土壤中的重金属污染物主要来自矿冶活动、 工农业生产及电子垃圾处理等. 重金属有生物不可降解性及生物毒性，进入土壤后不但降低土壤肥力和作物的产质^[1]，而且常见的重金属具有一定的致癌性和致突变性，在恶化环境、 破坏地表植被的同时，可通过食物链传递危及人体健康^[2]. 因此，美国国家环保署(U. S. EPA)将Cd、 Cu、 Pb、 Hg、 Ni及Zn等对人畜最具毒害作用的重金属，列为优先控制的无机污染物^[3]. 我国在2011年颁布的《重金属污染综合防治“十二五”规划》中也将Hg、 Cr、 Cd及Pb等重金属列为重点监控污染物^[4]. 目前，重金属污染土壤的问题已经成为全球关注的环境问题之一.

我国受Cd、 As、 Cr、 Pb等重金属污染的耕地面积近2000万hm²，占总耕地面积的1/5左右，合计经济损失至少达200亿元^[5]. 国内某些区域水稻土的Cd含量严重超标已经达到生产镉米的污染程度，如上海沙川灌区、 湖南衡阳和株洲等地区^[6]. 水稻是我国的主要粮食作物，湖南省是我国的水稻主产区，在我国的粮食生产安全上占有举足轻重的地位. 近年来，随着土壤Cd含量超标问题日益严重，糙米Cd含量超过0.2 mg ·kg^-1的国家标准(食品安全国家标准食品中污染物限量,GB 2762-2012)的污染问题相继浮出水面^[7]. 因此，关于稻米Cd污染控制技术方面的应用研究倍受关注.

目前，比较热门的稻米Cd污染控制技术主要有四：其一是抗镉污染水稻品种的选育^[8]; 其二是降低土壤Cd有效性的适宜改良剂及其施用技术^[9]; 其三是稻田水分管理技术^{[10, 11]}; 其四是改良剂与农艺调控技术的综合运用^[12]. 在现阶段土壤镉含量没有有效消除和大幅度降低的情况下，采用改良剂来修复重金属污染土壤的方法比较普遍，改良剂材料的开发是Cd阻控技术的核心，石灰、 海泡石、 磷酸盐类等常用改良剂^{[13, 14]}一直是研究热点，寻求有潜力的新型改良剂^{[15, 16, 17]}(赤泥、 生物碳、 富硒类和富硅类物质等)及合理施用方式也是研究的趋势之一，因此本文利用湖南株洲某冶炼厂周边重金属复合污染土壤开展不同施硅方式对水稻5个关键生育期内各部位Cd污染控制与修复潜力的研究，以期为湖南典型Cd污染农田提供合理的施肥管理技术，以及为探讨硅肥对阻控稻米Cd污染的机理提供科学依据.

(1)供试水稻品名

晚稻品种为丰源优299(杂交稻，全生育期114 d)，秧苗由株洲霞湾试验基地提供.

(2)供试土壤种类

供试土壤采自株洲清水塘霞湾地区某冶炼厂旁试验田. 土壤样品采自耕作层(0~20 cm). 土壤在阴干、 洁净、 无污染处自然风干后，将土块压碎，除去残根、 杂物过筛. 供试土壤pH和重金属含量见表 1.

表1(Table 1)

表 1 土壤理化性质 /mg ·kg-1 Table 1 Soil physical and chemical properties/mg ·kg-1 项目 pH Pb Zn Cu As Cd 霞湾土壤 6.86±0.271) 1880.45±4.12 595.86±3.25 671.45±4.45 302.80±4.23 216.89±3.13 三级标准2) ＞6.5 ≤500 ≤500 (农田)≤400 (水田)≤30 ≤1.0 1) 为3个重复的平均值±标准差; 2)土壤环境质量标准(GB 15618-1995，三级)

表 1 土壤理化性质 /mg ·kg-1 Table 1 Soil physical and chemical properties/mg ·kg-1

从表 1可知，霞湾土壤pH≈7，为偏中性紫砂土，土壤中Pb、 Zn、 Cu、 As、 Cd的含量都已超过国家土壤环境质量三级标准，其中Pb超标约3.8倍，Zn超标约1.2倍，Cu超标约1.7倍，As超标约10倍，而Cd超标情况最为严重，约217倍，故为多金属重度复合污染农田土壤.

