的复配性及纳米特性，保证了该产品能够适合多种应用场景及在作物体内快速传导。和前人研究的不同之处，本文也进一步指出使用液体硅肥菲彤，具有潜在性的增加产量，农户在投入产出比能有更安全的收获和更好的收益。齐季 等 DOI:10.12677/hjss.2023.113015 121 土壤科学 5.结论结论 稻米镉污染问题涉及到粮食安全、农户收益等各个层面，是水稻产业中不容忽视的痛点、难点。本研究结果表明，新型纳米液体硅肥菲彤的使用，可有效降低糙米中镉含量，达到甚至远低于国家限定标准。为整治水稻重金属污染提供了新思路、新方法。此外，在理论增产率可达 9.88%，纳米液体硅肥菲彤在学理推断上和前人的效果机理能相互印证，在实际使用上，不仅能有效降低稻米镉含量，还能增加水稻产量，从而带来增产和粮食安全的双重效益，是作为国家粮食战略布局的有力工具。参考文献参考文献 1 Wu,C.Y.,Ye,Z.H.and Wong,M.H.(2007)Responses of Different Genotypes of Paddy Rice to Cadmium Contami-nation and Their Mechanisms of Tolerance.Journal of Environmental Sciences,19,725-732.2 Zhang,X.,Lei,M.,Sun,G.,Teng,Y.and Shao,Y.(2012)Uptake and Transport of Cadmium in Rice(Oryza sativa L.)Seedlings as Affected by Iron Plaque and Fe/Cd 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