葉面噴施鋅錳肥對小麥鎘積累和轉(zhuǎn)運的影響

李 根，李 浩，張 成，王 科，劉思汐，楊 勛，吳繼開，陳春霞

(成都市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站，四川 成都 610041)

1 前言

農(nóng)業(yè)土壤是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。隨著城市交通運輸?shù)陌l(fā)展，工礦企業(yè)數(shù)量和規(guī)模的擴(kuò)大，工業(yè)廢氣中的重金屬元素與粉塵混合，通過雨水和自然沉降進(jìn)入土壤，再加之農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中污水灌溉以及農(nóng)藥、化肥、地膜等的不合理使用，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤受到不同程度的重金屬污染，土壤環(huán)境質(zhì)量呈逐年下降趨勢。農(nóng)業(yè)土壤中的重金屬會對農(nóng)作物的生長發(fā)育產(chǎn)生不利影響，其中鎘(Cd)是造成成都平原農(nóng)田土壤及農(nóng)產(chǎn)品重金屬污染的主要因素之一[1]。當(dāng)環(huán)境受到鎘污染后，鎘可在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈進(jìn)入人體引起慢性中毒，因此我國將鎘列為實施排放總量控制的重點監(jiān)控指標(biāo)之一。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中施用肥料不僅能促進(jìn)植物生長，同時還能間接對作物吸收重金屬產(chǎn)生一定的影響[2-4]。施用肥料可以提供能絡(luò)合、沉淀重金屬的基團(tuán)，還能加入某些競爭離子來影響植物根系和地上部的代謝過程，或者對重金屬在作物中的運轉(zhuǎn)產(chǎn)生影響，鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)(TFs)反映的就是鎘由秸稈向籽粒轉(zhuǎn)運的能力。小麥籽粒中鎘的積累主要來源于地上部莖、葉等器官的轉(zhuǎn)運[5]，而小麥籽粒鎘含量與苗期鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)呈顯著正相關(guān)[6]。本研究以王科[7]等人施用錳肥對水稻鎘含量影響的研究為基礎(chǔ)，通過葉面噴施鋅錳肥，配施有機(jī)硅助劑(提高葉片對葉面肥的吸收利用[8])，研究對2個小麥品種地上部分鎘積累和轉(zhuǎn)運的影響，以期為小麥鎘污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗地概況

試驗于2019年10月至2020年5月在成都市某試驗田進(jìn)行。試驗地區(qū)屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，全年平均氣溫為16C°，年平均日照時數(shù)為 1042～1412h，年平均降水量為900～1300mm，全年無霜期為278d。土壤類型為水稻土，土層深厚，肥力均一，排灌方便。土壤總鎘平均含量為0.41mg/kg，屬輕微鎘污染土壤(GB15618-2018)，土壤有效錳含量19.0mg/kg，有效鋅含量1.78mg/kg，土壤有效鋅、錳較為缺乏，具體檢測結(jié)果詳見表1。

2.2 試驗材料

供試作物：川麥104和川育25。

供試中微量元素：硫酸錳(Mn SO4·7H2O)、硫酸鋅(ZnSO4·7H2O)、有機(jī)硅助劑(有機(jī)硅氧烷基類化合物，屬于增效劑配合其他微量元素施用)、氮磷鉀三元復(fù)合肥(23-11-6，養(yǎng)分≥40%)。

2.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置2個處理，分別為對照處理(CK)：噴施清水，噴施量為50L/667m2；Zn、Mn與有機(jī)硅增效劑混合噴施處理(T)：硫酸錳(Mn SO4·7H2O，噴施濃度為4 g/L)，硫酸鋅(ZnSO4·7H2O，噴施濃度為4 g/L)，有機(jī)硅助劑(濃度為0. 5g/L)混合噴施，噴施量為50L/667m2。2個小麥品種2個處理各重復(fù)3次，共12個小區(qū)，每個小區(qū)面積為20m2，均有間隔1m的排水溝。所有小區(qū)均按當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)進(jìn)行田間管理和施肥，施肥為40kg/667m2的氮磷鉀三元復(fù)合肥(23-11-6)作為底肥一次性施入。

2.4 檢測分析

2.4.1 土壤樣品 播種施肥前采集試驗地基礎(chǔ)土壤樣品，測定土壤 pH值，土壤總鎘及其他指標(biāo)，測定方法參照《土壤農(nóng)化分析》2000年版。

2.4.2 植株樣品 成熟期采集2個小麥品種地上部分樣品，測定總鎘(GB5009.15-2014)、鋅(GB5009.14-2017)、錳(GB5009.242-2017)。

2.4.3 轉(zhuǎn)運和富集系數(shù) 籽粒/秸稈鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)( TFs) =籽粒中鎘含量/秸稈中鎘含量；

籽粒富集系數(shù)(BAFs) = 籽粒中鎘含量/土壤中鎘含量；

秸稈富集系數(shù)(BAFs) = 秸稈中鎘含量/土壤中鎘含量；

以上數(shù)據(jù)均運用Microsoft Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及圖表制作，運用SPSS20.0進(jìn)行統(tǒng)計分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 葉面噴施Zn、Mn肥對小麥產(chǎn)量與干重的影響

