栽培技术对红麻生长及吸收镉的影响

王路为，田 旭，温玉环，许海钊，陈 鹏，周瑞阳，何 冰*

(1. 广西大学农学院，广西 南宁 530004；2.广西农业科学院农业科技信息研究所，广西 南宁 530007)

【研究意义】红麻(Hibiscuscannabinus)为锦葵科(Malvaceae)木槿属(Hibiscus)的一年生草本韧皮纤维作物[1]。麻类生产历史悠久，应用广泛[2]。红麻生长速度快，生物产量高，对多种重金属的耐性较强，可作为农田重金属污染生态修复的经济作物[3]。2016年我国黄红麻产量达5.3万t，在农业环境压力和劳动力成本日益增加的形势下，减化作业工序、减少化肥和劳力投入的轻简化栽培技术是红麻栽培产业发展的主要方向之一。开展栽培技术对红麻生长及吸收镉的影响对提高红麻产量和促进红麻Cd吸收的轻简化栽培技术提供理论依据和指导意义。【前人研究进展】目前，国内外已有红麻应用于铅(Pb)[4]、镉(Cd)[5]污染土壤的生态修复实践的相关报道，王玉富[6]研究发现种植红麻，可使土壤Cd含量每年降低347 g·hm-2。姚运法等[7]认为红麻适合种植于Pb中度污染土壤。李丰涛等[8]发现重金属污染区红麻的Cd富集系数大于1。轻简化栽培技术在水稻、小麦[9]、棉花[11]、玉米、油菜[10]等作物生产栽培上已有较多研究，通过栽培技术的轻简化，可以扩大播种面积，减少水分流失，利于移栽、抵抗灾害，还可以降低生产成本，提高生产效率，增加效益。【本研究切入点】目前，关于红麻在土壤修复上的应用现在已有较多文献报道，但鲜有研究促进红麻Cd吸收、提高修复效率的轻简化栽培技术。【拟解决的关键问题】探索提高红麻产量及增加Cd积累的轻简化栽培技术，促进红麻在重金属植物修复实践中的应用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

于2016年4-11月在广西壮族自治区某地农田开展田间试验，由于试验田附近一个矿产冶炼厂长期排放工业废气和废水，导致其土壤重金属含量超标，Cd含量9.06 mg/kg，pH 7.98，有机质含量31.42 g/kg。供试红麻品种为C4P7A和R11，均由广西大学农学院培育，其中C4P7A为红麻细胞质雄性不育系，R11为恢复系。供试氮、磷和钾肥分别是尿素(含N 45 %)、重过磷酸钙(含P2O554 %)和氯化钾(含K2O 60 %)。

1.2 试验方法

采用完全随机区组设计(4因素，2水平)(表1)。品种A1：C4P7A，A2：R11；播种方式B1：条播(整地后挖沟，沟距离为1 m，沟深度为20 cm，基肥均匀地施加在沟中，盖上一层薄薄的土壤并将其混匀，然后将种子播种在沟内，并用一层土覆盖)，B2：撒播(整地后均匀施基肥于表土，反复犁耙混匀，再将种子均匀撒播于表土上，再用小心犁耙1次将种子与土壤混匀)；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 %(所有氮肥和钾肥作基肥，播种前与土壤混匀)，D2：基肥60 %+追肥40 %(60 %氮肥和钾肥作为基肥，播种前与土壤混匀，剩余的40 %氮肥和钾肥用作旺长初期追肥，分别在株高1 m时随灌水施入；所有处理磷肥全部用作基肥，并在播种前与土壤混匀)。共16个处理，每处理3次重复，共48个小区，每小区10 m2。播种量为11.25 kg·hm-2，每小区11.24 g·10 m-2。红麻生长期内按照常规生产习惯进行管理并及时防治病虫害。

表1 不同红麻品种及栽培措施组合

1.3 测定项目及方法

收获时测量红麻主要农艺性状，如株高、茎直径、皮厚、果序长度，测定每小区产量。

植株各器官的重金属含量分析：每小区取5株红麻，分根，茎，叶，麻皮4部分分别称鲜重、烘干，取部分干重，粉碎，称取0.300 g植物样品，加入8mL优级纯HNO3，于微波消解仪(MARS 6，美国CEM公司)中消解，采用原子吸收法(PinAAcle 900T，美国铂金公司)测定消解液中的Cd含量。

