栽培技術(shù)對(duì)紅麻生長及吸收鎘的影響

王路為，田 旭，溫玉環(huán)，許海釗，陳 鵬，周瑞陽，何 冰*

(1. 廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院，廣西 南寧 530004；2.廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)科技信息研究所，廣西 南寧 530007)

【研究意義】紅麻(Hibiscuscannabinus)為錦葵科(Malvaceae)木槿屬(Hibiscus)的一年生草本韌皮纖維作物[1]。麻類生產(chǎn)歷史悠久，應(yīng)用廣泛[2]。紅麻生長速度快，生物產(chǎn)量高，對(duì)多種重金屬的耐性較強(qiáng)，可作為農(nóng)田重金屬污染生態(tài)修復(fù)的經(jīng)濟(jì)作物[3]。2016年我國黃紅麻產(chǎn)量達(dá)5.3萬t，在農(nóng)業(yè)環(huán)境壓力和勞動(dòng)力成本日益增加的形勢下，減化作業(yè)工序、減少化肥和勞力投入的輕簡化栽培技術(shù)是紅麻栽培產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要方向之一。開展栽培技術(shù)對(duì)紅麻生長及吸收鎘的影響對(duì)提高紅麻產(chǎn)量和促進(jìn)紅麻Cd吸收的輕簡化栽培技術(shù)提供理論依據(jù)和指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，國內(nèi)外已有紅麻應(yīng)用于鉛(Pb)[4]、鎘(Cd)[5]污染土壤的生態(tài)修復(fù)實(shí)踐的相關(guān)報(bào)道，王玉富[6]研究發(fā)現(xiàn)種植紅麻，可使土壤Cd含量每年降低347 g·hm-2。姚運(yùn)法等[7]認(rèn)為紅麻適合種植于Pb中度污染土壤。李豐濤等[8]發(fā)現(xiàn)重金屬污染區(qū)紅麻的Cd富集系數(shù)大于1。輕簡化栽培技術(shù)在水稻、小麥[9]、棉花[11]、玉米、油菜[10]等作物生產(chǎn)栽培上已有較多研究，通過栽培技術(shù)的輕簡化，可以擴(kuò)大播種面積，減少水分流失，利于移栽、抵抗災(zāi)害，還可以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，增加效益。【本研究切入點(diǎn)】目前，關(guān)于紅麻在土壤修復(fù)上的應(yīng)用現(xiàn)在已有較多文獻(xiàn)報(bào)道，但鮮有研究促進(jìn)紅麻Cd吸收、提高修復(fù)效率的輕簡化栽培技術(shù)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】探索提高紅麻產(chǎn)量及增加Cd積累的輕簡化栽培技術(shù)，促進(jìn)紅麻在重金屬植物修復(fù)實(shí)踐中的應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

于2016年4-11月在廣西壯族自治區(qū)某地農(nóng)田開展田間試驗(yàn)，由于試驗(yàn)田附近一個(gè)礦產(chǎn)冶煉廠長期排放工業(yè)廢氣和廢水，導(dǎo)致其土壤重金屬含量超標(biāo)，Cd含量9.06 mg/kg，pH 7.98，有機(jī)質(zhì)含量31.42 g/kg。供試紅麻品種為C4P7A和R11，均由廣西大學(xué)農(nóng)學(xué)院培育，其中C4P7A為紅麻細(xì)胞質(zhì)雄性不育系，R11為恢復(fù)系。供試氮、磷和鉀肥分別是尿素(含N 45 %)、重過磷酸鈣(含P2O554 %)和氯化鉀(含K2O 60 %)。

