水稻5種重金屬凈化正交試驗(yàn)Ⅱ.重金屬與凈化處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響

摘 要：為了探索土壤重金屬凈化新技術(shù)，研究以白沙土+鋸末灰基質(zhì)為材料，在起壟栽培條件下進(jìn)行了水稻重金屬凈化試驗(yàn)，考察重金屬元素、電動(dòng)凈化、土壤清殘劑D1和葉面清殘劑L3對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響。結(jié)果表明：有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)系數(shù)的最大影響因素均為重金屬鋅，空殼數(shù)的最大影響因素為清殘劑L3，千粒重的最大影響因素為重金屬銅，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的最大影響因素為重金屬鎘；適當(dāng)濃度的鎘、銅處理對(duì)水稻生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用；鉛、鋅、鉻處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生負(fù)面影響；電動(dòng)凈化與清殘劑處理降低了土壤的有效養(yǎng)分含量；鋅處理極顯著降低水稻的有效穗數(shù)而導(dǎo)致減產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：水稻；經(jīng)濟(jì)性狀；重金屬；清殘劑；電動(dòng)凈化

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-060X（2018）04-0040-04

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 heavy metal elements， electric purification， soil scavenger D1 and L3 on rice economic characters. The results showed that the most influential factors of effective panicles， grains per panicle， number of grains， biological yield and economic coefficient were all heavy metal zinc. The largest influencing factor of empty shell number was L3， and the largest influencing factor of 1000-grain weight was heavy metal copper. The largest influencing factor of economic output is heavy metal cadmium. The appropriate concentration of cadmium and copper treatment has certain effect on rice growth. Lead， zinc and chromium treatment had negative effects on rice economic characters. Electric purification and residual treatment reduced the effective nutrient content of soil. Lead， zinc and cadmium directly affect the effective spike count of rice.

Key words：rice； economic characteristics； heavy metals； residues； electric purification

重金屬嚴(yán)重影響作物產(chǎn)量和質(zhì)量[1]，重金屬污染后的水稻會(huì)出現(xiàn)根生長(zhǎng)異常、葉脈間缺綠、畸形穎花等病害癥狀，重金屬在植株內(nèi)的含量，還會(huì)影響植物中氨基酸的含量。目前土壤重金屬凈化處理方法很多，加強(qiáng)環(huán)境管控，減少土壤和水源中重金屬含量是降低水稻中重金屬含量最直接的方法，合理灌溉，調(diào)節(jié)土壤pH值，降低水稻根部對(duì)重金屬的富集也是常用的方法[2]；但對(duì)多種重金屬和多種方法的比較研究較少。為了探索土壤重金屬凈化新技術(shù)，研究以白沙土+鋸末灰基質(zhì)為材料，在起壟栽培條件下進(jìn)行了水稻重金屬凈化試驗(yàn)，考察清殘劑、電動(dòng)處理和重金屬元素對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育的影響。現(xiàn)將重金屬與凈化處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀及產(chǎn)量的影響總結(jié)如下。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤取自長(zhǎng)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(dòng)處理電極管為鍍鋅管電極，長(zhǎng)500 mm、直徑50 mm，工作電壓為36 V直流電壓。供試重金屬清殘劑為葉面清殘劑L3和土壤清殘劑D1（湖南農(nóng)騰盛世農(nóng)業(yè)科技發(fā)展有限公司），其主要成分均為氨基酸類復(fù)合水溶肥。供試水稻品種為Y兩優(yōu)896，播種前恒溫箱30℃浸種催芽至破胸。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在湖南省園藝研究所花園4號(hào)試驗(yàn)大棚進(jìn)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(jìn)行電動(dòng)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(dá)到無(wú)限大終止凈化；凈化后播種，3 d后出苗。葉面清殘劑L3分別于10月3日、6日和9日噴施3次，100 mL/次。

1.3 數(shù)據(jù)測(cè)量與分析

2016年7月17日定苗，8月25日調(diào)查植株分蘗情況，10月11日撤小區(qū)隔離膜，10月19日調(diào)查田間有效穗數(shù)，10月20日收獲取樣考種，手工脫粒稱量計(jì)產(chǎn)。試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS11.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析[3]。對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因子和重金屬進(jìn)行相關(guān)分析和通徑分析，找出顯著影響產(chǎn)量高低的因子。

