天然植物营养素对水稻生长发育及降镉效应研究

向艳艳，黄运湘，刘利杉，龙 泉

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）

天然植物营养素对水稻生长发育及降镉效应研究

向艳艳，黄运湘，刘利杉，龙 泉

（湖南农业大学资源环境学院，湖南 长沙 410128）

为探明天然植物营养素（水溶有机肥料）对水稻生长发育、稻米品质和降镉效应的影响，通过镉超标土壤盆栽试验开展研究。结果表明：喷施天然植物营养素对水稻株高及分蘖有一定的促进作用，提高水稻对氮、钾的吸收和稻谷产量，稻草氮、钾含量分别较对照提高2.2%～5.4%和15.4%～26.4%，稻谷产量提高5.7%；显著提高稻米粗蛋白和赖氨酸含量，粗蛋白含量提高6.1%～10.9%，赖氨酸含量提高50.0%～63.6%；增加稻根镉含量，阻止镉向地上部转移，茎叶镉含量较对照降低3.7%～9.6%；稻米镉含量0.07 mg/kg，低于国家食品卫生标准（＜0.2 mg/kg）。叶面喷施浓度以1∶900倍稀释液为宜。

植物营养素；叶面喷施；水稻；生长发育；稻米品质；降镉效应

随着经济社会的快速发展，我国农田土壤重金属污染已成为主要的环境问题，其中以镉污染最为严重[1]。据近几年统计，我国遭受镉污染农田面积高达28.0万hm2，年产镉超标农产品超过150万t[2]。镉是生物非必需元素，积累到一定数量会对生物产生毒害作用[3]。镉具有极强的主极化能力，进入土壤后很少发生向下的再迁移，因而主要累积于土壤表层，更易被作物根系吸收[4]。水稻是我国主要的粮食作物，极易吸收累积土壤中的镉，从而导致稻米镉含量超标，严重威胁人类食品安全[5]。为此，寻求行之有效的阻镉产品，抑制或阻断水稻镉的吸收和转运，降低稻米镉含量成为人们关注的焦点，国内外已进行了大量的理论研究，并取得了丰硕成果。应用研究主要集中在化学调控[6-7]、叶面阻控[8-10]、有机肥螯合钝化[11-12]及综合配套技术措施等方面[13-14]。

天然植物营养素是以小肽多元氨基酸为主要成分的水溶有机肥料，叶面喷施具有调控植物生理、均衡补充植物养分、提高作物产量和改善品质等作用，但其对阻控水稻镉吸收和转运效果方面的研究尚未见报道。通过土壤盆栽试验，研究了天然植物营养素对水稻产量及稻米品质的影响，并探明其阻镉效果，以期为筛选和丰富叶面阻镉材料提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 供试土壤 取自株洲县某乡镇镉超标土壤，系由紫色页岩风化物发育的紫泥田。采集耕作层土样，取样深度0～20 cm，土壤取回后，经风干、锤碎，过5 mm筛，混匀备用。土壤质地粘重，pH值6.94，有机质40.0 g/kg、全氮1.88 g/kg、全磷0.53 g/kg、全钾16.61 g/kg、碱解氮182 mg/kg、有效磷12.2 mg/kg、速效钾107 mg/kg、缓效钾223 mg/kg，全量镉1.335 mg/ kg，有效态镉0.78 mg/kg。

1.1.2 供试作物 湖南省主栽早稻品种——湘早籼32。

1.1.3 天然植物营养素（粉剂） 由荣成鸿德海洋生物科技有限公司提供。pH值6.50，有机质81%、水不溶物0.3%、镉0.10 mg/kg、铅1.00 mg/kg。

1.2 试验设计

采用土壤盆栽的试验方法，试验在湖南农业大学资源环境学院试验基地玻璃网室进行。共设3个处理，以清水为对照，每个处理重复6次，随机区组排列。具体试验方案见表1。

表1 试验设计方案

盆栽试验选择装6 kg土壤的塑料盆，高22 cm，直径22.5 cm。N、P、K以尿素、磷酸二氢钾、氯化钾为肥源，分别施用0.10、0.05、0.13 g/kg。2016年4月27日将氮、磷、钾肥做基肥拌入土壤后装盆，淹水2～3 d，选择长势一致的秧苗移栽至盆中，每盆移栽3株。分蘖期（5月11日）进行第1次叶面喷施，始穗期（6月6日）喷施第2次，齐穗期—灌浆期（6月20日）喷施第3次，每次喷施时以正反叶面完全湿润为标准。根据水稻生育特性进行水分管理，并记载水稻生长发育动态，7月14日分盆钵收获稻株并采集土壤样品，带回室内考种和分析测定。

1.3 分析测定项目与方法

土壤基本理化性质和植株N、P、K含量采用常规分析方法测定[15]；稻米粗蛋白质含量采用半微量凯氏法测定；赖氨酸采用染料结合赖氮酸（DBL）法测定[15]；淀粉测定采用旋光法测定[15]。稻草、稻米、稻根镉含量采用HNO3-HClO4湿灰化[16]，电感耦合等离子体发射光谱仪测定[17]。植株标准物质采用绿茶，标准号GBW10052（GSB-30）；大米标准物质采用湖南大米，标准号GBW10045（GBS-23）。土壤全量镉采用HCl-HNO3-HF-HClO4全消解[18]，土壤有效态镉采用0.1 mol/L HCl浸提，电感耦合等离子体发射光谱仪[19]。土壤标准物质采用污染农田土壤，标准号GBW08303。

