不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响.pdf
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1、2023,45(4)DOI:10.13836/j.jjau.2023075Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensishttp:/江西农业大学学报 不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响昌晓宇1,涂田华1,卢坚雯2,张标金1*(1.江西省农业科学院 农产品质量安全与标准研究所,江西 南昌 330200;2.宜春市农业农村局 农产品质量安全检验检测中心,江西 宜春 336000)摘要:【目的】硒、铜、锌等微量元素通过酶参与人体内多种反应,是机体保持健康不可或缺的重要元素,而重金属元素(Cd、Pb、Hg、As)通过食物链作用于人体,是
2、危害人体的有毒物质。大米作为国民主粮是人体摄入这些元素的重要渠道。本试验探究不同农艺措施与石灰改良剂对水稻籽粒中重金属积累及微量元素含量变化影响。【方法】选用莲红香占为对象,使用不同浓度(10,20,30,40 g/桶)的石灰及不同的水分管理措施(淹水、湿润、间歇灌溉)的盆栽试验,研究对大米中微量元素(Se、Mn、Fe、Zn、Cu)及重金属元素(Cd、Pb、Hg、As)变化影响。【结果】湿润灌溉模式可显著提高大米中总硒含量,当湿润灌溉且石灰添加量为10 g/桶与30 g/桶时,大米中的总硒含量显著增加。采用双因素方差分析结果显示,灌溉方式与生石灰用量二因素单独及交互皆对大米总硒含量影响极显著。
3、在间歇灌溉模式下,添加不同含量的石灰对稻谷籽粒中Zn含量增加影响效果显著。生石灰用量因素对大米中Zn含量影响效果极显著,灌溉方式与生石灰用量交互对Zn含量影响效果极显著。湿润灌溉时添加石灰可显著降低稻谷中Cd浓度,灌溉方式与生石灰用量交互对Cd含量影响效果极显著。淹水灌溉模式下添加20 g/桶至40 g/桶石灰,对籽粒中Pb含量降低影响效果显著。【结论】在水稻种植过程中采用正确水分管理措施配合适宜浓度石灰改良剂促进水稻微量元素Se与Zn富集及减少重金属元素Cd与Pb对水稻的危害具有重要作用。关键词:大米;水分管理;生石灰;硒;有效硒;金属元素中图分类号:S511 文献标志码:A 开放科学(资源
4、服务)标识码(OSID):文章编号:1000-2286(2023)04-0806-13Effects of Different Water Management Measures Combined with Lime on the Accumulation of Selenium and Other Metal Elements in RiceCHANG Xiaoyu1,TU Tianhua1,LU Jianwen2,ZHANG Biaojin1*(1.Institute of Quality safety and Standard of Agricultural Products,Jiang
5、xi Academy of Agricultural Sciences,Nanchang 330200,China;2.Agricultural Product Quality and Safety Inspection and Testing Center,Yichun Agriculture and Rural Bureau,Yichun,Jiangxi 336000,China)收稿日期:20230329 修回日期:20230511基金项目:国家自然科学基金项目(32260067)和江西省重点研发计划项目(20202BBF62001)Project supported by the Na
6、tional Natural Science Foundation of China(32260067)and the Key R&D Project of Jiangxi Province(20202BBF62001)作者简介:昌晓宇,助理研究员,硕士,orcid.org/0009-0005-4322-608X,;*通信作者:张标金,副研究员,主要从事作物学研究,orcid.org/0009-0007-5160-6079,。昌晓宇,涂田华,卢坚雯,等.不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响 J.江西农业大学学报,2023,45(4):806-818.CHANG X Y,T
7、U T H,LU J W,et al.Effects of different water management measures combined with lime on the accumulation of selenium and other metal elements in riceJ.Acta agriculturae universitatis Jiangxiensis,2023,45(4):806-818.第 4 期昌晓宇等:不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响Abstract:Objective Trace elements such As sele
8、nium,copper and zinc participate in various reactions in human body through enzymes and they are essential elements for maintaining health,while heavy metals(Cd,Pb,Hg and As)act on human body through food chain and they are harmful to human body.Rice,as the staple food,is an important channel for hu
