天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育及降鎘效應(yīng)研究

向艷艷，黃運(yùn)湘，劉利杉，龍 泉

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育及降鎘效應(yīng)研究

向艷艷，黃運(yùn)湘，劉利杉，龍 泉

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410128）

為探明天然植物營(yíng)養(yǎng)素（水溶有機(jī)肥料）對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育、稻米品質(zhì)和降鎘效應(yīng)的影響，通過鎘超標(biāo)土壤盆栽試驗(yàn)開展研究。結(jié)果表明：噴施天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻株高及分蘗有一定的促進(jìn)作用，提高水稻對(duì)氮、鉀的吸收和稻谷產(chǎn)量，稻草氮、鉀含量分別較對(duì)照提高2.2%～5.4%和15.4%～26.4%，稻谷產(chǎn)量提高5.7%；顯著提高稻米粗蛋白和賴氨酸含量，粗蛋白含量提高6.1%～10.9%，賴氨酸含量提高50.0%～63.6%；增加稻根鎘含量，阻止鎘向地上部轉(zhuǎn)移，莖葉鎘含量較對(duì)照降低3.7%～9.6%；稻米鎘含量0.07 mg/kg，低于國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（＜0.2 mg/kg）。葉面噴施濃度以1∶900倍稀釋液為宜。

植物營(yíng)養(yǎng)素；葉面噴施；水稻；生長(zhǎng)發(fā)育；稻米品質(zhì)；降鎘效應(yīng)

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)農(nóng)田土壤重金屬污染已成為主要的環(huán)境問題，其中以鎘污染最為嚴(yán)重[1]。據(jù)近幾年統(tǒng)計(jì)，我國(guó)遭受鎘污染農(nóng)田面積高達(dá)28.0萬hm2，年產(chǎn)鎘超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品超過150萬t[2]。鎘是生物非必需元素，積累到一定數(shù)量會(huì)對(duì)生物產(chǎn)生毒害作用[3]。鎘具有極強(qiáng)的主極化能力，進(jìn)入土壤后很少發(fā)生向下的再遷移，因而主要累積于土壤表層，更易被作物根系吸收[4]。水稻是我國(guó)主要的糧食作物，極易吸收累積土壤中的鎘，從而導(dǎo)致稻米鎘含量超標(biāo)，嚴(yán)重威脅人類食品安全[5]。為此，尋求行之有效的阻鎘產(chǎn)品，抑制或阻斷水稻鎘的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，降低稻米鎘含量成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了大量的理論研究，并取得了豐碩成果。應(yīng)用研究主要集中在化學(xué)調(diào)控[6-7]、葉面阻控[8-10]、有機(jī)肥螯合鈍化[11-12]及綜合配套技術(shù)措施等方面[13-14]。

天然植物營(yíng)養(yǎng)素是以小肽多元氨基酸為主要成分的水溶有機(jī)肥料，葉面噴施具有調(diào)控植物生理、均衡補(bǔ)充植物養(yǎng)分、提高作物產(chǎn)量和改善品質(zhì)等作用，但其對(duì)阻控水稻鎘吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)效果方面的研究尚未見報(bào)道。通過土壤盆栽試驗(yàn)，研究了天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻產(chǎn)量及稻米品質(zhì)的影響，并探明其阻鎘效果，以期為篩選和豐富葉面阻鎘材料提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 供試土壤 取自株洲縣某鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎘超標(biāo)土壤，系由紫色頁巖風(fēng)化物發(fā)育的紫泥田。采集耕作層土樣，取樣深度0～20 cm，土壤取回后，經(jīng)風(fēng)干、錘碎，過5 mm篩，混勻備用。土壤質(zhì)地粘重，pH值6.94，有機(jī)質(zhì)40.0 g/kg、全氮1.88 g/kg、全磷0.53 g/kg、全鉀16.61 g/kg、堿解氮182 mg/kg、有效磷12.2 mg/kg、速效鉀107 mg/kg、緩效鉀223 mg/kg，全量鎘1.335 mg/ kg，有效態(tài)鎘0.78 mg/kg。

