水稻5種重金屬凈化正交試驗Ⅰ.重金屬與凈化處理對水稻秧苗素質(zhì)的影響

摘 要：為了探索土壤重金屬凈化新技術，研究以白沙土+鋸末灰基質(zhì)為材料，在起壟栽培條件下進行了水稻重金屬凈化試驗，考察土壤清殘劑D1、電動凈化和重金屬元素對水稻秧苗素質(zhì)的影響。結果表明：從極差分析結果來看，各因素對壯苗指數(shù)的影響由強到弱依次為鎘>清殘劑D1>鉻、鉛>電動凈化、鋅>銅；其中，鎘是導致秧苗壯苗指數(shù)降低的主要重金屬因素；電動凈化和土壤清殘劑D1在凈化土壤重金屬的同時，對土壤養(yǎng)分含量也有一定負面影響，進而影響水稻秧苗的正常生長發(fā)育，需在今后的配方和技術改良過程中注意改進。

關鍵詞：水稻秧苗素質(zhì)；重金屬；土壤清殘劑D1；電動凈化；正交試驗

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）04-0036-04

Abstract：In order to explore the new soil heavy metal purification technology， rice heavy metal purification experiment was carried out under the condition of ridge cultivation using peisei + sawdust substrate to investigate the effects of soil scavenger D1， electric purification and heavy metal elements on quality of rice seedlings. The results showed that from the results of the range analysis， the impact of each factor on strong seedling index from strong to weak was cadmium>remnant residue D1>chromium， lead>electrical purification， zinc>copper； cadmium is the main heavy metal factor which leads to the decrease of seedling growth index. Electric purification and soil remnant D1 have negative effects on the soil nutrient content while purifying soil heavy metals， which in turn affects the normal growth and development of rice seedlings. It is necessary to pay attention to improvement in the formulation and technical improvement process in the future.

Key words：quality of rice seedlings； heavy metal； remnant D1； electric purification； orthogonal test

作為有色金屬大省，湖南省土壤重金屬污染問題十分突出。據(jù)調(diào)查，長沙市土壤的Cu、Pb、Zn、As、Cr、Hg、Cd綜合污染指數(shù)分別為1.78、1.00、2.89、2.44、4.74、1.82和79.9，其中Cd元素屬重污染[1]；湘潭市54個樣本中Cd、Hg 2種重金屬屬于重污染，Cu、Zn屬于中污染，Cr屬于輕度污染[2]。同時，湖南省也是我國糧食生產(chǎn)大省。而土壤重金屬污染對糧食生產(chǎn)特別是水稻生產(chǎn)的影響較大，受到人們的廣泛關注。為了探索土壤重金屬凈化新技術，研究以白沙土+鋸末灰基質(zhì)為材料，在起壟栽培條件下進行了水稻重金屬凈化試驗，考察土壤清殘劑D1、電動凈化和重金屬元素對水稻生長發(fā)育的影響?，F(xiàn)將重金屬與凈化處理對水稻秧苗素質(zhì)及分蘗能力的影響總結如下。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤取自長沙縣高橋鎮(zhèn)白石源村，為白沙土，80 m3，加入鋸末灰60 m3、鈣鎂磷肥2 000 kg、菜枯500 kg、石灰500 kg，混勻備用。按鉛250 mg/kg、銅50 mg/kg、鉻250 mg/kg、鋅200 mg/kg、鎘6 mg/kg分別配制重金屬溶液。電動凈化電極管為鍍鋅管電極，長500 mm、直徑50 mm，工作電壓為36 V直流電壓。供試重金屬凈化劑D1為土壤清殘劑（湖南農(nóng)騰盛世農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司），主要成分為氨基酸類復合水溶肥。供試水稻品種為Y兩優(yōu)896。

1.2 試驗設計

試驗在湖南省園藝研究所花園4號試驗大棚進行，采用起壟栽培方式直播培育水稻，面積2 m2，土壤厚度25 cm。2016年6月25日，整地后按表1分別加入重金屬溶液和土壤清殘劑D1各200 mL，混勻；2 d后進行電動凈化處理，通36 V直流電，將鍍鋅管電極埋入土壤底部，電極間距100 mm，24 h后土壤電阻達到無限大終止凈化；凈化后播種，播種前種子在30℃溫水中浸種催芽至破胸；3 d后出苗，2016年7月17日定苗取樣測定，2016年8月25日分蘗期取樣測定。