1.2 試驗(yàn)方法

采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)(4因素，2水平)(表1)。品種A1：C4P7A，A2：R11；播種方式B1：條播(整地后挖溝，溝距離為1 m，溝深度為20 cm，基肥均勻地施加在溝中，蓋上一層薄薄的土壤并將其混勻，然后將種子播種在溝內(nèi)，并用一層土覆蓋)，B2：撒播(整地后均勻施基肥于表土，反復(fù)犁耙混勻，再將種子均勻撒播于表土上，再用小心犁耙1次將種子與土壤混勻)；施肥量[12]C1：中肥(N 337.5 kg·hm-2，P2O5168.75 kg·hm-2，K2O 337.5 kg·hm-2)，C2：低肥(N 225 kg·hm-2，P2O5112.5 kg·hm-2，K2O 225 kg·hm-2)；施肥方式D1：基肥100 %(所有氮肥和鉀肥作基肥，播種前與土壤混勻)，D2：基肥60 %+追肥40 %(60 %氮肥和鉀肥作為基肥，播種前與土壤混勻，剩余的40 %氮肥和鉀肥用作旺長初期追肥，分別在株高1 m時(shí)隨灌水施入；所有處理磷肥全部用作基肥，并在播種前與土壤混勻)。共16個(gè)處理，每處理3次重復(fù)，共48個(gè)小區(qū)，每小區(qū)10 m2。播種量為11.25 kg·hm-2，每小區(qū)11.24 g·10 m-2。紅麻生長期內(nèi)按照常規(guī)生產(chǎn)習(xí)慣進(jìn)行管理并及時(shí)防治病蟲害。

表1 不同紅麻品種及栽培措施組合

1.3 測定項(xiàng)目及方法

收獲時(shí)測量紅麻主要農(nóng)藝性狀，如株高、莖直徑、皮厚、果序長度，測定每小區(qū)產(chǎn)量。

植株各器官的重金屬含量分析：每小區(qū)取5株紅麻，分根，莖，葉，麻皮4部分分別稱鮮重、烘干，取部分干重，粉碎，稱取0.300 g植物樣品，加入8mL優(yōu)級(jí)純HNO3，于微波消解儀(MARS 6，美國CEM公司)中消解，采用原子吸收法(PinAAcle 900T，美國鉑金公司)測定消解液中的Cd含量。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)均取3次重復(fù)的平均值，使用SPSS19.0進(jìn)行方差分析(ANVON)和多重比較(Duncan)。

2 結(jié)果與分析

2.1 品種和栽培措施對(duì)紅麻農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響

從表2可見，A1B2C1D1處理組合株高最高，為(463.30±1.54)cm，A2B2C2D2處理組合株高最小，為(423.57±21.59)cm，兩者之間差異達(dá)顯著水平(P<0.05，下同)，其他處理之間差異均不顯著(P>0.05，下同)，所有處理的平均株高為443.51 cm。A1B2C1D1處理組合莖徑最大，為(26.13±1.70)cm，比除A1B1C2D1處理組合外的其他處理高17.02 %～33.79 %，差異顯著。其他處理無顯著差異，A2B1C2D1處理組合莖徑最小，為(19.53±0.50)cm，16個(gè)處理的平均莖徑為21.40 cm。A1B2C1D1處理組合皮厚度最大，為(1.65±0.16)mm，而A2B2C2D1處理組合和A1B1C2D2處理組合皮厚最低，為(1.12±0.10)和(1.14±0.09)mm，差異顯著，其他處理無顯著差異,16個(gè)處理的平均皮厚為1.31 mm。平均果序長度為56.47 cm，其中A1B2C1D1處理組合果序長度最大，A1B2C1D2處理組合果序長度最低。

多因素方差分析(表3)顯示，播種方式和施肥量交互作用(F=4.148*)，品種差異、施肥量和施肥方式交互作用(F=4.494*)，播種方式、施肥量和施肥方式交互作用(F=4.149*)顯著影響紅麻株高。品種差異(F=8.430**)對(duì)紅麻莖徑有極顯著影響，播種方式和施肥量交互作用(F=4.878*)，播種方式、施肥量和施肥方式交互作用(F=5.818*)顯著影響紅麻莖徑。施肥量(F=5.473*)顯著影響紅麻皮厚。品種差異和施肥方式交互作用(F=5.590*)顯著影響紅麻果序長。

表2 品種及栽培措施對(duì)紅麻農(nóng)藝性狀的影響

注：同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示差異達(dá)顯著水平(P<0.05)，下同。

Note: Values followed by different small letters in the same column indicate significant difference at 5 % level.The same as below.

表3 品種及栽培措施影響紅麻農(nóng)藝性狀的多因素方差分析

注：*，**分別表示顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平，下同。

Note:* and ** mean significant difference at 0.05 and 0.01 level,the same as below.