1.1.2 供試作物 湖南省主栽早稻品種——湘早秈32。

1.1.3 天然植物營(yíng)養(yǎng)素（粉劑） 由榮成鴻德海洋生物科技有限公司提供。pH值6.50，有機(jī)質(zhì)81%、水不溶物0.3%、鎘0.10 mg/kg、鉛1.00 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用土壤盆栽的試驗(yàn)方法，試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院試驗(yàn)基地玻璃網(wǎng)室進(jìn)行。共設(shè)3個(gè)處理，以清水為對(duì)照，每個(gè)處理重復(fù)6次，隨機(jī)區(qū)組排列。具體試驗(yàn)方案見表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

盆栽試驗(yàn)選擇裝6 kg土壤的塑料盆，高22 cm，直徑22.5 cm。N、P、K以尿素、磷酸二氫鉀、氯化鉀為肥源，分別施用0.10、0.05、0.13 g/kg。2016年4月27日將氮、磷、鉀肥做基肥拌入土壤后裝盆，淹水2～3 d，選擇長(zhǎng)勢(shì)一致的秧苗移栽至盆中，每盆移栽3株。分蘗期（5月11日）進(jìn)行第1次葉面噴施，始穗期（6月6日）噴施第2次，齊穗期—灌漿期（6月20日）噴施第3次，每次噴施時(shí)以正反葉面完全濕潤(rùn)為標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)水稻生育特性進(jìn)行水分管理，并記載水稻生長(zhǎng)發(fā)育動(dòng)態(tài)，7月14日分盆缽收獲稻株并采集土壤樣品，帶回室內(nèi)考種和分析測(cè)定。

1.3 分析測(cè)定項(xiàng)目與方法

土壤基本理化性質(zhì)和植株N、P、K含量采用常規(guī)分析方法測(cè)定[15]；稻米粗蛋白質(zhì)含量采用半微量凱氏法測(cè)定；賴氨酸采用染料結(jié)合賴氮酸（DBL）法測(cè)定[15]；淀粉測(cè)定采用旋光法測(cè)定[15]。稻草、稻米、稻根鎘含量采用HNO3-HClO4濕灰化[16]，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定[17]。植株標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用綠茶，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GBW10052（GSB-30）；大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用湖南大米，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GBW10045（GBS-23）。土壤全量鎘采用HCl-HNO3-HF-HClO4全消解[18]，土壤有效態(tài)鎘采用0.1 mol/L HCl浸提，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀[19]。土壤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)采用污染農(nóng)田土壤，標(biāo)準(zhǔn)號(hào)GBW08303。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件和Excel（2007）軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

從表2可知，噴施天然植物營(yíng)養(yǎng)素（處理2、處理3）與噴施清水（處理1）相比，對(duì)水稻株高及分蘗均有一定的促進(jìn)作用。處理2株高與分蘗數(shù)較對(duì)照分別提高5.7%和10.0%，處理3分蘗數(shù)提高10.0%。

表2 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響

2.2 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響

從表3可知，噴施天然植物營(yíng)養(yǎng)素可提高水稻生物產(chǎn)量和稻谷產(chǎn)量，但未達(dá)顯著差異水平，處理2和處理3水稻地上部生物產(chǎn)量分別較對(duì)照提高4.2%和6.8%，稻谷產(chǎn)量提高5.7%。對(duì)千粒重影響差異不顯著。

表3 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.3 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)植株氮磷鉀含量的影響

從表4可知，噴施天然植物營(yíng)養(yǎng)素可提高水稻對(duì)氮、鉀養(yǎng)分的吸收，減少對(duì)磷素養(yǎng)分的吸收。處理2和處理3稻草氮含量較對(duì)照分別提高2.2%和5.4%，鉀含量較對(duì)照分別提高26.4%和15.4%，但均未達(dá)顯著差異水平。