9、man intake of these elements.The purpose of this study is to investigate the effects of different agronomic measures and amendments on the accumulation of heavy metals and the content of trace elements in rice.MethodIn this study,Lianhongxiangzhan was selected as the research object,and different co
10、ncentrations of lime and different water management measures(flooding,wetting,intermittent irrigation)were used to study the effects of trace elements(Se,Mn,Fe,Zn,Cu)and heavy metals(Cd,Pb,Hg,As)on rice.Result The total selenium content in rice was significantly increased by wetting irrigation.The t
11、otal selenium content in rice was significantly increased when the lime dosage was 10 g/barrel and 30 g/barrel under wet irrigation.The results of two-factor variance analysis showed that irrigation method and lime consumption had significant effects on the total selenium content of rice.Under inter
12、mittent irrigation,adding different contents of lime had significant effect on the increase of Zn content in rice grains.The influence of the amount of lime on the content of Zn in rice is extremely significant,and the interaction between irrigation mode and the amount of lime has an extremely signi
13、ficant effect on the content of Zn.The addition of lime in wet irrigation significantly reduced the concentration of Cd in rice,and the interaction between the irrigation method and the amount of lime has a extremely significant effect on the Cd content.The addition of 20 to 40 g/barrel lime under f
14、looding irrigation had a significant effect on the reduction of Pb content in rice.Conclusion It is important to adopt proper water management measures in combination with suitable concentration of lime amendments to promote the enrichment of trace elements Se and Zn in rice and reduce the damage of
15、 heavy metals Cd and Pb to rice.Keywords:rice;water management;lime;selenium;effective selenium;metallic element【研究意义】水稻是我国居民第一主粮,也是我国第一大农作物,大米营养品质及产品安全性与国民密切相关。微量元素是维持机体正常运转的基本矿物质,在免疫功能、保护细胞免受损伤等方面发挥重要作用,在日常饮食中摄入适量微量元素有助于维持身体健康。重金属危害人体健康可导致多种疾病发生,在主粮中减少重金属摄入是保护机体的有效措施。通过适宜农艺措施富集大米中有益微量元素,使人体微量元素得到补
16、充,或减少大米中重金属成分比例,对于保护国民健康具有重要作用。【前人研究进展】硒类型为无机硒(亚硒酸盐和硒酸盐)与有机硒(硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸、硒氰基乙酸钾等),无机硒生物毒性强,有机硒生物毒性较低1,食品中有机硒是评价安全性的重要指标,富硒大米中的硒为有机硒,富硒大米安全性可得到保证2。研究表明,土壤总硒含量是评价农作物对土壤中硒利用度的重要指标,然而中国大部分县市属于缺硒状态,导致土壤中农作物对有效硒吸收程度很低,硒不能有效在农作物中富集造成国民膳食硒含量不足3。江西天然富硒土壤资源非常丰富,全省已探明富硒土壤面积265 万hm2,为富硒水稻在江西培育与推广提供良好条件,但江西红壤pH
17、 5.55.7在全国范围比较偏低,并且红壤中有效硒含量偏少,对于植物富集硒元素不利4。石灰作为一种土壤改良剂,广泛应用于南方酸性土壤,可以提高土壤pH,增加土壤颗粒表面负电荷,降低植物对阳性金属离子富集,施用改良剂对提升水稻营养品质,保障粮食安全具有重要作用5。并且,不同生长期水稻对水分要求不同,可采用不同的水分管理模式(例如干湿交替灌溉和土壤湿润灌溉)应用到水稻生产中,既提高水稻产量与水资源利用率,也可对土壤中微量元素的吸收、改善土壤理化指标、降低重金属富集程度产生积极影响6。【本研究切入点】土壤pH对土壤有效硒有正向影响,硒在酸性环境中生物利用度降低,为提升土壤硒在植物中的富集程度,采用施