從表4可知，A2B2C2D2處理組合有效株數(shù)最高，為86.67±22.75，A2B1C1D2，A1B2C1D1和A2B1C2D1處理組合最小，僅為A2B2C2D2的50.39 %，53.46 %和54.61 %，有顯著差異，16個(gè)處理平均有效株數(shù)為60.58。A1B2C1D1處理組合鮮莖單株重最高，為1.25±0.20 kg，比除A2B1C2D2處理組合外的其他處理高58.23 %～119.30 %，差異顯著。其他處理無顯著差異，A2B2C2D1處理組合最小，為(0.57±0.14)kg,鮮莖單株重平均為0.74 kg。A2B2C2D2處理組合鮮莖產(chǎn)量最高，為(60.88±14.53)t·hm-2，而A2B1C2D1處理組合最小，為(27.72±5.55)t·hm-2，兩個(gè)處理差異顯著，其他處理無顯著差異，鮮莖產(chǎn)量平均為42.97 t·hm-2。A1B2C1D1處理組合鮮皮單株重最高，A2B2C2D1處理組合最低，鮮皮單株重平均為0.26 kg。A2B2C2D2處理組合鮮皮產(chǎn)量最高， A2B1C2D1處理組合最低，鮮皮產(chǎn)量平均為15.25 t·hm-2。

多因素方差分析(表5)顯示，品種(F=4.588*)對(duì)單株鮮莖重有顯著影響。播種方式對(duì)有效株數(shù)(F=10.487**)有極顯著影響，對(duì)鮮莖(F=6.368*)、皮(F=7.177*)產(chǎn)量有顯著影響。施肥量對(duì)有效株數(shù)(F=6.368*)、鮮莖產(chǎn)量(F=6.368*)有顯著影響。施肥方式對(duì)鮮莖產(chǎn)量(F=9.836**)有極顯著影響，對(duì)有效株數(shù)(F=7.285*)、鮮皮產(chǎn)量(F=7.058*)有顯著影響。品種和播種方式交互作用對(duì)有效株數(shù)(F=5.478*)有顯著影響。品種和施肥方式交互作用對(duì)鮮莖(F=5.496*)、皮(F=4.513*)產(chǎn)量有顯著影響。

2.2 品種和栽培措施對(duì)紅麻根、葉、莖、皮Cd含量的影響

如表6所示，紅麻各部分Cd含量表現(xiàn)為葉>根>莖皮>莖，品種和栽培措施對(duì)紅麻根、莖皮Cd含量無顯著影響。葉Cd含量最高的是A2B1C2D2和A2B2C2D1處理組合，為(3.78±0.23)和(3.71±0.82)mg·kg-1，A1B2C1D1和A1B2C2D1處理組合最低，為(2.06±0.30)和(2.06±0.21)mg·kg-1，差異顯著。莖Cd含量最高的是A1B2C1D2處理組合，為(0.87±0.15)mg·kg-1，A2B2C2D2處理組合最低，為(0.38±0.09)mg·kg-1，2個(gè)處理之間差異達(dá)顯著水平，其他處理無顯著差異。單株莖和皮Cd積累量最高的是A1B2C1D1處理組合，為(199.53±49.99)μg，A1B1C1D2處理組合最低，為(69.93±29.16)μg。每公頃Cd積累量最高的是A1B2C1D1處理組合，為(8.86±5.10)mg·hm-2，A1B1C1D1，A1B1C1D2和A2B1C1D2處理組合較低，僅為A1B2C1D1處理組合的43.91 %，44.67 %和44.42 %，差異顯著。其他處理無顯著差異。

表4 品種及栽培措施對(duì)紅麻產(chǎn)量性狀的影響

表5 品種及栽培措施影響紅麻產(chǎn)量性狀的多因素方差分析

續(xù)表5 Continued table 5

變異來源Source of variation有效株數(shù)Effective number of kenaf單株鮮莖重Fresh weight one stem理論鮮莖公頃產(chǎn)量Theoretical fresh stem weight單株鮮皮重Fresh weight one bark理論鮮皮公頃產(chǎn)量Theoretical fresh stem bark weight施肥量×施肥方式Amount of fertilizer× Fertilization method0.1541.5060.7132.2870.803品種×播種方式×施肥量Cultivar× Sowing method× Amount of fertilizer0.3530.2441.3870.0030.430品種×播種方式×施肥方式Cultivar× Sowing method× Fertilization method0.0021.2770.7110.4770.045品種×施肥量×施肥方式Cultivar× Amount of fertilizer× Fertilization method0.9962.4892.8100.9230.955播種方式×施肥量×施肥方式Sowing method× Amount of fertilizer× Fertilization method0.4157.300?2.3384.218?0.587

