氮肥與硅肥配施對(duì)雜交稻岡優(yōu)725干物質(zhì)和鎘積累的影響

代鄒，李娜，嚴(yán)奉君，楊志遠(yuǎn)，徐徽，孫永健，馬均*

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氮肥與硅肥配施對(duì)雜交稻岡優(yōu)725干物質(zhì)和鎘積累的影響

代鄒1,2，李娜1,2，嚴(yán)奉君1,2，楊志遠(yuǎn)1,2，徐徽1,2，孫永健1,2，馬均1,2*

(四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川溫江 611130)

以雜交秈稻岡優(yōu)725為材料，設(shè)置不同施氮量(0、90、180 kg/hm2)和施硅量(0、150、300 kg/hm2)，研究氮硅配施對(duì)岡優(yōu)725干物質(zhì)積累和鎘吸收的影響。結(jié)果表明：各施氮水平下，施硅均能夠顯著促進(jìn)水稻根系干物質(zhì)的積累和地上部氮的積累，施氮量為0、90 kg/hm2時(shí)，施硅均能夠顯著促進(jìn)地上部干物質(zhì)的積累；施氮量相同的條件下，與不施硅相比，施硅量為150 kg/hm2處理可顯著增加有效穗數(shù)，顯著降低水稻千粒質(zhì)量；施氮為0時(shí)，與不施硅相比，施硅可顯著增加每穗粒數(shù)；各施氮水平下，水稻產(chǎn)量均隨施硅量的增加而提高，但在施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施硅的增產(chǎn)效果不明顯；各施氮水平下，施硅能顯著降低根、莖、穗、精米中鎘的含量及地上部鎘的積累量，但葉片中鎘含量升高，施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施硅量為150 kg/hm2和300 kg/hm2處理精米中鎘的含量差異不明顯。綜合本研究結(jié)果，施氮量180 kg/hm2+施硅量150 kg/hm2對(duì)岡優(yōu)725的增產(chǎn)降鎘的效果較好。

水稻；岡優(yōu)725；施氮量；施硅量；干物質(zhì)質(zhì)量；鎘含量

2014年，由中國(guó)國(guó)土資源部和環(huán)境保護(hù)部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，中國(guó)耕地土壤污染超標(biāo)率為19.4%，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，污染物以無(wú)機(jī)污染物為主，無(wú)機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)占全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%，其中，鎘以7%的超標(biāo)率成為首要無(wú)機(jī)污染物[1]。鎘污染主要來(lái)源于工業(yè)廢氣排放、礦渣的不合理利用、磷肥施用以及污水灌溉等[2–3]。土壤中的鎘因易溶和高遷移性被植物根系吸收進(jìn)入植物體內(nèi)并向地上部運(yùn)輸，最終對(duì)植物造成生理毒害[4]。20世紀(jì)60年代發(fā)生在日本的“痛痛病”就是因?yàn)楫?dāng)?shù)鼐用耖L(zhǎng)期食用被鎘污染的大米而導(dǎo)致的，因此，降低稻米中鎘的積累，保證糧食質(zhì)量安全是農(nóng)業(yè)科技工作者的重要目標(biāo)之一。氮肥的施用在一定范圍內(nèi)與水稻生物量及產(chǎn)量密切相關(guān)[5]。有關(guān)氮肥對(duì)植物鎘吸收積累的研究表明，植物對(duì)鎘的吸收與氮肥用量[6]、氮肥種類(lèi)[7]、植物種類(lèi)[8]等有關(guān)。前人研究表明，增加施氮量能夠促進(jìn)水稻對(duì)鎘的吸收，最終導(dǎo)致籽粒中鎘含量增加[6]，因此，產(chǎn)量與品質(zhì)安全的矛盾是水稻生產(chǎn)中需要迫切解決的問(wèn)題之一。硅有鈍化重金屬、與重金屬元素形成難溶的螯合物或共沉淀、促進(jìn)細(xì)胞壁形成、減少重金屬元素進(jìn)入等作用[9–12]，因此，硅既能促進(jìn)植物生長(zhǎng)，又可減少植物對(duì)鎘、錳、鋁、鋅和銅等重金屬的吸收，緩解重金屬脅迫對(duì)植物的傷害。關(guān)于氮硅配施對(duì)水稻生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響研究較多，但二者配施對(duì)水稻鎘吸收的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本研究中，以雜交秈稻岡優(yōu)725為材料，研究氮硅配施對(duì)其干物質(zhì)及鎘積累的影響效果，現(xiàn)將結(jié)果報(bào)道如下。

