康 權(quán)，康 健，顏合洪，張春波

（1. 湖南省頓豐硅鈦能科技開(kāi)發(fā)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410016；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410125；3. 湘西土家族苗族自治州農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，湖南 吉首 416000）

鎘、鉻、汞、砷、鉛5 種元素在自然界普遍存在，當(dāng)這些元素累積在農(nóng)產(chǎn)品中，食用后對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重傷害，人們稱其為“五毒”元素，尤以鎘元素對(duì)人體的危害性最強(qiáng)[1]。鎘是一種稀有元素，并不是植物和人體所必需的元素，毒性極大。鎘在環(huán)境中遷移性差，殘留時(shí)間長(zhǎng)，降解難度大，極易通過(guò)吞食和皮膚接觸而進(jìn)入到人體內(nèi)，是一種致畸、致癌性極強(qiáng)的物質(zhì)[2]。農(nóng)田鎘污染最早是20 世紀(jì)初期由日本富山縣的“鎘米事件”為眾人所知。最初只是該地區(qū)的水稻生長(zhǎng)發(fā)育不良；到1931 年該地區(qū)的婦女開(kāi)始先后患病，癥狀表現(xiàn)為腰、手、腳等關(guān)節(jié)疼痛難忍；后調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這是由于神通川上游神岡礦山的廢水引起的鎘中毒癥狀[3]；到21 世紀(jì)初，我國(guó)也有大米鎘含量超標(biāo)的報(bào)道，進(jìn)而引發(fā)人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品食用安全的擔(dān)憂，同時(shí)也引起了各級(jí)政府和農(nóng)業(yè)科技工作者的高度關(guān)注，由此在鎘污染調(diào)查和治理方面開(kāi)展了大量工作，但效果不盡人意，一些稻田已被列為鎘污染嚴(yán)控區(qū)，不能種植水稻，這是一個(gè)急需解決的問(wèn)題[4]。

微納米硅微生物菌劑是一種以蛋白頁(yè)巖為基礎(chǔ)材料而研發(fā)的新型土壤調(diào)節(jié)劑，蛋白頁(yè)巖是稀有的天然納米材料，它的平均孔徑為7～8 nm，比表面積為100 m2/g，同時(shí)帶有遠(yuǎn)紅外能量和太赫茲能量；在pH 值為2.5 時(shí)，它的表面電荷為0，當(dāng)pH 值上升后，帶有負(fù)電荷，pH 值上升到弱堿性（8.0～8.5）時(shí)，它的表面負(fù)電荷很大，具有很強(qiáng)的吸附性，能大量地吸附重金屬離子[5]。筆者通過(guò)研究微納米硅微生物菌劑對(duì)稻米的降鎘和增產(chǎn)效應(yīng)，為該微生物菌劑在水稻生產(chǎn)上的推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑，由湖南省頓豐硅鈦能科技開(kāi)發(fā)有限公司提供。田間小區(qū)試驗(yàn)的供試水稻品種：2018 年和2020 年為株兩優(yōu)819，2019 年為一晚品種雨母香，均由衡南縣三塘鎮(zhèn)當(dāng)?shù)胤N子公司提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間小區(qū)試驗(yàn)試驗(yàn)在衡南縣三塘鎮(zhèn)大廣村進(jìn)行，當(dāng)?shù)貧夂驗(yàn)閬啛釒Ъ撅L(fēng)氣候，屬于典型的雙季稻區(qū)。試驗(yàn)田地勢(shì)平坦，3 a 內(nèi)未做過(guò)肥料試驗(yàn)，中等肥力，肥力均勻，供試土壤為紅壤，排灌條件好，無(wú)“三廢”污染源，其土壤鎘含量和基礎(chǔ)養(yǎng)分含量如表1 所示。試驗(yàn)時(shí)間為2018 年3 月至2020 年11 月。2018和2019 年試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：處理1，常規(guī)施肥+基施“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑1 kg/667m2；處理2，常規(guī)施肥+基施“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑2 kg/667m2；處理3（CK），常規(guī)施肥（采用當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)農(nóng)村局推薦的最佳施肥方案）。2020 年試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：處理1，有機(jī)肥+“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑0.75 kg/667m2作基肥，孕穗后期追施“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑0.25 kg/667m2；處理2，化肥+“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑0.75 kg/667m2作基肥，孕穗后期追施“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑0.25 kg/667m2；處理3（CK），常規(guī)施肥；有機(jī)肥和化肥均為當(dāng)?shù)爻Ｓ檬惺郛a(chǎn)品，按當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣施用。每個(gè)處理設(shè)3 次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積為20 m2，小區(qū)間均設(shè)隔離行，并用塑料薄膜與田泥作埂高于耕作層20 cm，形成各小區(qū)單排單灌，無(wú)水肥串灌。各處理其他肥水管理、插秧密度及病蟲(chóng)害防治等均按當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)主管部門(mén)頒布的規(guī)范技術(shù)實(shí)施。