1.3 數(shù)據(jù)測量與分析

各指標數(shù)據(jù)分別采用游標卡尺、扭力天平和電熱干燥箱等進行測定。苗高、總根數(shù)、白根數(shù)、綠葉數(shù)、基莖寬、一葉長、一葉寬、鮮重、干重等數(shù)據(jù)通過SPSS11.0軟件按照張文彤[3]的方法進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 正交試驗各因素的極差（R）分析

從表2中可以看出，對苗高影響最大的因素是土壤清殘劑D1，各因素對苗高的影響由強到弱依次為土壤清殘劑D1>銅>鎘>電動凈化、鋅>鉻、鉛；對總根數(shù)和白根數(shù)影響最大的是土壤清殘劑D1和重金屬鎘，各因素對根的影響由強到弱依次為土壤清殘劑D1、鎘>鉻、鉛>銅>電動凈化、鋅；對綠葉數(shù)影響較小的是鉻和鉛，其他因素影響相同；對基莖寬影響最大的是電動凈化和鋅，各因素對基莖寬的影響由強到弱依次為電動凈化、鋅>鉻、鉛>土壤清殘劑D1>鎘>銅；電動凈化和鋅對水稻葉長的影響最大，各因素對葉長的影響由強到弱依次為電動凈化、鋅>土壤清殘劑D1>鎘>鉻、鉛>銅；銅對葉寬的影響最大，各因素對葉寬的影響由強到弱依次為銅>電動凈化、鋅>鎘>土壤清殘劑D1>鉻、鉛；銅對鮮重的影響也最大，各因素對鮮重的影響由強到弱依次為銅>鉻、鉛>鎘>電動凈化、鋅>土壤清殘劑D1；對干重影響最大的是鎘，各因素對干重的影響由強到弱依次為鎘>鉻、鉛>銅>土壤清殘劑D1>電動凈化、鋅；對分蘗影響最大的是土壤清殘劑D1，各因素對分蘗的影響由強到弱依次為土壤清殘劑D1>鎘>鉻、鉛>銅>電動凈化、鋅；對壯苗指數(shù)影響最顯著的因子是鎘，各因素對壯苗指數(shù)的影響由強到弱依次為鎘>土壤清殘劑D1>鉻、鉛>電動凈化、鋅>銅。從上述結果可以看出，重金屬鉻和鉛對水稻秧苗素質(zhì)的影響一致，電動凈化和鋅對水稻秧苗素質(zhì)的影響也表現(xiàn)一致。

2.2 電動凈化對水稻秧苗素質(zhì)的影響

由表3可知，電動凈化后，水稻的苗高和一葉寬分別比對照高2.050 cm、寬0.024 cm，增幅分別為14.62%和6.88%，且差異達極顯著水平；其基莖寬比對照寬0.012 cm，增幅為8.99%，差異達顯著水平，其總根數(shù)、白根數(shù)卻顯著低于對照，降幅均為8.11%；其壯苗指數(shù)極顯著低于對照。

2.3 土壤清殘劑D1對水稻秧苗素質(zhì)的影響

由表4可知，土壤清殘劑D1處理后，秧苗徒長，水稻的苗高顯著高于對照，增幅為11.84%；但分蘗率卻極顯著低于對照，降幅為20.93%；另外，清殘劑處理后水稻的總根數(shù)和白根數(shù)均低于對照，差異接近顯著水平，這一點值得關注；而其他指標與對照沒有顯著差異。

2.4 重金屬鎘對水稻秧苗素質(zhì)的影響

由表5可知，重金屬鎘處理對水稻秧苗素質(zhì)有不利影響，百苗干重降低了10.72%，與對照差異顯著；壯苗指數(shù)降低了22.81%，與對照差異顯著；其他指標也均低于對照，但差異未達顯著水平。

2.5 重金屬鋅對水稻秧苗素質(zhì)的影響

由表6可知，重金屬鋅處理的水稻秧苗基莖寬比對照縮窄了9.65%，差異達極顯著水平；總根數(shù)、白根數(shù)、綠葉數(shù)、百苗鮮重、百苗干重和壯苗指數(shù)略低于對照，而苗高、一葉長與寬略高于對照，但差異均不顯著。