從表2可知，噴施處理對2個小麥品種有一定的增產(chǎn)效果，“川育25”的增產(chǎn)效果要優(yōu)于“川麥104”；2個品種的單稈重、單穗重、單穗籽粒重及平均單莖重有一定差異，其中“川麥104”單莖稈重處理與對照差異較大，但總體不太顯著。

3.2 葉面噴施Zn、Mn肥對小麥籽粒與秸稈Cd、Zn、Mn含量的影響

從圖1-A及圖1-B可知，2個小麥品種秸稈中鎘含量遠(yuǎn)高于籽粒中鎘含量；與對照相比，2個小麥品種噴施處理均降低了小麥籽粒鎘含量，其中“川育25”差異顯著(降低13.1%)，“川麥104”差異不顯著(降低9.38%)；而處理后秸稈中鎘的含量上升，其中“川麥104”差異顯著(上升12.0%)，“川育25”差異不顯著(上升3.97%)。從圖1-C及圖1-D可知，葉面噴施鋅錳肥能顯著提高2個小麥品種籽粒及秸稈中的錳含量。從圖1-E及圖1-F可知，葉面噴施鋅錳肥同樣能顯著提高2個小麥品種籽粒及秸稈中的鋅含量。

圖1 小麥籽粒與秸稈Cd、Zn、Mn的含量

3.3 葉面噴施Zn、Mn肥對小麥Cd積累和轉(zhuǎn)運的影響

從表3中可知，葉面噴施鋅錳肥顯著降低了2個品種的籽粒鎘富集系數(shù)，“川麥104”下降9.62%，“川育25”下降13.4%；提高了秸稈鎘富集系數(shù)，其中“川麥104”上升12.0%，差異顯著，“川育25”上升4.23%，差異不顯著；與CK相比，2個小麥品種的鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)都顯著降低了，“川麥104”與“川育25”分別降低19.2%和16.3%。因此，葉面噴施鋅錳肥處理能有效抑制生長期內(nèi)秸稈向籽粒轉(zhuǎn)運鎘。除此之外，“川育25”籽粒及秸稈富集系數(shù)低于“川麥104”，而鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)高于“川麥104”，說明品種間的鎘富集和轉(zhuǎn)運是存在一定差異的。

表3 小麥籽粒與秸稈中鎘的富集系數(shù)及轉(zhuǎn)運系數(shù)

4 討論

本試驗中2個小麥品種“川麥104”和“川育25”均為成都地區(qū)主推品種，試驗用地土壤屬輕微鎘污染土壤(GB15618-2018)。經(jīng)檢測，秸稈中鎘含量均遠(yuǎn)高于籽粒中，這與紹云[9]等人對小麥籽粒、秸稈吸收積累鎘能力的研究結(jié)果相同。在沒有外界重金屬污染的情況下，土壤中的鎘更容易在小麥秸稈中積累，并且一部分鎘會隨著生長發(fā)育向籽粒轉(zhuǎn)運。此外，在水稻中莖稈同樣是影響籽粒鎘積累量的最主要部位，是籽粒積累鎘的主要通路[10]。通過葉面噴施鋅錳肥配合有機(jī)硅助劑，能有效降低籽粒中鎘濃度。從數(shù)據(jù)上看，“川育25”地上部分鎘含量的降低效果優(yōu)于“川麥104”。小麥籽粒和秸稈中鎘含量的變化特征與植物不同組織鎘的遷移能力有關(guān)，通過轉(zhuǎn)運系數(shù)(TFs)可以說明鎘由秸稈向籽粒轉(zhuǎn)運的能力。本研究通過葉面肥處理，小麥籽粒鎘富集系數(shù)顯著降低，莖稈鎘富集系數(shù)上升，說明該處理能抑制鎘從莖稈向籽粒轉(zhuǎn)運，但具體機(jī)制并不清楚，還需進(jìn)一步深入研究。

研究還發(fā)現(xiàn)小麥秸稈中“川育25”籽粒及秸稈富集系數(shù)低于“川麥104”，而鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)高于“川麥104”，說明品種間的鎘富集和轉(zhuǎn)運是存在一定差異的，這與孫洪欣[11]等人的研究結(jié)果一致。重金屬低積累農(nóng)作物的篩選是保障農(nóng)作物安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，因此后續(xù)可針對成都地區(qū)主栽小麥品種進(jìn)行鎘富集和轉(zhuǎn)運比較試驗，進(jìn)一步篩選出鎘低積累、低轉(zhuǎn)運的小麥品種。

5 結(jié)論

葉面噴施鋅錳肥配合有機(jī)硅助劑小麥產(chǎn)量有增加趨勢。葉面噴施鋅錳肥配合有機(jī)硅助劑顯著增加小麥地上部分鋅錳含量，且降低小麥籽粒中鎘的含量(“川麥104”降低9.38%；“川育25”降低13.1%)，增加小麥秸稈中鎘的含量(“川麥104”上升12.0%；“川育25”上升3.97%)。噴施處理對于“川育25”地上部分鎘含量的降低效果優(yōu)于“川麥104”。葉面噴施鋅錳肥配合有機(jī)硅助劑顯著降低2個品種的籽粒鎘富集系數(shù)(“川麥104”下降9.62%，“川育25”下降13.4%)、鎘轉(zhuǎn)運系數(shù)(“川麥104”下降19.2%，“川育25”下降16.3%)，提高了秸稈鎘富集系數(shù)(“川麥104”上升12.0%，“川育25”上升4.23%)。