表1 供試土壤的鎘和基礎(chǔ)養(yǎng)分含量

1.2.2 “頓豐圭”微納米硅微生物菌劑的應(yīng)用（示范）2018—2020年先后在湖南、湖北、浙江、廣東、江西等9 個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）開(kāi)展了“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑對(duì)水稻降鎘、增產(chǎn)提質(zhì)等方面的應(yīng)用示范工作[數(shù)據(jù)來(lái)源于湖南省科技廳成果登記（湘科成登字第9430000Y20220016 號(hào)）]，菌劑施用量1～2 kg/667m2。其中，選擇有代表性的安仁縣承平鎮(zhèn)、汨羅市白塘鎮(zhèn)和桃源縣木塘垸這3 個(gè)示范大田進(jìn)行降鎘分析，湖南花垣、湖北咸寧、廣東增城、江西石城和浙江衢州這5 個(gè)示范大田進(jìn)行稻谷增產(chǎn)分析，除“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑外，其他水肥管理適應(yīng)當(dāng)?shù)厣a(chǎn)習(xí)慣。

1.3 考察指標(biāo)及方法

1.3.1 土樣采集及分析試驗(yàn)開(kāi)始前隨機(jī)多點(diǎn)采集耕作層剖面基礎(chǔ)土樣，混合均勻后用四分法收取待測(cè)土樣1 kg，風(fēng)干備用。在水稻試驗(yàn)完成后按同樣方法分處理獲取待測(cè)土樣。然后樣品送中國(guó)農(nóng)科院衡陽(yáng)紅壤觀測(cè)站按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)土樣養(yǎng)分含量及鎘含量。

1.3.2 稻米鎘含量的檢測(cè)每個(gè)小區(qū)采10 株成熟的稻谷脫粒曬干至含水量為13%后，作為鎘含量的待測(cè)樣品，然后送糧食主管部門(mén)稻米定點(diǎn)檢測(cè)單位按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法檢測(cè)稻米鎘含量（國(guó)際和國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)限量分別為0.4 和0.2 mg/kg）。

1.3.3 稻谷產(chǎn)量的測(cè)定水稻成熟后，各試驗(yàn)小區(qū)和示范區(qū)單收、脫粒、曬干后測(cè)產(chǎn)（稱重）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)水稻降鎘效果分析

2.1.1 小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果從表2 可以看出，2018 年處理1 和處理2 的降鎘效果分別為45.80%和58.73%，2019 年分別為48.46%和54.63%，2020 年分別為88.52%和83.33%。除2018 年處理1 外，其他微納米硅微生物菌劑處理的稻米鎘含量均降至國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)以下，由此可知，在鎘污染管控區(qū)，施用“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑，稻米鎘含量下降明顯，可以達(dá)到安全生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)。多重比較結(jié)果顯示，處理1 和處理2 的稻米鎘含量極顯著低于對(duì)照，且連續(xù)施用3 a后降鎘效果更為明顯。同時(shí)2020 年的試驗(yàn)結(jié)果顯示，不管是專施化肥還是有機(jī)肥，微納米硅微生物菌劑對(duì)稻米的降鎘效果均極顯著。