1　材料與方法

1.1材料

供試水稻品種為雜交秈稻岡優(yōu)725，是四川水稻生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的品種。土壤全氮含量為1.65 g/kg，速效磷含量為27.8 mg/kg，速效鉀含量為110 mg/kg，堿解氮含量為101.3 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為25.4 g/kg，土壤全鎘含量為0.75 mg/kg，pH值為5.83，土壤有效硅含量為178.4 mg/kg。按《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 15618—1995)》分類(lèi)，屬三級(jí)土壤、中輕度鎘污染田塊。

1.2方法

試驗(yàn)于2014年在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)水稻研究所(溫江區(qū))試驗(yàn)基地進(jìn)行。采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，施氮(尿素)量為主區(qū)，設(shè)0(N0)、90(N1)、180 kg/hm2(N2)3個(gè)水平；施硅(Na2SiO3·9H2O)量為副區(qū)，設(shè)0(S0)、150(S1)、300 kg/hm2(S2)3個(gè)水平，共9個(gè)處理。每個(gè)處理重復(fù)3次。小區(qū)面積15.4 m2。于4月7日播種，旱育壯秧，5月9日移栽。移栽行株距為33.3 cm×16.7 cm。氮肥按基肥、分蘗肥、穗肥3次施用，施用質(zhì)量比為3∶3∶4；硅肥全部用作基肥；磷肥用量75 kg/hm2，鉀肥用量150 kg/hm2，全部用作基肥。田間管理按常規(guī)高產(chǎn)栽培管理進(jìn)行。

1.3測(cè)定項(xiàng)目與方法

1) 植株干物質(zhì)質(zhì)量測(cè)定。成熟期，每小區(qū)以稻株為中心，按30 cm×15 cm、深30 cm的規(guī)格，挖取具有代表性的稻株3株，分別置于孔徑為0.4 mm的尼龍網(wǎng)袋中，用自來(lái)水沖洗干凈，分開(kāi)根、莖、葉和穗，于105 ℃烘箱中殺青30 min，調(diào)溫至75 ℃烘干至恒重。測(cè)定植株各部位的干物質(zhì)質(zhì)量。

2) 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素調(diào)查。成熟期，每個(gè)小區(qū)計(jì)數(shù)30穴水稻的有效穗數(shù)，取平均值作為小區(qū)單株有效穗。在成熟期各小區(qū)取5株，晾干后室內(nèi)考種，調(diào)查穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、千粒質(zhì)量等指標(biāo)，并計(jì)算結(jié)實(shí)率，各小區(qū)實(shí)打?qū)嵤沼?jì)產(chǎn)。

3) 植株及精米中鎘含量的測(cè)定。測(cè)干物質(zhì)質(zhì)量的樣品經(jīng)粉碎，過(guò)孔徑為0.25 mm的篩，用于測(cè)定植株各部位鎘的含量。根據(jù)各部位鎘的含量換算成單位面積鎘的積累量。取一部分收獲的籽粒烘干，用精米機(jī)制得精米，將精米粉碎，用于測(cè)定精米中鎘的含量。鎘含量采用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP–AES，美國(guó)熱電公司)測(cè)定。

4) 植株含氮量的測(cè)定。準(zhǔn)確稱(chēng)取粉碎樣品0.200 0 g，用濃H2SO4和定氮催化劑消煮，采用FOSS–8400全自動(dòng)凱氏定氮儀(Kjeltec 8400，丹麥)測(cè)定，再換算成單位面積氮積累量。

1.4數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和作圖；采用DPS 7.05進(jìn)行方差分析。