1.4 统计分析

试验数据均取3次重复的平均值，使用SPSS19.0进行方差分析(ANVON)和多重比较(Duncan)。

2 结果与分析

2.1 品种和栽培措施对红麻农艺性状及产量的影响

从表2可见，A1B2C1D1处理组合株高最高，为(463.30±1.54)cm，A2B2C2D2处理组合株高最小，为(423.57±21.59)cm，两者之间差异达显著水平(P<0.05，下同)，其他处理之间差异均不显著(P>0.05，下同)，所有处理的平均株高为443.51 cm。A1B2C1D1处理组合茎径最大，为(26.13±1.70)cm，比除A1B1C2D1处理组合外的其他处理高17.02 %～33.79 %，差异显著。其他处理无显著差异，A2B1C2D1处理组合茎径最小，为(19.53±0.50)cm，16个处理的平均茎径为21.40 cm。A1B2C1D1处理组合皮厚度最大，为(1.65±0.16)mm，而A2B2C2D1处理组合和A1B1C2D2处理组合皮厚最低，为(1.12±0.10)和(1.14±0.09)mm，差异显著，其他处理无显著差异,16个处理的平均皮厚为1.31 mm。平均果序长度为56.47 cm，其中A1B2C1D1处理组合果序长度最大，A1B2C1D2处理组合果序长度最低。

多因素方差分析(表3)显示，播种方式和施肥量交互作用(F=4.148*)，品种差异、施肥量和施肥方式交互作用(F=4.494*)，播种方式、施肥量和施肥方式交互作用(F=4.149*)显著影响红麻株高。品种差异(F=8.430**)对红麻茎径有极显著影响，播种方式和施肥量交互作用(F=4.878*)，播种方式、施肥量和施肥方式交互作用(F=5.818*)显著影响红麻茎径。施肥量(F=5.473*)显著影响红麻皮厚。品种差异和施肥方式交互作用(F=5.590*)显著影响红麻果序长。

表2 品种及栽培措施对红麻农艺性状的影响

注：同列数据后不同小写字母表示差异达显著水平(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 品种及栽培措施影响红麻农艺性状的多因素方差分析

注：*，**分别表示显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)水平，下同。

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

从表4可知，A2B2C2D2处理组合有效株数最高，为86.67±22.75，A2B1C1D2，A1B2C1D1和A2B1C2D1处理组合最小，仅为A2B2C2D2的50.39 %，53.46 %和54.61 %，有显著差异，16个处理平均有效株数为60.58。A1B2C1D1处理组合鲜茎单株重最高，为1.25±0.20 kg，比除A2B1C2D2处理组合外的其他处理高58.23 %～119.30 %，差异显著。其他处理无显著差异，A2B2C2D1处理组合最小，为(0.57±0.14)kg,鲜茎单株重平均为0.74 kg。A2B2C2D2处理组合鲜茎产量最高，为(60.88±14.53)t·hm-2，而A2B1C2D1处理组合最小，为(27.72±5.55)t·hm-2，两个处理差异显著，其他处理无显著差异，鲜茎产量平均为42.97 t·hm-2。A1B2C1D1处理组合鲜皮单株重最高，A2B2C2D1处理组合最低，鲜皮单株重平均为0.26 kg。A2B2C2D2处理组合鲜皮产量最高， A2B1C2D1处理组合最低，鲜皮产量平均为15.25 t·hm-2。

多因素方差分析(表5)显示，品种(F=4.588*)对单株鲜茎重有显著影响。播种方式对有效株数(F=10.487**)有极显著影响，对鲜茎(F=6.368*)、皮(F=7.177*)产量有显著影响。施肥量对有效株数(F=6.368*)、鲜茎产量(F=6.368*)有显著影响。施肥方式对鲜茎产量(F=9.836**)有极显著影响，对有效株数(F=7.285*)、鲜皮产量(F=7.058*)有显著影响。品种和播种方式交互作用对有效株数(F=5.478*)有显著影响。品种和施肥方式交互作用对鲜茎(F=5.496*)、皮(F=4.513*)产量有显著影响。

