叶面阻控剂降低稻米镉积累的效应机制与成本效益分析：一项Meta分析

《Environmental and Sustainability Indicators》：Foliar control agents for reduction of Cd accumulation in rice grains: A meta-analysis

为解决稻米镉污染威胁粮食安全的问题，研究人员通过Meta分析系统评估了不同叶面阻控剂（Foliar control agents）在降低稻米镉积累方面的有效性、机制、产量及成本。结果表明，有机叶面阻控剂在田间试验中表现出更优的降镉效果（降低0.18 mg/kg）和增产效应（419.35 kg/ha），其机制主要通过增强镉在细胞壁的固定；而无机剂则同时增加镉在细胞壁和细胞器的积累。研究还推荐了针对不同土壤镉含量（0.4–0.8 mg/kg和>0.8 mg/kg）的优选剂型，为田间应用提供了成本效益优化的科学依据。

　　

随着工业化进程的加速，农田土壤重金属污染日益严重，其中镉（Cd）因其高毒性、易迁移和生物富集性，成为威胁稻米安全生产的首要因素。稻米作为全球过半人口的主食，其镉污染通过食物链进入人体，可引发贫血、高血压及肝肾损伤等多种疾病，直接危害公众健康。近年来，中国多地稻米镉含量超标报道频发，如南京淮阴区稻米镉含量达0.345 mg/kg，湖南株洲和浏阳地区甚至高达0.617–0.781 mg/kg，远超出食品安全限值。为应对这一挑战，农业实践中发展了多种阻控技术，包括调整种植结构、施用土壤调理剂、筛选低镉品种以及喷施叶面阻控剂（Foliar control agents）。其中，叶面阻控剂因操作简便、效率高且二次污染风险低而备受关注。然而，现有研究多局限于盆栽试验，缺乏对田间实际效果、成本效益及作用机制的系统评估，导致技术推广面临瓶颈。为此，湖南农业大学资源学院土壤肥料高效利用国家工程实验室的研究团队在《Environmental and Sustainability Indicators》上发表了一项Meta分析研究，全面比较了不同类型叶面阻控剂在降低稻米镉积累、作用机制、产量提升及经济成本方面的差异，为田间应用提供了科学决策依据。

本研究采用系统性文献检索策略，从Web of Science和中国知网（CNKI）数据库中筛选2000–2024年间发表的69篇相关研究。通过Meta分析计算效应量（Mean Difference, MD）和95%置信区间（95% CI），评估叶面阻控剂对稻米镉含量、亚细胞分布、转运因子（Transfer factor, Tf）及产量的影响。成本分析综合了试剂费用和劳动力投入（以150 CNY/天·次计），并采用随机效应模型处理异质性数据（I2≥50%）。关键分析包括：镉积累减少效应（通过MD和变化率P%量化）、镉在根-茎-叶-籽粒的转运路径、叶绿素含量变化以及亚细胞分布（细胞壁、细胞器、可溶组分）。

3.1 叶面阻控剂对稻米镉积累的影响

研究将叶面阻控剂分为无机和有机两大类。无机剂进一步包括非金属型（如Si、Se基）和金属型（如Zn、Fe基）；有机剂则涵盖有机酸、天然活性物质等。田间试验显示，有机剂的降镉效果（0.18 mg/kg）优于无机剂（0.12 mg/kg），而盆栽试验中无机剂表现更佳（0.18 mg/kg）。具体而言，硅基剂如Na₂SiO₃在田间可使稻米镉含量降低66.67%，锌基剂ZnSO₄的降镉率在12.50%–57.14%之间；有机剂中马来酸（MA）和色氨酸（Trp）的降镉率分别达58.73%和57.14%。

3.2 镉转运路径的变化

无机剂主要通过抑制镉从根向茎（TF_Root-Stem）和从叶向籽粒（TF_Leaf-Rice）的转运来阻控镉积累，其中ZnSO₄对TF_Leaf-Rice的抑制率高达83.37%。有机剂则显著促进镉从茎向叶（TF_Stem-Leaf）的转运（增幅2.13%–48.36%），但抑制叶向籽粒的迁移。

3.3 叶绿素含量响应

硅、硒基无机剂和多数有机剂能提升叶绿素a、b及总量，增幅达7.70%–58.46%。例如，γ-氨基丁酸（GABA）使叶绿素a增加51.73%–58.46%。但水杨酸（SA）处理会降低叶绿素总量30%以上，表明剂型选择需考虑植物生理响应。

3.4 镉的亚细胞分布机制

无机剂（如Si、Zn基）促进镉在细胞壁的固定（增幅11.43%–16.19%），通过增强果胶-OH基团吸附镉离子；硒基剂（Na₂SeO₃）则将镉转向可溶组分（液泡区隔化）。有机剂如鼠李糖脂（RHA）和甘油（Gly）增加镉在细胞器和可溶组分的分配，但部分剂型（如BL-Zn）可同步提升细胞壁和细胞器的镉含量。

3.5 产量与成本效益

田间应用中，有机剂平均增产419.35 kg/ha，显著高于无机剂（225.82 kg/ha）。成本分析显示，无机剂成本范围为361.42–1867.00 CNY/ha，有机剂为510.19–10633.33 CNY/ha。综合考虑降镉效率、产量和成本，研究推荐在土壤镉含量0.4–0.8 mg/kg时优选丝氨酸（Ser）、磷酸二氢钠（NaH₂PO₄）和硒酸钠（Na₂SeO₃）；当土壤镉>0.8 mg/kg时，硅酸钠（Na₂SiO₃）和四乙基硅酸酯（TEOS）更具优势。

本研究通过多维度Meta分析，阐明了叶面阻控剂的降镉机制与应用潜力。有机剂在田间表现出更优的降镉-增产协同效应，但其成本较高；无机剂则因价廉且机制明确（如细胞壁固定）适用于中重度污染土壤。研究首次将成本效益纳入评估框架，为农户选择剂型提供了量化依据。未来研究需聚焦于复合剂型开发（如氨基酸-无机元素组合），并加强环境因子（如降雨、风速）对喷施效果的影响评估。该成果为推进叶面阻控技术的标准化、规模化应用奠定了理论基础，对保障粮食安全与农业可持续发展具有重要意义。