(3)供试盆栽桶样式及填土细则

用聚乙烯(PE)材质80桶经人工改装而成，上口径为80 cm，下口径为60 cm，桶高50 cm; 为了模拟田间水渠能够排水和控制水稻淹水深度的功用，于桶壁距下底40 cm处打一直径为4 cm的孔，装上相应大小PVC材质弯径水阀开关，即径流排水口. 用磅秤称得每盆装风干霞湾土壤85 kg，即可将土壤分层填压至距盆栽径流排水口下方3 cm处，淹水一月待土壤稳定紧实后，土层可沉淀至距排水口下方3~5 cm处. 土表面积约为0.5024 m².

(4)供试肥料品名

土施硅肥：富力邦牌粉状硅钾钙肥(山西富邦肥业有限公司生产，有效硅SiO₂≥30%，氧化钙CaO≥30%，有效钾K₂O≥4%，有效镁MgO≥3%)，水稻推荐基施量为每亩30 kg.

喷施的叶面硅肥：正大叶面肥1号速溶硅肥(郑州正大生物科技有限公司生产，有效成分：可溶硅+微量元素+其它养分≥50%)，推荐喷施浓度为3.3 g ·L^-1，喷液量以作物叶片正背面沾满雾滴为宜.

试验采用完全随机区组室外盆栽试验方案设计，具体试验处理技术(见表 2); 试验共设置了4个措施：空白对照(CK)，基施硅肥处理(Tsi)，喷施叶面硅肥处理(Ysi)，基施硅肥且喷施叶面硅肥处理(Tsi+Ysi)，每个处理重复3次. 在开展水稻试验前，将盆中土壤淹水1个月. 根据水稻栽培的正常施肥技术和试验盆土表面积进行换算，每盆施分析纯过磷酸钙13 g，分析纯尿素13 g，分析纯硫酸钾4 g; 微肥改良剂施肥量均按肥料包装上的推荐施用剂量和喷施强度进行设计，施用规程见表 2; 基施肥料均于移栽前3 d撒施于土表并与表层0~5 cm土壤混匀，再淹水3~5 cm. 于2012年7月19日将长势均匀的丰源优299晚稻壮苗栽植，移栽秧龄为5.5~6.5叶期，移栽密度为20 cm×20 cm，每盆插秧11兜，3颗为1兜. 水稻全生育期定时定量灌水，土面保持3~5 cm水层，种植期间不打农药，于水稻抽穗前，在试验场地搭建尼龙网室，防止鸟类等动物偷食或破坏籽粒，其他管理措施按当地习惯进行. 晚稻收获时间为2012年10月15日. 在水稻盆栽试验开展前，采集盆栽土壤样品，测定土壤理化性质. 再分别于水稻的苗期、 分蘖期、 抽穗期、 乳熟期和成熟期采集植株样品，除成熟期每盆随机采集5兜，其余各时期每盆采集1兜作为样品，经前处理后，上机测定水稻各器官或部位中Cd含量. 本试验通过选择湖南省株洲市清水塘地区某重金属复合污染荒田土壤材料，设计硅肥的不同施肥方式对水稻Cd污染修复潜力进行盆栽试验研究，以期为湖南地区重金属污染农田的合理施肥管理提供科学依据.

表2(Table 2)

表 2 试验处理名称及内容 Table 2 Treatments and details of the pot experiment 处理 具体操作规程 CK 不施用任何改良剂，水分管理为常规管理; 基本苗参考当地的高产管理技术 Tsi 移栽前3 d基施富邦牌粉状硅钙钾肥，用量为每亩30 kg，折合为每盆22.6 g； 其他措施同CK Ysi 于水稻孕穗期和抽穗期分别喷施1次叶面硅肥，剂量为3.3 g ·L-1，喷至水稻叶片正背面沾满雾滴即可，其他措施同CK Tsi+Ysi 在Tsi处理基础上，再增加Ysi处理，施肥操作规程同上，其他措施同CK

表 2 试验处理名称及内容 Table 2 Treatments and details of the pot experiment

采用电位法(水土比为2.5 ∶1)^[18]测定土壤pH. 经HCl-HNO₃-HF-HClO^[18]₄坩埚湿法消解土壤样品，用ICP-OES(美国PE8300)检测土样中Pb、 Zn、 Cu、 Cd、 As的含量.