表4 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻植株氮磷鉀含量的影響（%）

2.4 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)稻米品質(zhì)的影響

從表5可知，噴施天然植物營(yíng)養(yǎng)素可顯著提高稻米賴氨酸含量，1∶900倍稀釋液噴施可顯著提高稻米粗蛋白含量，對(duì)淀粉含量無影響。處理2和處理3稻米粗蛋白含量較對(duì)照分別提高10.9%和6.1%，賴氨酸含量分別提高63.6%和50.0%。

表5 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)稻米品質(zhì)的影響 （%）

2.5 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻鎘吸收的影響

從表6可知，噴施天然植物營(yíng)養(yǎng)素根系鎘含量稍高于對(duì)照，但降低鎘向地上部轉(zhuǎn)移。處理2和處理3莖葉鎘含量分別較對(duì)照降低9.6%和3.7%，對(duì)稻米鎘含量影響差異不顯著，稻米鎘含量均未超過國(guó)家大米衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)（0.2 mg/kg）。

表6 天然植物營(yíng)養(yǎng)素對(duì)水稻不同部位鎘含量的影響（mg/kg）

3 結(jié)論與討論

天然植物營(yíng)養(yǎng)素是以深海魚類為原料制成的小肽多元氨基酸水溶有機(jī)肥料，在水果、煙草和水稻作物上表現(xiàn)一定的增產(chǎn)效果，可明顯改善作物品質(zhì)。該研究表明，葉面噴施天然植物營(yíng)養(yǎng)素，促進(jìn)水稻對(duì)氮、鉀的吸收，提高水稻生物產(chǎn)量和谷粒產(chǎn)量，適宜濃度噴施可顯著提高稻米粗蛋白和賴氨酸含量，水稻葉面噴施最適宜濃度為1∶900倍稀釋液。

葉面阻控技術(shù)是指通過噴施某種物質(zhì)后被作物吸收遷移到根尖與節(jié)間的一些關(guān)鍵部位，阻控鎘的吸收或遷移，以此來提高作物對(duì)鎘脅迫的抗性、減少甚至阻斷鎘的吸收[20]。該研究表明，葉面噴施天然植物營(yíng)養(yǎng)素，一定程度上阻止鎘向地上部轉(zhuǎn)移，莖葉鎘含量較對(duì)照下降3.7%～9.6%，其阻控鎘遷移的機(jī)理有待進(jìn)一步研究。

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（責(zé)任編輯：夏亞男）

EffectsofNaturalPlantNutrientsonGrowthandCadmiumReductioninRice

XIANG Yan-yan，HUANG Yun-xiang，LIU Li-shan，LONG Quan
（College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC）

A pot experiment using cadmium contaminated soil was conducted to study the effects of natural plant nutrients (water-soluble organic fertilizer) on growth of rice and the quality of rice grain and the reduction of cadmium (Cd) in rice. The results showed that foliar application natural plant nutrients showed a positive effects on height and tillers in rice grain, but the absorption of nitrogen and potassium in straw were increased by 2.2%-5.4% and 15.4%-26.4%, respectively, the yield of rice grain increased by 5.7%, and crude protein and lysine in rice grain significantly increased by 6.1%-10.9% and 50.0%-63.6%, respectively. The Cd concentration in rice root increased which prevented the transportation of Cd from root to overground part in rice. The Cd concentration in straw decreased by 3.7%-9.6%, and the Cd concentration of rice grain was 0.07 mg/kg, which was lower than the national food and healthy standard (＜0.2 mg/kg). The concentration of foliar application 1∶900 times diluted natural plant nutrients is the most appropriate.

plant nutrients; foliar application; rice; growth and development; quality of rice grain; Cd reduction

S511

A

1006-060X（2017）05-0036-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.005.011

2017-03-09

項(xiàng)目名稱：湖南省農(nóng)業(yè)廳項(xiàng)目（2015）

向艷艷（1994-），女，湖南湘西州人，碩士研究生，主要從事環(huán)境污染控制。

黃運(yùn)湘