表6 品種及栽培措施對(duì)紅麻Cd含量和Cd積累量的影響

多因素方差分析(表7)顯示，品種差異對(duì)紅麻葉(F=8.030**)和莖(F=9.834**)Cd含量均有極顯著影響。播種方式、施肥量和施肥方式及其互作對(duì)紅麻根、莖、葉和莖皮Cd含量均無效應(yīng)。播種方式對(duì)每公頃Cd積累量有顯著影響(F=4.326*)。播種方式和施肥量交互作用對(duì)單株莖和皮Cd積累量(F=5.278*)、每公頃Cd積累量(F=4.682*)有顯著影響。

3 討 論

3.1 品種和栽培措施對(duì)紅麻農(nóng)藝性狀及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的影響

本研究中A1B2C1D1處理組合的單株農(nóng)藝性狀最好，所使用的品種為C4P7A。本研究發(fā)現(xiàn)，品種差異對(duì)紅麻莖徑有極顯著影響，這與陳常理等[13]研究結(jié)果相類似。A1B2C1D1處理組合所使用的播種方式為撒播，與潘茲亮等[15]認(rèn)為條播會(huì)增加紅麻株高，莖粗和皮厚結(jié)果并不一致，原因是撒播的紅麻個(gè)體發(fā)育較差，這可能與供試紅麻品種有關(guān)，也可能與紅麻種植時(shí)期有關(guān)。A1B2C1D1處理組合所使用的施肥量和施肥方式為中肥和基肥100 %，這與王道波等[20-22]的研究結(jié)果相類似，其認(rèn)為高肥處理的紅麻株高顯著高于低肥處理，且隨著基肥使用量上升，紅麻株高，莖粗，皮厚顯著增加。

本研究中A2B2C2D2處理組合的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高，所使用的品種為R11。紅麻的莖徑差異會(huì)直接影響單株鮮莖重，本研究結(jié)果表明，品種差異也對(duì)單株鮮莖重有顯著影響，這與譚石林等[14]的研究結(jié)果相類似。A2B2C2D2處理組合所使用的播種方式為撒播，本研究結(jié)果表明，播種方式對(duì)紅麻產(chǎn)量有顯著影響，這與魏林根等[16]的結(jié)果相類似。條播和撒播方式均存在優(yōu)缺點(diǎn)明顯的特點(diǎn)。撒播個(gè)體發(fā)育不如條播，但密度較大，在有效株數(shù)方面比條播更有優(yōu)勢，撒播的紅麻干莖產(chǎn)量更高[15]。A2B2C2D2處理組合所使用的施肥量為低肥，這與Tigka等[18]和葉繼標(biāo)等[19]的結(jié)果相類似，但Danalatos等[17]研究得出相反結(jié)果，施低肥(<150 kg·hm-2)時(shí)，紅麻產(chǎn)量沒有顯著差異，這可能是受到了不同的土壤，氣候條件影響。因此本研究中施低肥雖然會(huì)降低紅麻的農(nóng)藝性狀，但可以節(jié)省肥料，并且提高紅麻產(chǎn)量。A2B2C2D2處理組合所使用的施肥方式為基肥60 %+追肥40 %。王道波等[20-22]認(rèn)為隨著基肥使用量下降，地上干物質(zhì)下降，麻皮干質(zhì)量均有顯著差異，其原因是基肥對(duì)作物的生長十分重要。這與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相類似，A1B2C1D1處理組合單株鮮莖和皮重均為最高，因此施用追肥的比例上升時(shí)，單株紅麻產(chǎn)量反而下降，但公頃產(chǎn)量卻會(huì)增加，可能與單位面積有效株數(shù)有關(guān)。