表2 田間試驗(yàn)結(jié)果的水稻降鎘效果

2.1.2 大田示范結(jié)果表3 的結(jié)果顯示，施用1～2 kg/667m2“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑后，稻米的降鎘效果十分明顯，稻米中的鎘含量在0.086～0.150 mg/kg，均低于國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)，與空白對(duì)照（未施用微納米硅微生物菌劑）相比，降鎘效果為63.09%～75.00%。而空白對(duì)照處理，稻米中鎘含量為0.233～0.600 mg/kg，均超出國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)。由此可見(jiàn)，在鎘污染的稻田土壤中，施用“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑可以生產(chǎn)鎘達(dá)標(biāo)的稻米。

表3 大田示范結(jié)果的水稻降鎘效果

2.2 不同處理對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

2.2.1 小區(qū)試驗(yàn)結(jié)果由表4 可知，與對(duì)照相比，2018 年處理1 和處理2 的增產(chǎn)率分別為6.81%和11.79%，2019 年分別為7.06%和8.97%，而2020 年的增產(chǎn)率更為明顯，分別為16.64%和22.41%。與對(duì)照相比，2018 和2019 年微納米硅微生物菌劑處理的稻谷增產(chǎn)達(dá)到顯著水平，2020 年達(dá)到極顯著水平。

表4 田間試驗(yàn)的稻谷產(chǎn)量結(jié)果

2.2.2 大田示范結(jié)果在湖南、湖北、廣東、江西和浙江5 個(gè)省份將“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑應(yīng)用于水稻大田生產(chǎn)，示范面積約460 hm2，施用1.5～2 kg/667m2微納米硅微生物菌劑的前提下，增產(chǎn)幅度為12.0%～16.8%，結(jié)果說(shuō)明“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑能明顯提高水稻產(chǎn)量。

3 小結(jié)與討論

從田間小區(qū)試驗(yàn)和在南方稻區(qū)的應(yīng)用結(jié)果表明，在稻田鎘污染區(qū)，施用1.5～2 kg/667m2“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑，可基本實(shí)現(xiàn)土壤鎘含量1.0 mg/kg以下的酸性稻田種植口糧的達(dá)標(biāo)生產(chǎn)；同時(shí)，“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑對(duì)水稻具有明顯的增產(chǎn)作用。小區(qū)試驗(yàn)2018 年增產(chǎn)率為6.81%、11.79%，2019 年增產(chǎn)率為7.06%、8.97%，2020 年增產(chǎn)率為16.64%、22.41%；與對(duì)照相比，2018—2019 年增產(chǎn)效果達(dá)顯著水平，2020 年增產(chǎn)效果達(dá)極顯著水平。湖南、湖北、廣東、浙江、江西5 省的大田示范混合應(yīng)用效果顯示，稻谷增產(chǎn)率為12%～16.8%。

“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑配方的基礎(chǔ)材料是天然的蛋白頁(yè)巖，屬于不定型硅，具有較大的活性。在鎘污染的稻田土壤中，施用1～2 kg/667m2“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑后，能將鎘吸附在帶有負(fù)電荷的硅離子表面，將鎘由有效態(tài)轉(zhuǎn)化為固化態(tài)，阻鎘于土壤中，而不會(huì)被水稻吸收到植株體內(nèi)，從而降低稻米鎘含量，使稻米鎘含量達(dá)標(biāo)。這一研究結(jié)果與其他學(xué)者的結(jié)論一致[5-8]，但降鎘效果更為明顯。

硅元素是水稻莖稈的組成物質(zhì)，增施硅肥能增強(qiáng)水稻抗倒性和抗病蟲(chóng)害的能力，調(diào)節(jié)光合作用和促進(jìn)生長(zhǎng)的作用[9-10]。至于“頓豐圭”微納米硅微生物菌劑增產(chǎn)的機(jī)理尚不完全明了，目前筆者所在團(tuán)隊(duì)正在深入研究。