2.2 品种和栽培措施对红麻根、叶、茎、皮Cd含量的影响

如表6所示，红麻各部分Cd含量表现为叶>根>茎皮>茎，品种和栽培措施对红麻根、茎皮Cd含量无显著影响。叶Cd含量最高的是A2B1C2D2和A2B2C2D1处理组合，为(3.78±0.23)和(3.71±0.82)mg·kg-1，A1B2C1D1和A1B2C2D1处理组合最低，为(2.06±0.30)和(2.06±0.21)mg·kg-1，差异显著。茎Cd含量最高的是A1B2C1D2处理组合，为(0.87±0.15)mg·kg-1，A2B2C2D2处理组合最低，为(0.38±0.09)mg·kg-1，2个处理之间差异达显著水平，其他处理无显著差异。单株茎和皮Cd积累量最高的是A1B2C1D1处理组合，为(199.53±49.99)μg，A1B1C1D2处理组合最低，为(69.93±29.16)μg。每公顷Cd积累量最高的是A1B2C1D1处理组合，为(8.86±5.10)mg·hm-2，A1B1C1D1，A1B1C1D2和A2B1C1D2处理组合较低，仅为A1B2C1D1处理组合的43.91 %，44.67 %和44.42 %，差异显著。其他处理无显著差异。

表4 品种及栽培措施对红麻产量性状的影响

表5 品种及栽培措施影响红麻产量性状的多因素方差分析

续表5 Continued table 5

变异来源Source of variation有效株数Effective number of kenaf单株鲜茎重Fresh weight one stem理论鲜茎公顷产量Theoretical fresh stem weight单株鲜皮重Fresh weight one bark理论鲜皮公顷产量Theoretical fresh stem bark weight施肥量×施肥方式Amount of fertilizer× Fertilization method0.1541.5060.7132.2870.803品种×播种方式×施肥量Cultivar× Sowing method× Amount of fertilizer0.3530.2441.3870.0030.430品种×播种方式×施肥方式Cultivar× Sowing method× Fertilization method0.0021.2770.7110.4770.045品种×施肥量×施肥方式Cultivar× Amount of fertilizer× Fertilization method0.9962.4892.8100.9230.955播种方式×施肥量×施肥方式Sowing method× Amount of fertilizer× Fertilization method0.4157.300∗2.3384.218∗0.587

表6 品种及栽培措施对红麻Cd含量和Cd积累量的影响

多因素方差分析(表7)显示，品种差异对红麻叶(F=8.030**)和茎(F=9.834**)Cd含量均有极显著影响。播种方式、施肥量和施肥方式及其互作对红麻根、茎、叶和茎皮Cd含量均无效应。播种方式对每公顷Cd积累量有显著影响(F=4.326*)。播种方式和施肥量交互作用对单株茎和皮Cd积累量(F=5.278*)、每公顷Cd积累量(F=4.682*)有显著影响。

3 讨 论

3.1 品种和栽培措施对红麻农艺性状及经济产量的影响

本研究中A1B2C1D1处理组合的单株农艺性状最好，所使用的品种为C4P7A。本研究发现，品种差异对红麻茎径有极显著影响，这与陈常理等[13]研究结果相类似。A1B2C1D1处理组合所使用的播种方式为撒播，与潘兹亮等[15]认为条播会增加红麻株高，茎粗和皮厚结果并不一致，原因是撒播的红麻个体发育较差，这可能与供试红麻品种有关，也可能与红麻种植时期有关。A1B2C1D1处理组合所使用的施肥量和施肥方式为中肥和基肥100 %，这与王道波等[20-22]的研究结果相类似，其认为高肥处理的红麻株高显著高于低肥处理，且随着基肥使用量上升，红麻株高，茎粗，皮厚显著增加。

本研究中A2B2C2D2处理组合的经济产量最高，所使用的品种为R11。红麻的茎径差异会直接影响单株鲜茎重，本研究结果表明，品种差异也对单株鲜茎重有显著影响，这与谭石林等[14]的研究结果相类似。A2B2C2D2处理组合所使用的播种方式为撒播，本研究结果表明，播种方式对红麻产量有显著影响，这与魏林根等[16]的结果相类似。条播和撒播方式均存在优缺点明显的特点。撒播个体发育不如条播，但密度较大，在有效株数方面比条播更有优势，撒播的红麻干茎产量更高[15]。A2B2C2D2处理组合所使用的施肥量为低肥，这与Tigka等[18]和叶继标等[19]的结果相类似，但Danalatos等[17]研究得出相反结果，施低肥(<150 kg·hm-2)时，红麻产量没有显著差异，这可能是受到了不同的土壤，气候条件影响。因此本研究中施低肥虽然会降低红麻的农艺性状，但可以节省肥料，并且提高红麻产量。A2B2C2D2处理组合所使用的施肥方式为基肥60 %+追肥40 %。王道波等[20-22]认为随着基肥使用量下降，地上干物质下降，麻皮干质量均有显著差异，其原因是基肥对作物的生长十分重要。这与本实验结果相类似，A1B2C1D1处理组合单株鲜茎和皮重均为最高，因此施用追肥的比例上升时，单株红麻产量反而下降，但公顷产量却会增加，可能与单位面积有效株数有关。