2　結(jié)果與分析

2.1氮硅配施對(duì)水稻根系及地上部干物質(zhì)質(zhì)量的影響

從表 1可以看出，氮以及氮硅的互作效應(yīng)對(duì)根系和地上部的干物質(zhì)質(zhì)量有極顯著的影響，施硅量?jī)H對(duì)根系干物質(zhì)質(zhì)量有極顯著影響。施氮量為0時(shí)，施硅量為150、300 kg/hm2處理的根系干物質(zhì)質(zhì)量分別比不施硅的高26.5%、17.2%；施氮量為90kg/hm2時(shí)，施硅量為150、300 kg/hm2處理的根系干物質(zhì)質(zhì)量分別比不施硅的高22.3%、17.6%；施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施硅量為150、300 kg/hm2處理的根系干物質(zhì)質(zhì)量分別比不施硅處理高1.9%、37.3%。在不施氮條件下，施硅量為300 kg/hm2處理能顯著提高岡優(yōu)725地上部的干物質(zhì)質(zhì)量；在施氮量為90 kg/hm2時(shí)，施硅量為150、300 kg/hm2處理分別比不施硅處理的干物質(zhì)質(zhì)量高3.5%和2.9%；在施氮量為180 kg/hm2時(shí)，不施硅處理地上部的干物質(zhì)質(zhì)量最高，而施硅量為150 kg/hm2處理的干物質(zhì)質(zhì)量比不施硅處理的低3.7%，兩者差異顯著。

表 1　氮硅配施下供試水稻的干物質(zhì)質(zhì)量及其方差分析結(jié)果

不同字母表示相同施氮量下不同施硅量之間差異顯著(＜0.05)；“**”表示在0.01水平上影響顯著；“ns”表示影響不顯著。

2.2氮硅配施對(duì)水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

從表 2中可以看出，氮和硅對(duì)有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量及結(jié)實(shí)率有顯著或極顯著的影響，氮硅互作效應(yīng)對(duì)水稻的有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率有極顯著影響。各施氮水平下，均以施硅量為150 kg/hm2的有效穗數(shù)最高。相同施氮水平下，施硅量為150 kg/hm2的千粒質(zhì)量與不施硅的差異顯著。在施氮量為90 kg/hm2時(shí)，施硅量為150 kg/hm2處理的每穗粒數(shù)比不施硅處理的高12.8%。施氮量為0 時(shí)，施硅量為150、300 kg/hm2處理的結(jié)實(shí)率比不施硅處理的低5.9%、4.4%；施氮量為90 kg/hm2時(shí)，與不施硅處理相比，施硅量為150 kg/hm2的結(jié)實(shí)率顯著下降，而施硅量為300 kg/hm2處理的結(jié)實(shí)率顯著升高。施氮為0時(shí)，施硅能顯著提高水稻的產(chǎn)量；施氮量為90 kg/hm2時(shí)，施硅量為300 kg/hm2處理的產(chǎn)量比不施硅處理的高4.2%，且差異達(dá)顯著水平。

表2　氮硅配施供試水稻的產(chǎn)量及其構(gòu)成因子及方差分析結(jié)果

不同字母表示相同施氮量下不同施硅量之間差異顯著(＜0.05)；“*”表示在0.05水平上影響顯著；“**”表示在0.01水平上影響顯著；“ns”表示影響不顯著。

2.3氮硅配施對(duì)水稻地上部氮積累量的影響

從圖1可以看出，隨著施氮量的增加，岡優(yōu)725地上部的氮積累量顯著升高。施氮量為0 kg/hm2時(shí)，施硅量300 kg/hm2處理的氮素積累量顯著高于其他2個(gè)處理；施氮量為90 kg/hm2時(shí)，施硅量為150、300 kg/hm2處理的氮素積累量分別比不施硅處理的高7.7%、14.2%；在施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施硅300 kg/hm2的氮素積累量比不施硅處理的高6.1%，差異顯著。

圖1 氮硅配施下供試水稻地上部的氮積累量

2.4氮硅配施對(duì)水稻各器官鎘含量和積累量的影響

從表3可以看出，氮、硅及二者的互作效應(yīng)均極顯著影響水稻根、莖、葉和穗中的鎘含量以及根系和地上部的鎘積累量。在3種施氮水平下，與不施硅相比，150、300 kg/hm2處理水稻根和莖中的鎘含量顯著降低，以施硅量為300 kg/hm2處理的降幅最大。施氮量為0、90kg/hm2時(shí)，施硅量為300 kg/hm2處理葉片中的鎘含量較高，比不施硅處理的分別升高了11.7%和26.0%；施氮量180 kg/hm2時(shí)，施硅量為150 kg/hm2處理葉片的鎘含量最高，比不施硅處理高67.3%。施氮量為0和90 kg/hm2時(shí)，施硅量為300 kg/hm2處理降低穗部鎘含量的效果較優(yōu)；施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施硅量為150 、300 kg/hm2處理在降低穗部鎘含量的效果上差異不明顯。