2 結(jié)果與分析

2.1 正交試驗(yàn)各因素的極差（R）分析

從表2的極差分析可以看出，分蘗數(shù)、有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)系數(shù)的最大影響因子均為重金屬鋅，空殼數(shù)的最大影響因子為葉面清殘劑L3，千粒重的最大影響因子為重金屬銅，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的最大影響因子為重金屬鎘。各因素對(duì)分蘗數(shù)的影響由強(qiáng)到弱依次為鋅>電動(dòng)凈化>鎘>銅>土壤清殘劑D1>葉面清殘劑L3>鉻>鉛，各因素對(duì)有效穗的影響由強(qiáng)到弱依次為鋅>土壤清殘劑D1>銅>鎘>電動(dòng)凈化>葉面清殘劑L3>鉛>鉻，各因素對(duì)穗粒數(shù)的影響由強(qiáng)到弱依次為鋅>鉻>鉛>葉面清殘劑L3>土壤清殘劑D1>鎘>電動(dòng)凈化>銅，各因素對(duì)實(shí)粒數(shù)的影響由強(qiáng)到弱依次為鋅>鉻>鉛>鎘>葉面清殘劑L3>土壤清殘劑D1>電動(dòng)凈化>銅，各因素對(duì)空殼數(shù)的影響由強(qiáng)到弱依次為葉面清殘劑L3>鉻>鉛>鋅>電動(dòng)凈化>土壤清殘劑D1>銅>鎘，各因素對(duì)千粒重的影響由強(qiáng)到弱依次為銅>葉面清殘劑L3>鉛>電動(dòng)凈化>鎘>鉻>土壤清殘劑D1>鋅，各因素對(duì)生物產(chǎn)量的影響由強(qiáng)到弱依次為鋅>鎘>電動(dòng)凈化>葉面清殘劑L3>銅>鉛>土壤清殘劑D1>鉻，各因素對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響由強(qiáng)到弱依次為鎘>鋅>電動(dòng)凈化>葉面清殘劑L3>土壤清殘劑D1>鉛>銅>鉻，各因素對(duì)經(jīng)濟(jì)系數(shù)的影響由強(qiáng)到弱依次為鋅>鎘>葉面清殘劑L3>鉻>電動(dòng)凈化>土壤清殘劑D1>鉛>銅。

2.2 不同重金屬對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.2.1 鎘 由表3可知，鎘處理后，除空殼數(shù)以外，水稻的其他經(jīng)濟(jì)性狀均優(yōu)于對(duì)照；其中，有效穗、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量與對(duì)照的差異顯著，分別增加了14.91%、28.38%和22.67%；實(shí)粒數(shù)與對(duì)照差異極顯著，增加了8.14%；而穗粒數(shù)、千粒重與對(duì)照差異不顯著。這表明6 mg/kg的鎘溶液處理對(duì)水稻生長(zhǎng)具有顯著剌激作用。

2.2.2 鋅 由表4可知，鋅處理后，水稻的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量分別比對(duì)照降低了22.60%和17.98%；同時(shí)，有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和空殼數(shù)分別比對(duì)照減少了21.03%、15.3%、11.52%和33.62%，差異均達(dá)極顯著水平；千粒重與對(duì)照差異不顯著。由此可知，試驗(yàn)中6 mg/kg鋅溶液處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀主要產(chǎn)生負(fù)面影響。

2.2.3 銅 由表5可知，銅處理后，水稻的穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和空殼數(shù)分別比對(duì)照增加了13.06%、11.96%和33.33%，與對(duì)照差異極顯著；生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均略高于對(duì)照，千粒重略輕于對(duì)照，但差異均不顯著。這說(shuō)明50 mg/kg的銅溶液處理對(duì)水稻的生長(zhǎng)發(fā)育具有顯著剌激作用。