1.4 数据处理

试验数据采用SPSS 17.0软件和Excel（2007）软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 天然植物营养素对水稻生长发育的影响

从表2可知，喷施天然植物营养素（处理2、处理3）与喷施清水（处理1）相比，对水稻株高及分蘖均有一定的促进作用。处理2株高与分蘖数较对照分别提高5.7%和10.0%，处理3分蘖数提高10.0%。

表2 天然植物营养素对水稻生长发育的影响

2.2 天然植物营养素对水稻经济性状的影响

从表3可知，喷施天然植物营养素可提高水稻生物产量和稻谷产量，但未达显著差异水平，处理2和处理3水稻地上部生物产量分别较对照提高4.2%和6.8%，稻谷产量提高5.7%。对千粒重影响差异不显著。

表3 天然植物营养素对水稻经济性状的影响

2.3 天然植物营养素对植株氮磷钾含量的影响

从表4可知，喷施天然植物营养素可提高水稻对氮、钾养分的吸收，减少对磷素养分的吸收。处理2和处理3稻草氮含量较对照分别提高2.2%和5.4%，钾含量较对照分别提高26.4%和15.4%，但均未达显著差异水平。

表4 天然植物营养素对水稻植株氮磷钾含量的影响（%）

2.4 天然植物营养素对稻米品质的影响

从表5可知，喷施天然植物营养素可显著提高稻米赖氨酸含量，1∶900倍稀释液喷施可显著提高稻米粗蛋白含量，对淀粉含量无影响。处理2和处理3稻米粗蛋白含量较对照分别提高10.9%和6.1%，赖氨酸含量分别提高63.6%和50.0%。

表5 天然植物营养素对稻米品质的影响 （%）

2.5 天然植物营养素对水稻镉吸收的影响

从表6可知，喷施天然植物营养素根系镉含量稍高于对照，但降低镉向地上部转移。处理2和处理3茎叶镉含量分别较对照降低9.6%和3.7%，对稻米镉含量影响差异不显著，稻米镉含量均未超过国家大米卫生标准（0.2 mg/kg）。

表6 天然植物营养素对水稻不同部位镉含量的影响（mg/kg）

3 结论与讨论

天然植物营养素是以深海鱼类为原料制成的小肽多元氨基酸水溶有机肥料，在水果、烟草和水稻作物上表现一定的增产效果，可明显改善作物品质。该研究表明，叶面喷施天然植物营养素，促进水稻对氮、钾的吸收，提高水稻生物产量和谷粒产量，适宜浓度喷施可显著提高稻米粗蛋白和赖氨酸含量，水稻叶面喷施最适宜浓度为1∶900倍稀释液。

叶面阻控技术是指通过喷施某种物质后被作物吸收迁移到根尖与节间的一些关键部位，阻控镉的吸收或迁移，以此来提高作物对镉胁迫的抗性、减少甚至阻断镉的吸收[20]。该研究表明，叶面喷施天然植物营养素，一定程度上阻止镉向地上部转移，茎叶镉含量较对照下降3.7%～9.6%，其阻控镉迁移的机理有待进一步研究。

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（责任编辑：夏亚男）

EffectsofNaturalPlantNutrientsonGrowthandCadmiumReductioninRice

XIANG Yan-yan，HUANG Yun-xiang，LIU Li-shan，LONG Quan
（College of Resources and Environment, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, PRC）

A pot experiment using cadmium contaminated soil was conducted to study the effects of natural plant nutrients (water-soluble organic fertilizer) on growth of rice and the quality of rice grain and the reduction of cadmium (Cd) in rice. The results showed that foliar application natural plant nutrients showed a positive effects on height and tillers in rice grain, but the absorption of nitrogen and potassium in straw were increased by 2.2%-5.4% and 15.4%-26.4%, respectively, the yield of rice grain increased by 5.7%, and crude protein and lysine in rice grain significantly increased by 6.1%-10.9% and 50.0%-63.6%, respectively. The Cd concentration in rice root increased which prevented the transportation of Cd from root to overground part in rice. The Cd concentration in straw decreased by 3.7%-9.6%, and the Cd concentration of rice grain was 0.07 mg/kg, which was lower than the national food and healthy standard (＜0.2 mg/kg). The concentration of foliar application 1∶900 times diluted natural plant nutrients is the most appropriate.

plant nutrients; foliar application; rice; growth and development; quality of rice grain; Cd reduction

S511

A

1006-060X（2017）05-0036-03

10.16498/j.cnki.hnnykx.2017.005.011

2017-03-09

项目名称：湖南省农业厅项目（2015）

向艳艳（1994-），女，湖南湘西州人，硕士研究生，主要从事环境污染控制。

黄运湘