水稻样品采集后，用自来水洗净泥土，并分为根、 茎、 叶、 穗、 谷粒等部位，根据常规农业生产习惯，将谷粒样品置于室外阳光下晒干，其他部位样品皆装入编号信封置于103℃烘箱内杀青1 h，调至65℃烘至恒重后，再称取和记录各部位样品的干重，晒干谷粒用糙米机和精米机再细分为谷壳、 糙米和精米，然后用植物粉碎机粉碎植物样品后，装入密封袋保存待用. 水稻样品经混合酸(HNO₃ ∶HClO₄=4 ∶1)^[19]湿法消解、 定容后用原子吸收分光光度计-火焰法(TAS-990，北京普析)测Cd浓度在0.1 ng ·kg^-1以上的水稻样品，用原子吸收分光光度计-石墨炉法(GTA120，美国Varrian)测定Cd浓度在100 μg ·kg^-1以下的水稻样品. 未能及时测定的消解液放入冰柜4℃冷藏保存.

本研究数据处理与差异分析采用Excel 2003和SPSS(Statistical Product and Service Solutions,12.0)进行.

晚稻丰源优299从移栽到收割的时间为2012年7~10月，7月18日幼苗移栽，8月12日水稻为秧苗期; 9月11日水稻进入分蘖期，水稻生长情况旺盛; 9月28日前后开始进入抽穗期，水稻植株生长更加茂盛; 10月4日水稻进入乳熟期，10月15日水稻成熟. 总体来看，水稻的整个营养生长和生殖生长在生育周期上都吻合稻作正常生长规律，但由于受多种重金属的高污染胁迫，长势比正常生长环境下的水稻明显要弱一些，如株高、 有效分蘖数、 生物量等方面(数据略).

由表 3可知，施硅处理间水稻成熟期各部位的生物量大小差异不显著，但与CK相比，除水稻茎部、 穗部和稻谷在处理间的生物量上差异不显著外，施硅处理的水稻地下根部的生物量显著降低，结合表 4的Cd含量数据，推测是因为富硅肥料使得Cd在水稻根部发生沉淀反应或区室化效应，从而促使Cd大量富集于根部造成胁迫效应，最终影响了根部的正常生长. 反观叶片中生物量可知，施硅处理的水稻叶片比CK叶片的生物量更大，可能是由于硅能增加叶片的叶绿素含量，增强光合作用能力，促使水稻叶片能够生长的较好. 从晚稻产量数据可知，与CK相比，处理间的水稻产量略有变动且与之差异并不显著，说明在重度多金属污染土壤条件下，3种施硅方式不会显著影响水稻的产量.

表3(Table 3)

表 3 处理间晚稻成熟期各部位的生物干重 1) Table 3 Impact of different fertilizers on dry weigh of rice in the mature period 处理 根 茎 叶 穗 稻谷产量 CK 17.22a 38.74a 16.85b 94.16a 92.22a Tsi 12.64b 38.25a 19.39a 88.12a 81.28a Ysi 12.52b 37.59a 20.38a 94.90a 92.79a Tsi+Ysi 11.67b 37.83a 20.53a 86.14a 83.26a 1)干重单位为g ·(5兜)-1，同一列中带相同字母代表处理间差异不显著性(P<0.05)，下同

表 3 处理间晚稻成熟期各部位的生物干重 1) Table 3 Impact of different fertilizers on dry weigh of rice in the mature period

表4(Table 4)

表 4 成熟期相同处理下晚稻相同器官中Cd的含量 /mg ·kg-1 Table 4 Cd contents in same organs at ripening period after treatments of later rice/mg ·kg-1 处理 根 比对照降低率/% 茎 比对照降低率/% 叶 比对照降低率/% 穗 比对照降低率/% CK 135.87a 36.62a 11.31c 8.64a Tsi 128.91b 5.12 13.45d 63.27 4.71d 58.36 3.40d 60.65 Ysi 121.40d 10.65 26.78b 26.87 9.59b 15.21 6.00c 30.56 Tsi+Ysi 124.51c 8.36 23.85c 34.87 9.73b 13.97 6.69b 22.57