2.6 重金屬銅對水稻秧苗素質(zhì)的影響

由表7可知，重金屬銅處理的水稻秧苗苗高、一葉長分別比對照增加了17.04%、15.66%，差異極顯著；基莖寬、一葉寬分別比對照增加9.30%、5.47%，差異顯著；綠葉數(shù)和壯苗指數(shù)略低于對照，其他項目均略高于對照，但差異不顯著。

2.7 重金屬鉛對水稻秧苗素質(zhì)的影響

由表8可知，重金屬鉛處理的水稻秧苗的一葉寬、百苗鮮重與對照有顯著差異，分別比對照低5.84%、11.05%；其他項目均低于對照，但差異不顯著。

2.8 重金屬鉻對水稻秧苗素質(zhì)的影響

由表9可知，重金屬鉻處理的水稻秧苗的基莖寬與對照有顯著差異，比對照降低了9.38%；綠葉數(shù)、一葉寬、百苗鮮重、百苗干重和壯苗指數(shù)略高于對照，其他項目低于對照，但差異均未達顯著水平。

2.9 影響壯苗指數(shù)的通徑分析

壯苗指數(shù)是衡量水稻苗情的標志性指標，壯苗指數(shù)的通徑分析結果（表10）表明：對壯苗指數(shù)貢獻排第一位的因子是綠葉數(shù)，綠葉數(shù)增加，從而增加了苗重，壯苗指數(shù)提高；反之綠葉數(shù)減少，苗重減輕，壯苗指數(shù)同時降低。由表2可知，土壤清殘劑D1、鎘對總根、白根、綠葉有較大的影響，從而導致壯苗指數(shù)較低，也充分證明了這個結論。

2.10 影響分蘗數(shù)的通徑分析

從表11可以看出，對分蘗率貢獻較顯著的因子是白根數(shù)和基莖寬，負作用最顯著的因子是一葉寬；具體表現(xiàn)為基莖寬增加，白根數(shù)增加，植株吸收能力增強，分蘗率提高。由表4可知，土壤清殘劑D1處理后，秧苗徒長，鮮重減少，可能是由于土壤清殘劑沉淀了部分可溶性養(yǎng)分，營養(yǎng)不及時，因此分蘗率比對照極顯著降低。這個問題在清殘劑配方和施肥技術的改進中需要注意。

3 結 論

3.1 鎘是導致秧苗壯苗指數(shù)降低的主要重金屬因素

重金屬鎘處理后，水稻干重顯著低于對照，說明重金屬鎘影響了水稻植株的干物質(zhì)積累。同時，鎘對植株的總根數(shù)、白根數(shù)和綠葉數(shù)均有較大的負面影響，是導致壯苗指數(shù)降低的主要原因。

3.2 電動凈化降低了土壤可溶性養(yǎng)分含量

電動凈化后，水稻的苗高、一葉寬極顯著高于對照，基莖寬顯著高于對照，總根數(shù)、白根數(shù)顯著低于對照。這可能是由于電動凈化降低了土壤中可溶性養(yǎng)分含量，導致秧苗的壯苗指數(shù)極顯著低于對照。

3.3 土壤清殘劑D1對水稻生長發(fā)育的影響

土壤清殘劑D1處理后，水稻的苗高顯著高于對照，分蘗數(shù)顯著低于對照，其他項目沒有顯著差異。由于土壤清殘劑D1的主要成分為氨基酸類水溶肥，因此施用后會對重金屬產(chǎn)生拮抗平衡作用，進而達到固定重金屬的目的；然而在固定重金屬的同時，也會對土壤中部分可溶性養(yǎng)分產(chǎn)生拮抗作用，影響秧苗的正常生長發(fā)育，降低水稻的壯苗指數(shù)。在后續(xù)的清殘劑配方和施肥技術改進過程中需要進一步改進。

參考文獻：

[1] 息朝莊，戴塔根，黃丹艷. 湖南長沙市土壤重金屬污染調(diào)查與評價[J]. 地球與環(huán)境，2008，36（2）：136-141.

[2] 息朝莊，戴塔根，張惠軍，等. 湖南湘潭市土壤重金屬污染調(diào)查與評價[J]. 水土保持通報，2008，28（3）：133-137.

[3] 張文彤. 世界優(yōu)秀統(tǒng)計工具SPSS11.0統(tǒng)計分析教程（高級編）[M]. 北京：希望電子出版社，2002.

（責任編輯：成 平）