18、用石灰方式改变土壤环境,提升土壤中农作物可吸收有效硒含量,进一步提高稻米硒含量与富硒稻米品质。同时,水分管理对土壤溶液中硒的种类和浓度也有很大影响7。采用适宜石灰及水分管理措施对于增加富硒水稻硒含量具有实际应用价值,同时富硒水稻生产是改善国民缺硒这一状况的良好途径。【拟解决的关键问题】本试验拟采用不同水分管理模式(间歇灌溉、湿润灌溉、淹水灌溉)及不同浓度石灰处理,探究水稻中微量 807江 西 农 业 大 学 学 报第 45 卷元素(Mn、Fe、Zn、Cu、Se)及重金属(As、Cd、Hg、Pb)积累变化。为寻找高效水稻富硒方法,研究不同处理模式对水稻重金属与微量元素富集规律,为提高水稻附加值及
19、安全性提供理论基础。1 材料与方法1.1试验材料供试水稻为项目组自有品种莲红香占。供试土壤采自江西省农业科学院高安基地稻田表层(020 cm),供试土壤经自然晾晒后过筛,搅拌均匀后作为实验栽培基质。测定土壤Se 1.65 mg/kg、Zn 8.82 mg/kg、Cu 2.20 mg/kg、As 0.55 mg/kg、Cd 18.9 g/kg、Hg 17.0 g/kg、Pb 62.9 g/kg。1.2试验设计采用盆栽试验,采用圆形塑料水桶(高28 cm,上部直径32 cm,容积18 L),每盆装干土15 kg,每处理3盆,每盆种水稻苗4株。每盆加氮磷钾三元复合肥2 g、18 mg硒(以亚硒酸钠水
20、溶液形式添加),以及分别添加0(CK)、10、20、30、40 g/桶的生石灰,反复混匀后装盆。设置3种水分管理方式。间歇灌溉:每次浇水至水层厚度为35 cm,自然落干后再次浇水。湿润灌溉:保持浅水层至秧苗返青后,在水桶上与土壤表面齐平位置钻孔3个,每天浇水12次,保持土壤湿润。淹水灌溉:长期保持水层厚度35 cm。1.3分析测试水稻成熟后,每盆分别收取全部稻谷,晒干后碾制出糙米,粉碎,过80目筛,在干燥箱60 烘干至恒重。同时取对应的每盆土壤样品1 kg,自然晾干,磨碎,过60目筛。采用GB 5009.932017 食品安全国家标准 食品中硒的测定 方法检测大米硒含量,采用GB 5009.2
21、682016 食品安全国家标准 食品中多元素的测定 方法检测大米铁、锰、锌、铜、砷、镉、汞、铅等元素含量。分别采用NY/T 11042006 土壤中全硒的测定、NY/T 34202019 土壤有效硒的测定、NY/T 13772007 土壤pH的测定 方法检测土壤全硒、有效硒含量和pH。1.4主要仪器与试剂原子荧光分光光度计(4-10,购自上海仪电分析仪器有限公司),原子吸收分光光度计Z2000,购自日立(中国)有限公司,ICP-MS7800,购自安捷伦科技(中国)有限公司。盐酸(AR,36.0%38.0%),硝酸(AR,65.0%68.0%),硼氢化钾(AR,95%),氢氧化钾(AR,85.0
22、%),铁氰化钾(AR,99.5%),试剂品牌均为沪试(购自国药集团化学试剂有限公司)。1.5数据统计与分析所有测定样品设3个平行样,测定结果以(平均数标准差)计。试验数据采用SPSS 19.0统计软件进行双因素方差分析与单因素方差分析,显著水平P0.05。2 结果与分析2.1不同农艺处理对大米硒含量的影响石灰添加浓度为1040 g/桶时,无论灌溉方式如何,土壤中pH值均明显增加(P0.05),且pH值随添加石灰的量增加而升高(表1)。按照pH增加趋势幅度大小,对灌溉方式排序依次为:间歇灌溉、淹水灌溉、湿润灌溉。3种灌溉模式中pH最高值出现在间歇模式中7.78。石灰改良剂在土壤中产生氢氧化钙,在
23、与氢离子结合后使土壤pH升高,进而影响土壤酸碱度,导致土壤中的内环境变化,改变土壤微量营养元素比例及化学元素的相互转化情况。间歇灌溉模式下,稻米硒及土壤中有效硒含量与石灰施用量显著负相关,相关系数分别为-0.941与-0.888(表1)。此灌溉模式下未添加石灰时稻米硒含量为0.740 mg/kg,随着石灰含量的增加稻米中的硒含量随之降低,当添加量为40 g/桶时稻米中硒含量降为0.257 mg/kg。湿润灌溉模式下添加10 g/桶和30 g/桶石灰,稻米中硒含量明显增加。淹水灌溉模式下,添加石灰组稻米硒含量明显降低,并且石灰量添加越多硒含量降幅越大。未添加石灰时土壤有效硒含量由高到低依次为:间
24、歇灌溉、湿润灌溉、淹水灌溉。湿润灌溉模式下添加石灰,导致土壤中水分含量与pH值发生改变,使硒元素较多转化为易于迁移的四价硒元素,四价硒元素是土壤中有效硒主要成分,添加石灰有助于稻谷硒元素富集。808第 4 期昌晓宇等:不同水分管理措施配施生石灰对大米硒及其他金属元素积累的影响灌溉方式对大米硒含量影响效果极显著,生石灰用量同样对稻米硒含量影响极显著,在灌溉与石灰交互对大米硒含量影响极显著(表2)。说明灌溉方式与生石灰使用量二因素,无论在单一作用还是交互作用于大米中硒含量时均有显著影响。灌溉方式和生石灰使用量联合起来对大米硒含量误差的处理效应为88.1%,剩余的为随机误差。生石灰用量对土壤pH影响
25、效果极显著。2.2不同农艺处理对土壤及籽粒中微量元素变化研究如表3所示,3种灌溉模式下稻米中Mn在未加石灰时,湿润模式下含量最高为23.68 mg/kg,间歇灌溉下含量最低。3种灌溉模式下各添加石灰组与对照组比,大米中Mn含量均降低,且降低幅度随添加石灰量增加而降低,当添加石灰量为40 g/桶时对大米中Mn含量影响极显著。可能由于石灰的加入使土壤中氧化还原电位增加,促使Mn向含Mn氧化物形态转变,使水稻吸收有效Mn含量降低,籽粒中Mn含量也会随之减少。如表3所示,未添加石灰时,间歇灌溉模式下大米中Fe含量最低16.20 mg/kg,其余两组Fe含量相差不大。间歇灌溉模式籽粒Fe含量在添加石灰量
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