表 4 成熟期相同处理下晚稻相同器官中Cd的含量 /mg ·kg-1 Table 4 Cd contents in same organs at ripening period after treatments of later rice/mg ·kg-1

水稻对Cd的吸收积累规律是一个复杂的动态 变化过程，吸收积累规律不仅与土壤理化性质、 环 境温度等外部环境因素有关，还与水稻品种、 施加硅肥的物质理化特性等内部控制因素有关. 通过分析丰源优299晚稻的5大关键生育期内各植物器官中Cd含量的变化情况，发现水稻吸收积累Cd是一个动态升降变化的过程，因此也表明水稻每个关键 生育期对土壤Cd的吸收转运的贡献率都有所不 同，在不同生育期可能对土壤Cd存在一定的吸收Cd的比例关系，王凯荣等^[20]采用分阶段加Cd的水稻水培试验研究已表明水稻对Cd的胁迫反应因生育期不同而异，幼穗分化之前(前期)，Cd毒害主要表现为降低光合生产力; 幼穗分化至抽穗期(中期)主要抑制幼穗的分化与发育过程; 抽穗之后(后期)主要阻碍碳水化合物和NP养分向穗部迁移和转化. 从对产量形成影响来看，幼穗分化-抽穗期是水稻对Cd胁迫反应最敏感时期. 水稻吸Cd的速率为中期>后期>前期. 图 1为硅肥施用后晚稻不同生育期各部位中Cd含量动态变化情况. 从中可知，每时期晚稻各部位中Cd的含量都呈现出一致的梯度关系：根＞茎＞叶＞籽粒.

图 1 丰源优299不同生育期各部位Cd含量 Fig. 1 Concentrations of Cd in different issues at different growth periods of later rice

水稻根部与环境土壤接触最为密切，是水稻吸收土壤养分和有害物质的主要来源，由图 1(a)可知，在5大生育期内水稻根部中Cd的含量跨度变化较大，水稻根部中Cd的含量变化范围为7.38～135.89mg ·kg^-1; 水稻茎部中Cd的含量变化范围为3.56～38.83 mg ·kg^-1; 水稻叶部中Cd的含量变化范围为3.16～14.29 mg ·kg^-1. 总体而言，水稻整体Cd污染极为严重，且处理间水稻各部位中Cd含量存在显著差异.

水稻茎部作为地下根部和地上叶穗等器官的主要物质传输通道，经蒸腾作用，能从根部向上运输养分及有害物质，使得水稻地上部得以生长发育成熟或受污染物毒害. 从图 1(b)来看，从苗期到乳熟期，水稻茎部中Cd的含量是一个波动起伏的上升过程，到成熟期，茎部Cd含量存在一个下降的总体趋势. 具体来看，不同处理的水稻茎部在各生育期内Cd吸收转运Cd的能力有所不同，有研究报道表明，喷施叶面硅肥有效提高了水稻叶片中叶绿素含量且调节了各种酶的活性，间接提升了水稻地上部光合作用效率，从而增强了水稻植株抗逆性^[21]，同时也可能增强了茎部和叶部对营养元素及有害元素(Cd)的协同吸收作用. 因此可以认为喷施叶面硅肥的措施最终利弊由喷施剂量和强度等外部因素以及营养元素和有害元素的吸收平衡模式等内在因素所决定.

由图 1(c)可知，在苗期-分蘖期(前期)，Tsi和Tsi+Ysi处理的水稻叶片中Cd含量差异不显著，因为此时还没有喷施叶面硅肥，暂时为一致的处理; 有趣的是孕穗期-抽穗期(中期)喷施叶面硅肥后，Tsi和Tsi+Ysi处理的水稻叶片中Cd也没有明显的差异，但与CK和Ysi处理(抽穗期叶片中Cd含量无差异)相比，Tsi和Tsi+Ysi处理的水稻叶片中Cd含量显著降低了，这可能是因为喷施叶面硅肥的阻Cd后效时间较长，不能在短时间内(抽穗期喷施叶面硅肥3 d后采样)抑制叶片对Cd的吸收速率，直到乳熟期才看出叶面喷施硅肥对水稻叶片有明显的阻Cd效果(与CK相比，包括喷施叶面硅肥在内的所有施硅处理都对水稻叶片中Cd含量有显著阻控效应); 然而在乳熟期-成熟期(后期)，Ysi和Tsi+Ysi处理的水稻叶片中Cd含量又升高了且与CK无显著差异，表明喷施叶面硅肥的效果可能在乳熟期主要表现为叶片中Si阻止茎部中Cd向叶片中运输，而在成熟期可能为防止Cd对后代果实种子的毒害效应，Cd会主动分配到生理活性较低的部位，如表皮细胞的液泡、 维管束、 表皮附属物毛状体等^{[22, 23]}，如Cd可能会在叶片中发生沉淀反应或区室化效应^[24]，因此，喷施叶面硅肥对叶片的阻控效应在不同时期可能存在着不同的叶片控Cd效果，从而最终有不同的稻米Cd污染控制效果，关于进一步探讨于不同生育期喷施叶面硅肥的稻米Cd阻控效果研究应该是非常有意义的.