表7 品种及栽培措施影响红麻Cd含量和Cd积累量的多因素方差分析

单位面积有效株数和单株经济产量是红麻高产群体结构的2个主要决定因素。前人的研究结果表明，不同的作物有效株数的增加，可以提高作物产量。胡文诗等[23]和向达兵等[24]发现适量增加肥料量可以使油菜和苦荞有效株数增加，提高产量。本研究中A1B2C1D1处理组合的单株农艺性状最好，但产量低于A2B2C2D2处理组合，A2B2C2D2处理组合的单株农艺性状略低于A1B2C1D1处理组合，但其单位面积有效株数显著高于A1B2C1D1处理组合。说明对于红麻高产效应来说，有效株数是比单株农艺性状更为重要的决定因素。这与王亮等[25]和王书信等[26]对番茄，黄瓜的研究结果一致。这是因为当红麻密度低时，单株植物生长良好，但每公顷有效植株数量少，产量低；随着密度的增加，单株产量受到影响，但每公顷产量增加[27]。本研究结果表明，播种方式对有效株数有极显著影响，对产量有显著影响；施肥方式对有效株数和鲜皮产量有显著影响，对鲜茎产量有极显著影响。为了提高红麻产量，可以通过适当的播种方式和施肥方式，提高有效株数，促进红麻高产。

3.2 品种和栽培措施对红麻各部位吸收Cd的影响

本研究中A1B2C1D1处理组合叶Cd含量最低，但其单株茎和皮Cd积累量，每公顷Cd积累量均为最高。该处理所使用的品种为C4P7A，播种方式为撒播，施肥量为中肥，施肥方式为基肥100 %。前人的研究结果表明，红麻品种不同，不同部位的Cd含量也不同。姚运法等[29]和李文略等[28]认为Cd在不同部位含量随品种差异较大，各部位Cd含量差异明显，叶片Cd含量显著大于茎、根，与本文的研究结果相类似。而播种方式对作物吸收Cd影响的研究，则鲜有报道。国内研究结果显示，施肥量和施肥方式会影响不同作物Cd含量。曾清如等[30]研究表明，旺长期追加施肥，能够有效增强烟草去除土壤Cd的能力。区惠平等[31]认为随着磷肥施用上升，玉米秸秆和籽实Cd含量反而减少。这两点与本实验结果相类似。由于磷肥是碱性肥料，施用后提高土壤pH，使Cd生成难溶化合物，因此植物较难吸收。而A1B2C1D1处理组合单株茎和皮Cd积累量，每公顷Cd积累量高的原因，可能与单株农艺性状有关。

本研究结果表明，A1B2C1D1处理组合的单株茎和皮Cd积累量、每公顷Cd积累量均最高。虽然A1B2C1D1处理组合的叶、茎Cd含量不是所有处理中最高，然而，其株高、茎径、皮厚和果序长度等农艺性状均为最高，且单株鲜茎重和单株鲜皮重最高，而有效株数为倒数第二低，说明对于红麻吸收Cd来说单株农艺性状是比有效株数更为重要的决定因素。本研究结果表明，播种方式对每公顷Cd积累量有显著影响，播种方式和施肥量交互作用显著影响单株茎和皮Cd积累量和每公顷Cd积累量。为了提高红麻吸收Cd的效率，通过适当的播种方式和施肥量提高红麻单株农艺性状，促进红麻吸收Cd。

4 结 论

A2B2C2D2处理组合的产量最高，但其吸收Cd能力较弱。A1B2C1D1处理组合单株茎和皮Cd积累量，每公顷Cd积累量均最高，吸收Cd能力较强，其单株鲜茎和皮重也均为最高，但受其有效株数影响，产量也处于所有处理中上水平。品种C4P7A采用撒播，施用中肥，基肥100 %等轻简化栽培技术，可作为最适合红麻增产并促进红麻对Cd吸收。