2.2.4 鉛 由表6可知，鉛處理后，水稻的千粒重比對(duì)照減輕了6.30%，差異顯著；有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量略高于對(duì)照，而其余指標(biāo)略低于對(duì)照，但差異均不顯著。綜合來(lái)看，250 mg/kg的鉛溶液處理有利于增加水稻的有效穗和穗粒數(shù)，對(duì)產(chǎn)量有一定促進(jìn)作用，但對(duì)籽粒的負(fù)面影響顯著，導(dǎo)致水稻籽粒較小、重量較輕。

2.2.5 鉻 由表7可知，鉻處理后，水稻的穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、空殼數(shù)分別比對(duì)照減少了14.02%、9.71%和34.42%，且差異達(dá)極顯著水平；除有效穗略高于對(duì)照外，千粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均低于對(duì)照，但差異均不顯著。這表明250 mg/kg的鉻溶液處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響也是以負(fù)面為主。

2.3 凈化方法對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀的影響

2.3.1 電動(dòng)處理 由表8可知，電動(dòng)處理后，水稻的有效穗數(shù)減少了16.47%，而空殼數(shù)卻增加了41.40%，且差異均達(dá)極顯著水平；穗粒數(shù)和實(shí)粒數(shù)與對(duì)照差異不顯著，但千粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量均低于與對(duì)照，但差異未達(dá)顯著水平。這說(shuō)明電動(dòng)凈化處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀主要產(chǎn)生負(fù)面影響。究其原因，可能是電動(dòng)處理在固定土壤中重金屬離子的同時(shí)，降低了土壤中可溶性養(yǎng)分的含量，因此在采取了電動(dòng)處理之后應(yīng)該考慮另外加施土壤肥料和葉面速效肥料。

2.3.2 土壤清殘劑D1 由表9可知，清殘劑D1處理后，水稻的穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和空殼數(shù)分別比對(duì)照增加了9.23%、6.41%和26.59%，其中穗粒數(shù)和空殼數(shù)的差異達(dá)極顯著水平，實(shí)粒數(shù)的差異達(dá)顯著水平；其余指標(biāo)均略低于對(duì)照，差異不顯著。土壤清殘劑D1處理增加的10粒籽粒中，實(shí)粒占6粒，空殼占4粒，可見(jiàn)其養(yǎng)分后勁不足。因此，當(dāng)施用了土壤清殘劑D1時(shí)，在籽粒灌漿期應(yīng)考慮另外施加葉面速效肥料，以補(bǔ)充植株所需養(yǎng)分。

2.3.3 葉面清殘劑L3 由表10可知，葉面清殘劑L3處理后，有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和空殼數(shù)分別比對(duì)照增加了5.37%、14.58%、7.82%和61.33%，其中穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和空殼數(shù)的差異達(dá)極顯著水平，有效穗的差異不顯著；千粒重、生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量低于對(duì)照，但差異不顯著。葉面清殘劑L3處理增加的17粒籽粒中，實(shí)粒占8粒，空殼卻占9粒，千粒重還下降3.86%，可見(jiàn)其養(yǎng)分后勁顯著不足，影響了籽粒灌漿，降低了產(chǎn)量。與施用土壤清殘劑D1一樣，后期應(yīng)該考慮另外施加葉面速效肥料。

2.4 影響產(chǎn)量及有效穗的通徑分析

2.4.1 生物產(chǎn)量 從表11中可以看出，有效穗是影響水稻生物產(chǎn)量的主要因素，其作用達(dá)極顯著水平，其余產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)生物產(chǎn)量的影響都未達(dá)顯著水平；而空殼數(shù)對(duì)水稻生物產(chǎn)量的影響是負(fù)面的。因此，鋅、鎘處理導(dǎo)致有效穗顯著減少的后果就是顯著減產(chǎn)。

2.4.2 經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量 由表12可知，有效穗也是影響經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的主要因素，其作用達(dá)顯著水平，其余產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響都未達(dá)顯著水平；而空殼數(shù)對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響是負(fù)面的。由此可知，產(chǎn)量構(gòu)成因素對(duì)生物產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響一致。