水稻稻穗(包含谷粒和穗秆)及籽粒的成熟要经过孕穗期、 抽穗期、 乳熟期和成熟期等4个主要阶段，本试验针对性的研究了抽穗期、 乳熟期和成熟期这3个时期内水稻穗部对Cd的吸收积累情况[见图 1(d)]. 研究结果表明在3个关键生育期内，Tsi和Tsi+Ysi处理与CK处理的水稻穗部中Cd的含量变化趋势基本一致，即：水稻穗部中Cd的含量呈先上升再下降的趋势; 而喷施叶面硅肥处理的水稻穗部中Cd的含量呈一直下降趋势，结合Ysi处理的茎部和叶部在乳熟期和成熟期的Cd趋势(即都是Cd含量呈上升的趋势)，表明籽粒形成过程中，喷施叶面肥的措施促使水稻体通过调节Cd向茎叶部的积累来降低Cd在穗部的积累浓度，有资料表明，当水稻籽粒成熟时，剑叶是稻穗光合碳水化合物的主要来源^[25]，同时剑叶也是整个植株矿物质再运输的主要来源^[26]，因此可以认为在剑叶长出的抽穗期喷施叶面硅肥，此时水稻机体能够将Cd较多的富集或滞留于茎部和叶部，从而减少Cd在穗部的累积，因此叶面硅肥的Cd阻控机制可能是将从地下部吸收上来的Cd尽可能的滞留于茎叶部，从而通过减少Cd向穗部等高处的迁移来缓解Cd对果实的毒害效应. 黄秋婵等^[27]采用水稻水培试验研究表明Si可增加水稻对Cd的抵御能力，主要表现为Si可以改变根细胞中Cd的分布情况，增加Cd在细胞壁中的沉积，减少Cd在共质体中的比重，另有研究表明Si修饰的细胞壁对Cd²⁺亲和性较强的原因在于Si(OH)₄的羟基与细胞壁多糖上的羟基通过分子间的相互作用，在细胞质外体空间内形成了有序的SiO₂胶体，可与Cd²⁺等重金属离子配合形成Si-Cd复合物^[28]. 因此，土施硅肥能将Cd²⁺沉积于根部细胞壁中，而喷施叶面硅肥可能将地上部的Cd²⁺沉积于茎部和叶部的细胞壁中，形成Si-Cd的复合物，进而减轻Cd向果穗部的迁移及其在穗部的积累. 综上所述，关于叶面肥对阻控Cd向上迁移的机制有待深入研究.

对丰源优299晚稻成熟期各部位的Cd含量进行处理间多重比较分析，结果见表 4.

与CK相比，基施硅肥处理在丰源优299成熟期对水稻根部Cd含量的降低率为5.12%，对茎部的降低率为63.27%，对叶片部分的降低率为58.36%，对穗部的降低率为60.65. 喷施叶面硅肥处理对晚稻在成熟期根部、 茎部、 叶部和穗部Cd含量的降低率分别为：10.65%、 26.87%、 15.21%和30.56%. 2种硅肥配施处理对晚稻在成熟期根部、 茎部、 叶部和穗部Cd含量的降低率分别为：8.36%、 34.87%、 13.97%和22.57%.