在施氮量為0時(shí)，施硅量為150 kg/hm2處理根系的鎘累積量比不施硅處理的高12.8%，施硅量為300 kg/hm2處理根系的鎘積累量比不施硅處理的低6.8%；施氮量為90 kg/hm2時(shí)，施硅量為150和300 kg/hm2處理根系的鎘積累量則顯著升高，分別比不施硅處理的高12.2%、14.5%；施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施硅量為150 kg/hm2處理根系的鎘積累量顯著低于不施硅處理的，施硅300 kg/hm2處理的根系鎘積累量顯著高于不施硅處理。在施氮量相同條件下，施硅量為150和300 kg/hm2都能降低水稻地上部的鎘積累量，且以施硅量為300 kg/hm2的效果較好。

表3　氮硅配施下供試水稻的鎘含量和鎘積累量及其方差分析結(jié)果

不同字母表示相同施氮量下不同施硅量之間差異顯著(＜0.05)；“*”表示在0.05水平上影響顯著；“**”表示在0.01水平上影響顯著；“ns”表示影響不顯著。

2.5氮硅配施對(duì)水稻精米鎘含量的影響

由圖 2可以看出，在施氮量相同的條件下，與不施硅相比，施硅處理均能顯著降低水稻精米中的鎘含量。不施氮時(shí)，施硅量為150和300 kg/hm2處理精米中的鎘含量比不施硅處理的低了33.3%和40.0%；施氮量為90 kg/hm2時(shí)，施硅量為150和300 kg/hm2處理精米中的鎘含量比不施硅處理的低9.6%和25.3%；施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施硅量為150和300 kg/hm2處理精米中的鎘含量比不施硅處理的低45.7%和50.0%。

圖2　氮硅配施下供試水稻精米中鎘的含量

3　結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，施氮提高了岡優(yōu)725的有效穗、每穗粒數(shù)和結(jié)實(shí)率，但降低了千粒質(zhì)量，可能是氮肥導(dǎo)致了水稻的“庫(kù)”增大而“源”相對(duì)不足。隨著施氮量的增加，岡優(yōu)725的根、莖和葉中的鎘含量呈上升趨勢(shì)，可能與施氮導(dǎo)致土壤pH下降，土壤中的有效態(tài)鎘含量增加有關(guān)[13]。3種施氮量下，施硅處理的千粒質(zhì)量均比不施硅處理的低，這與吳建富等[14]的研究結(jié)果不同，可能是硅導(dǎo)致了水稻籽粒中Q酶活性迅速下降，從而影響水稻的灌漿過(guò)程[15]。在3種施氮量下，施硅量為150和300 kg/hm2處理水稻葉片中的鎘含量比不施硅處理的高，可能是因?yàn)槿~片中的硅與鎘形成惰性的硅鎘復(fù)合物積累在了葉片細(xì)胞壁中[16]，從而導(dǎo)致葉片中鎘濃度增加。在3種施氮量下，隨著施硅量的增加，水稻穗部鎘含量均較不施硅時(shí)顯著下降，可能是硅促進(jìn)了水稻穗部生物量增加而造成的“稀釋效應(yīng)”所致。本研究結(jié)果表明，不同施氮條件下，硅對(duì)岡優(yōu)725根系鎘積累量的影響不一致，可能是不同用量的氮與硅肥作用導(dǎo)致土壤pH、氧化還原電位、土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)等不一致，從而影響了土壤中鎘的有效性，進(jìn)而影響水稻根系鎘的積累。不施氮時(shí)，水稻穗粒數(shù)隨施硅量的增加而增加，施氮量為180 kg/hm2時(shí)，施硅對(duì)穗粒數(shù)沒(méi)有影響，說(shuō)明適宜的氮硅配比才有助于水稻穗粒數(shù)的增加。本研究在不施氮和施氮量為90 kg/hm2時(shí)，施硅量為150 kg/hm2的結(jié)實(shí)率顯著低于另外2個(gè)處理，可能是水稻光合生產(chǎn)不足，導(dǎo)致灌漿能力不足。在同一施氮水平下，施硅能促進(jìn)岡優(yōu)725地上部氮的積累，可能是硅使水稻體內(nèi)硝酸還原酶活性增強(qiáng)[17–18]所致。