2.4.3 有效穗 由表13可知，重金屬鋅、鎘對(duì)有效穗的直接影響達(dá)極顯著水平，鉛對(duì)有效穗的直接影響達(dá)顯著水平，銅、鉻對(duì)有效穗的直接影響不顯著。

3 結(jié) 論

3.1 對(duì)水稻產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的最大影響因素

有效穗、穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)系數(shù)的最大影響因素均為重金屬鋅，空殼數(shù)的最大影響因素為葉面清殘劑L3，千粒重的最大影響因素為重金屬銅，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的最大影響因素為重金屬鎘。

3.2 適當(dāng)濃度的鎘、銅處理對(duì)水稻生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用

鎘處理后，水稻的有效穗、實(shí)粒數(shù)極顯著增加，生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著高于對(duì)照；銅處理后，水稻的總粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)、空殼數(shù)均極顯著高于對(duì)照。這表明適當(dāng)濃度的鎘（6 mg/kg）、銅（50 mg/kg）處理對(duì)水稻生長(zhǎng)發(fā)育有一定的促進(jìn)作用。

3.3 鉛、鋅、鉻處理對(duì)水稻經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生負(fù)面影響

鉛處理后，水稻的空殼數(shù)和千粒重極顯著低于對(duì)照，生物產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量增加不顯著。這表明250 mg/kg的鉛溶液處理有利于增加水稻的有效穗和穗粒數(shù)，對(duì)產(chǎn)量有一定促進(jìn)作用，但對(duì)籽粒的負(fù)面影響顯著，導(dǎo)致水稻籽粒較小、重量較輕。鋅處理后，水稻的有效穗、實(shí)粒數(shù)、空殼數(shù)極顯著低于對(duì)照，導(dǎo)致生物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量顯著低于對(duì)照；鉻處理后，水稻的穗粒數(shù)、實(shí)粒數(shù)和空殼數(shù)極顯著低于對(duì)照，生物產(chǎn)量、經(jīng)

濟(jì)產(chǎn)量與對(duì)照差異不顯著?？偟膩?lái)講，試驗(yàn)設(shè)計(jì)的鋅、銅溶液處理對(duì)水稻的經(jīng)濟(jì)性狀產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。

3.4 電動(dòng)凈化與清殘劑處理降低了土壤的有效養(yǎng)分含量

電動(dòng)處理后，水稻的有效穗極顯著減少，空殼數(shù)卻極顯著增加；土壤清殘劑D1處理后，水稻的穗粒數(shù)、空殼數(shù)同時(shí)極顯著增加，實(shí)粒數(shù)顯著增加；葉面清殘劑L3處理后，水稻的穗粒數(shù)、空殼數(shù)、實(shí)粒數(shù)極顯著增加；另外，土壤清殘劑D1處理增加的10粒籽粒中，實(shí)粒占6粒，空殼占4粒；葉面清殘劑L3處理增加的17粒籽粒中，實(shí)粒占8粒，空殼卻占9粒，千粒重還下降3.86%。由此可知，在采取了電動(dòng)處理之后應(yīng)該考慮另外加施土壤肥料和葉面速效肥料；當(dāng)施用了土壤清殘劑D1和葉面清殘劑L3時(shí)，在籽粒灌漿期應(yīng)考慮另外施加葉面速效肥料，以補(bǔ)充植株所需養(yǎng)分。

3.5 鋅處理極顯著降低水稻的有效穗數(shù)而導(dǎo)致減產(chǎn)

有效穗數(shù)是影響水稻產(chǎn)量的主要正面因素，其作用達(dá)到極顯著水平，而空殼數(shù)則是主要的負(fù)面影響因素。重金屬鋅處理極顯著降低了有效穗數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致水稻顯著減產(chǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張 強(qiáng)，李支援. 海泡石對(duì)鎘污染土壤的改良效果[J]. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996，22（4）：346-350.

[2] 李支援，張 強(qiáng). 鎘污染土壤的改良研究[J]. 工程設(shè)計(jì)與建設(shè)，2003，35（3）：42-45.

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

（責(zé)任編輯：成 平）