大量报道也已证实硅对水稻吸收积累Cd有阻控效果，史新慧等^[29]通过水稻水培试验结果证实：施硅能显著抑制Cd向地上部的运输，使质外体运输途径的运输量减少了36%，加硅也降低了质外体内不同形态Cd的含量，特别是结合态的Cd，施硅显著降低了Cd毒害所诱导的过氧化物酶活性，这说明加硅缓解了高浓度Cd对水稻的毒害作用; 免疫细胞化学定位显示硅结合蛋白主要分布在水稻根系表皮下的纤维层细胞及内皮层细胞附近，此部位是硅积累的主要部位，也是离子在质外体运输的关键入口，这从分子水平上解释了加硅可降低质外体途径的Cd运输量. 阻控机制的另一方面是因为硅肥是偏碱性肥料，土施能够提升土壤的pH，在钝化土壤有效态Cd和降低Cd的植物有效性方面有一定效果^[30]; 而且基施硅肥品名为富邦牌硅钙钾肥，是含有多种营养元素的组合肥料，主要成分为有效硅(SiO₂≥30%)、 氧化钙(CaO≥30%)、 有效钾(K₂O≥4%)、 有效镁(MgO≥3%)等，据已有研究表明，Si、 Ca、 K、 Mg等元素都能提升水稻植株的抗逆性，与Cd发生拮抗作用，进而减轻Cd对水稻的毒害作用^[30,31]. 但从研究结果来看，基施硅肥并结合喷施叶面硅肥(Tsi+Ysi)处理的茎部中Cd的阻控效果却没有土施硅肥的Tsi处理好，有可能叶面喷施的剂量和强度不适宜此污染土壤或水稻品种，具体机制不明，有待进一步研究. 在富硅改良剂影响植物体内重金属积累和分配的机制研究方面，Gu等^[32]发现，施加粉煤灰和钢渣在一定程度上增强了水稻根表铁膜对重金属的吸附作用，而且抑制了重金属从水稻茎部向叶部的转运，使水稻籽实中重金属含量达到我国国家食品卫生安全标准的要求，其原因可能是富硅改良剂增加了水稻中硅的含量，促进了硅与重金属形成复合物沉淀，进而减少了转运. 为进一步了解富硅改良剂对水稻体内重金属积累、 转运和分配的影响，Gu等^[32]通过水培试验研究了硅对迁移性较强的锌的吸收、 形态转化和转运的影响，发现在200 μmol ·L^-1锌胁迫条件下，施加0.5 mmol ·L^-1和1.8 mmol ·L^-1硅促进了生理活性较强的Zn²⁺向对植物无毒害作用的Zn-Si复合物沉淀转化，并增加了该复合物沉淀在水稻生理活性较弱的组织(如厚壁组织)的细胞壁中的分布，从而显著缓解了锌的植物毒害; 此外，加硅处理还促进了水稻根部内皮层中锌和硅的共沉淀，降低了木质部伤流液中锌的含量，抑制了锌通过木质部由茎部向叶部的进一步转运，从而显著降低了水稻体内重金属含量^[33].

转运系数是植物上部某元素质量分数与植物下部某元素质量分数之比，常用来评价植物将重金属从下部向上部的运输能力，也常用来作为筛选低Cd积累水稻品种的指标. 在过去几十年中，研究者对包括谷物(水稻、 玉米、 小麦及大豆等)、 蔬菜(西红柿、 胡萝卜、 菠菜及芹菜等)及果树(苹果、 葡萄及草莓等)在内的一批重金属低累积农作物品种进行筛选研究，其中水稻(Oryza sativa L.)得到了最多的关注^[34]. Zhan等^[35]通过传统筛选方法研究了39个水稻品种对Cd的低累积能力，所筛获4个品种的谷粒中Cd浓度皆低于0.2 mg ·kg^-1(中国无公害食品稻米标准，NY 5115-2008)，且Cd的富集系数皆小于1，Cd转运系数小于0.28，具有良好的Cd阻隔特性^[35]. 而近期有研究表明，通过考查重金属胁迫下植物的相关生理响应如根系泌氧率(rates of radial oxygen)，也可简单快速地完成重金属低累积植物/农作物筛选工作^{[36, 37]}. 具体而言，水稻根系渗氧率与根表铁膜形成程度及铁膜中重金属如Cd、 Pb含量之间都可成显著正相关关系(P<0.01)，而与Cd、 Pb在水稻茎叶和根中的分配成显著负相关(P<0.01)^[36]，表明根系渗氧率高低会影响重金属的分配、 吸收和转运过程，这为低累积水稻品种选择提供了重要依据. 本研究晚稻丰源优299品种的3个生育期各部位间转运系数如表 5所示.