綜合本試驗(yàn)結(jié)果，在施氮180 kg/hm2+施硅150 kg/hm2條件下岡優(yōu)725的增產(chǎn)降鎘的效果較好。

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責(zé)任編輯：尹小紅

英文編輯：梁和

Effects of combined application of nitrogen and silicon on dry matter and cadmium accumulation in hybrid rice (L.) Gangyou725

DAI Zou1,2, LI Na1,2, YAN Fengjun1,2, YANG Zhiyuan1,2, XU Hui1,2, SUN Yongjian1,2, MA Jun1,2*

(Rice Research Institute of Sichuan Agricultural University/Key Laboratory of Crop Physiology, Ecology, and Cultivation in Southwest China, Ministry of Agriculture, Wenjiang, Sichuan 611130, China)

A field experiment was conducted in cadmium contaminated paddy rice field to investigate the effects of combined application of nitrogen and silicon on growth and cadmium accumulation in hybrid rice cultivar Gangyou725. In the present study, three nitrogen (0, 90, 180 kg/hm2) and/or silicon (0, 150, 300 kg/hm2) levels were applied, dry matter weight, nitrogen accumulation in rice shoot, rice yield and its component factors, cadmium content and accumulation amount in rice root and shoot and cadmium content in polished rice were investigated. The results showed that under 3 nitrogen application levels, silicon could improve the root dry matter weight significantly. But it only improved the shoot dry matter weight at 0 and 90 kg/hm2nitrogen treatments. Under the three nitrogen treatments, the nitrogen accumulation in shoot of the rice was increasing with the silicon levels applying in the field. The yield component factors were significantly affected by combined application of nitrogen and silicon. Treatment with 150 kg/hm2silicon could increase the effective panicle numbers under the same nitrogen levels, but decrease the 1000–grain weight compared to the treatments with 0 kg/hm2silicon treatment. Under 0 kg/hm2nitrogen treatment, applying 150 and 300 kg/hm2silicon improved the spikelets per panicle significantly compared to the 0 kg/hm2silicon treatment. Under each nitrogen level, rice yield was higher in 150 and 300 kg/hm2silicon treatments compared with 0 kg/hm2silicon treatment, but the effect was not significant under 180 kg/hm2nitrogen treatment. The cadmium contents in root, stem, panicle and the cadmium accumulation amount were lower in treatment with 150 and 300 kg/hm2silicon treatments than those in 0 kg/hm2silicon treatment under each nitrogen level, but the cadmium content in 150 and 300 kg/hm2silicon treatments was higher than in 0 kg/hm2silicon treatment. The cadmium contents in polished rice were decreased significantly by the silicon under the three nitrogen levels, there was no difference between the two silicon treatments under 180 kg/hm2nitrogen treatment. Based on the rice yield and cadmium content in panicle, combined application of 180 kg/hm2with 150 kg/hm2silicon could both improve rice yield and decrease cadmium in polished rice.

rice; Gangyou725; nitrogen application rate; silicon application rate; dry matter; cadmium content

10.13331/j.cnki.jhau.2017.03.001

S511.2+1；S506.2

A

1007-1032(2017)03-0229-05

2016–09–01

2017–03–25

“十二·五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2011BAD16B05，2012BAD04B13，2013BAD07B13)；四川省科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2014NZ0040，2014NZ0041，2014NZ0047)；四川省育種攻關(guān)專(zhuān)項(xiàng)(2011NZ0098–15)

代鄒(1989—)，男，重慶江津人，博士研究生，主要從事水稻重金屬吸收轉(zhuǎn)運(yùn)研究，daizou1989@163.com；

，馬均，博士，教授，主要從事作物栽培生理研究，majunp2002@163.com

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