表7 品種及栽培措施影響紅麻Cd含量和Cd積累量的多因素方差分析

單位面積有效株數(shù)和單株經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量是紅麻高產(chǎn)群體結(jié)構(gòu)的2個(gè)主要決定因素。前人的研究結(jié)果表明，不同的作物有效株數(shù)的增加，可以提高作物產(chǎn)量。胡文詩等[23]和向達(dá)兵等[24]發(fā)現(xiàn)適量增加肥料量可以使油菜和苦蕎有效株數(shù)增加，提高產(chǎn)量。本研究中A1B2C1D1處理組合的單株農(nóng)藝性狀最好，但產(chǎn)量低于A2B2C2D2處理組合，A2B2C2D2處理組合的單株農(nóng)藝性狀略低于A1B2C1D1處理組合，但其單位面積有效株數(shù)顯著高于A1B2C1D1處理組合。說明對(duì)于紅麻高產(chǎn)效應(yīng)來說，有效株數(shù)是比單株農(nóng)藝性狀更為重要的決定因素。這與王亮等[25]和王書信等[26]對(duì)番茄，黃瓜的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)楫?dāng)紅麻密度低時(shí)，單株植物生長良好，但每公頃有效植株數(shù)量少，產(chǎn)量低；隨著密度的增加，單株產(chǎn)量受到影響，但每公頃產(chǎn)量增加[27]。本研究結(jié)果表明，播種方式對(duì)有效株數(shù)有極顯著影響，對(duì)產(chǎn)量有顯著影響；施肥方式對(duì)有效株數(shù)和鮮皮產(chǎn)量有顯著影響，對(duì)鮮莖產(chǎn)量有極顯著影響。為了提高紅麻產(chǎn)量，可以通過適當(dāng)?shù)牟シN方式和施肥方式，提高有效株數(shù)，促進(jìn)紅麻高產(chǎn)。

3.2 品種和栽培措施對(duì)紅麻各部位吸收Cd的影響

本研究中A1B2C1D1處理組合葉Cd含量最低，但其單株莖和皮Cd積累量，每公頃Cd積累量均為最高。該處理所使用的品種為C4P7A，播種方式為撒播，施肥量為中肥，施肥方式為基肥100 %。前人的研究結(jié)果表明，紅麻品種不同，不同部位的Cd含量也不同。姚運(yùn)法等[29]和李文略等[28]認(rèn)為Cd在不同部位含量隨品種差異較大，各部位Cd含量差異明顯，葉片Cd含量顯著大于莖、根，與本文的研究結(jié)果相類似。而播種方式對(duì)作物吸收Cd影響的研究，則鮮有報(bào)道。國內(nèi)研究結(jié)果顯示，施肥量和施肥方式會(huì)影響不同作物Cd含量。曾清如等[30]研究表明，旺長期追加施肥，能夠有效增強(qiáng)煙草去除土壤Cd的能力。區(qū)惠平等[31]認(rèn)為隨著磷肥施用上升，玉米秸稈和籽實(shí)Cd含量反而減少。這兩點(diǎn)與本實(shí)驗(yàn)結(jié)果相類似。由于磷肥是堿性肥料，施用后提高土壤pH，使Cd生成難溶化合物，因此植物較難吸收。而A1B2C1D1處理組合單株莖和皮Cd積累量，每公頃Cd積累量高的原因，可能與單株農(nóng)藝性狀有關(guān)。

本研究結(jié)果表明，A1B2C1D1處理組合的單株莖和皮Cd積累量、每公頃Cd積累量均最高。雖然A1B2C1D1處理組合的葉、莖Cd含量不是所有處理中最高，然而，其株高、莖徑、皮厚和果序長度等農(nóng)藝性狀均為最高，且單株鮮莖重和單株鮮皮重最高，而有效株數(shù)為倒數(shù)第二低，說明對(duì)于紅麻吸收Cd來說單株農(nóng)藝性狀是比有效株數(shù)更為重要的決定因素。本研究結(jié)果表明，播種方式對(duì)每公頃Cd積累量有顯著影響，播種方式和施肥量交互作用顯著影響單株莖和皮Cd積累量和每公頃Cd積累量。為了提高紅麻吸收Cd的效率，通過適當(dāng)?shù)牟シN方式和施肥量提高紅麻單株農(nóng)藝性狀，促進(jìn)紅麻吸收Cd。

4 結(jié) 論

A2B2C2D2處理組合的產(chǎn)量最高，但其吸收Cd能力較弱。A1B2C1D1處理組合單株莖和皮Cd積累量，每公頃Cd積累量均最高，吸收Cd能力較強(qiáng)，其單株鮮莖和皮重也均為最高，但受其有效株數(shù)影響，產(chǎn)量也處于所有處理中上水平。品種C4P7A采用撒播，施用中肥，基肥100 %等輕簡化栽培技術(shù)，可作為最適合紅麻增產(chǎn)并促進(jìn)紅麻對(duì)Cd吸收。