表5(Table 5)

表 5 晚稻不同生长时期各部分转运系数变化 Table 5 Bio-transfer coefficient of early rice at different growth periods 处理 茎/根的转运系数 叶/茎的转运系数 分蘖期 抽穗期 乳熟期 成熟期 分蘖期 抽穗期 乳熟期 成熟期 CK 0.13 0.24 0.30 0.33 0.42 0.54 0.33 0.31 Si 0.13 0.11 0.17 0.10 0.63 0.46 0.31 0.35 Ysi 0.09 0.14 0.20 0.22 0.50 0.76 0.30 0.36 Si+Ysi 0.10 0.17 0.23 0.19 0.41 0.40 0.24 0.41

表 5 晚稻不同生长时期各部分转运系数变化 Table 5 Bio-transfer coefficient of early rice at different growth periods

晚稻不同生长时期各部分转运系数如表 5所示. 丰源优299晚稻茎/根的转运系数在0.09～0.33范围之内且远小于1，表明水稻各部位间Cd的向上输送能力非常弱，大量Cd积累于水稻根部，而茎部中Cd含量较小. 在水稻相同生育期内，各处理间水稻茎/根的转运系数差异不大，并且随着水稻的生长，水稻茎/根的转运系数都为缓慢上升的趋势，说明水稻根部向地上茎部运输Cd的输送能力伴随水稻的正常生长而逐渐增强. 晚稻叶/茎的转运系数在0.23～0.76范围之内且小于1，同时期处理间转运系数差异不明显. 并且随着水稻的生长，处理间水稻茎/叶的转运系数呈缓慢下降的趋势，说明水稻茎部中Cd向水稻叶部的运输能力随水稻的生长逐渐变弱.

综上所述，水稻对Cd的吸收主要集中在根系，水稻根部向茎部的Cd转运能力随着水稻正常生长而逐渐增强，而水稻茎部向叶部的Cd转运能力则伴随水稻正常生长逐渐减弱.

稻谷是水稻的可食用部分，稻谷可分解为谷壳、 糙米及精米，糙米和精米中Cd含量的大小基本决定了稻米食用风险的高低. 表 6是不同处理对晚稻成熟期稻谷中Cd的含量以及水稻产量的影响情况.

表6(Table 6)

表 6 不同处理对晚稻成熟期籽实部吸收Cd的影响 1) Table 6 Impact of different fertilizer measures on fruit part Cd uptake 处理 谷壳Cd/mg ·kg-1 升降幅度/% 糙米Cd/mg ·kg-1 升降幅度/% 精米Cd/mg ·kg-1 升降幅度/% CK 5.88b 0 4.92a 0 4.39a 0 Tsi 4.34c 26.19↓ 3.09c 37.20↓ 3.04c 30.75↓ Ysi 4.41c 25.00↓ 4.02b 18.29↓ 3.26b 25.74↓ Tsi+Ysi 2.20d 62.59↓ 2.05d 58.33↓ 1.50d 65.83↓ 1)"↓"表示Cd下降幅度,"↑"表示Cd上升幅度

表 6 不同处理对晚稻成熟期籽实部吸收Cd的影响 1) Table 6 Impact of different fertilizer measures on fruit part Cd uptake

从表 6可知，晚稻籽实部中Cd含量大小关系为：谷壳＞糙米＞精米. 处理间晚稻谷壳中Cd的含量大小为：CK＞Ysi,Tsi＞Tsi+Ysi，相比CK处理，施硅处理都明显降低了水稻谷壳中Cd的含量，且各处理对谷壳中Cd降低幅度各异.

各处理的糙米Cd含量颇高，糙米Cd含量的范 围在2.05～4.92mg ·kg^-1之间，明显已达米镉水平(Cd＞1mg ·kg^-1). 处理间水稻糙米中Cd的含量大小为：CK＞Ysi＞Tsi＞Tsi+Ysi，相比CK，所有微肥处理都能显著降低水稻糙米中Cd的含量，尤其以2种硅肥配施的措施对水稻糙米的降Cd效果最佳，降Cd幅度达到58.43%，基施硅肥处理、 喷施叶面硅肥处理和喷施叶面硒肥处理次之，降Cd幅度分别达到37.13%、 18.28%和12.70%.

与糙米Cd含量相比，各处理的晚稻精米Cd含量较低，但精米Cd含量的范围在1.50～4.39 mg ·kg^-1之间，也达到米镉水平. 处理间水稻精米中Cd的含量大小关系与糙米Cd完全一致(CK＞Ysi＞Tsi＞Tsi+Ysi)，研究表明与CK相比，所有硅肥处理都能显著降低水稻精米中Cd的含量，尤其以2种硅肥配施的措施对水稻糙米Cd的阻控效果最佳，降Cd幅度达到65.71%，基施硅肥处理和喷施叶面硅肥处理次之，降Cd幅度分别达到30.76%、 25.69%和23.34%.

综上所述，鉴于株洲霞湾土壤为重度多金属复合污染土壤，其中土壤中Cd含量超过国家土壤质量三级标准约217倍，在该土壤上种植晚稻，试验结果表明水稻籽粒部中Cd含量颇高，且水稻糙米和精米中Cd含量都已达到镉米生产水平，但本试验旨在重度复合污染土壤上，研究各种改良剂对稻米Cd污染的阻控潜力. 盆栽试验结果表明：Ysi+Si处理对早晚稻糙米Cd及晚稻精米Cd的阻控效果最佳，Tsi处理和Ysi处理次之，并且这3种施硅处理不会显著影响水稻产量.

(1)就成熟期水稻生物量而言，施硅处理间水稻各部位的生物量大小差异不显著，但与CK相比，除水稻茎部、 穗部和稻谷产量在处理间的生物量上差异不显著外，施硅处理的水稻地下根部的生物量显著降低. 通过分析丰源优299晚稻的5大生育期内各部位中Cd的含量变化情况，发现水稻吸收积累Cd是一个动态升降变化的过程. 水稻各部位中Cd含量大小规律为根部>茎秆>叶部>籽粒. 与CK相比，施硅处理组都对水稻各部位的Cd含量有明显的调控作用.

(2)在5大生育期内水稻根部中Cd的含量跨度变化较大，水稻根部中Cd的含量变化范围为7.38～135.89mg ·kg^-1; 水稻茎部中Cd的含量变化范围为3.56～38.83 mg ·kg^-1; 水稻叶部中Cd的含量变化范围为3.16～14.29 mg ·kg^-1. 与CK相比，基施硅肥处理在丰源优299成熟期对水稻根部Cd含量的降低率为5.12%，对茎部的降低率为63.27%，对叶片部分的降低率为58.36%，对穗部的降低率为60.65%. 喷施叶面硅肥处理对晚稻在成熟期根部、 茎部、 叶部和穗部Cd含量的降低率分别为：10.65%、 26.87%、 15.21%和30.56%. 2种硅肥配施处理对晚稻在成熟期根部、 茎部、 叶部和穗部Cd含量的降低率分别为：8.36%、 34.87%、 13.97%和22.57%.

(3)水稻不同生育期各部位间(茎/根和叶/茎)转运系数都在0.09～0.76之间，表明水稻根部和茎部积累了水稻植株中大部分的Cd含量，Cd从水稻根部和茎部向上转运的能力都不强. 另外，水稻对Cd的吸收主要集中在根系，水稻根部向茎部的Cd转运能力随着水稻正常生长而逐渐增强，而水稻茎部向叶部的Cd转运能力则伴随水稻正常生长逐渐减弱，同时处理间转运能力差异不明显.

(4)水稻盆栽试验中，硅肥处理对稻谷(谷壳、 糙米和精米)中Cd的含量的阻控效果基本一致. Cd在稻谷中的浓度高低分布情况为：谷壳>糙米>精米. 与CK相比，施硅处理措施都显著降低了水稻谷壳中Cd的含量. 另外，水稻的糙米Cd和精米Cd浓度都已达到镉米生产水平，但根据硅的不同施肥方式对糙米和精米的降Cd阻控潜力来看，与CK相比，所有硅肥处理措施都能显著降低水稻糙米和精米中Cd的含量，尤其以2种硅肥配施(Ysi+Si)的处理措施效果最佳，对晚稻的糙米和精米的降Cd幅度分别达到58.43%和65.71%，其他处理阻控米Cd的效果次之.