不同秸秆还田对小麦生长及重金属吸收积累的影响

曹丹 白耀博 李文红

摘要 [目的]研究不同秸秆还田对小麦生长及重金属吸收积累的影响。[方法]通过不同花生、水稻、玉米秸秆还田田间试验，对小麦农艺性状及Cd、As含量进行测定与分析。[结果]3种处理不同程度地提高小麦叶面积指数（LAI）和小麦株高，显著提高了小麦产量，以花生秸秆增产效果最显著，达11.06%;花生秸秆处理可以显著降低小麦根、茎秆、籽实对Cd的吸收，却促进了As的吸收;水稻秸秆处理对小麦吸收Cd的影响不显著，可降低茎秆、籽实对As的吸收;玉米处理可控制小麦对Cd、As的吸收。[结论]该研究为农艺措施调控Cd、As污染提供理论依据。

关键词 秸秆还田;小麦生长;重金属;吸收;积累

中图分类号 S141.4;S512.1文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2019）19-0093-03doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.027

Abstract [Objective]The research aimed to study the effects of different straw returning on wheat growth and heavy metal absorption and accumulation. [Method] Field experiments were conducted to measure and analyze the agronomic traits and Cd and As contents in wheat.[Result] Compare with the conventional treatment， the three different straw returning treatments increased wheat LAI and wheat plant height to a certain extent， and the yield of wheat straw was significantly increased， especially peanut straw production， reaching 11.06%. Peanut straw treatment could significantly reduce Cd absorption of wheat roots， stems and seeds， but promote the absorption of As. Rice straw treatment had no significant effect on wheat uptake of Cd， but reduce the absorption of stem and seeds on As. Maize straw returning treatment could control the absorption of Cd and As by wheat.[Conclusion] The study provides the theoretical basis for agronomic measures to regulate Cd and As pollution.

Key words Straw returning;Wheat growth;Heavy metal;Absorption;Accumulation

土壤重金屬污染已经对生态系统、粮食安全及人体健康产生了巨大的潜在危害，成为当今全世界共同关注的重大环境问题。我国秸秆资源丰富，还田的秸秆在水分、温度等条件适宜情况下，可以被土壤微生物分解，从而产生有机质、氮、磷、钾等营养物质和微量元素，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，形成团粒结构，改善耕地的物理性状，提高土壤对水、气、热的调控能力，从而培肥地力[1-4]。国内学者在秸秆还田改良土壤盐渍化[5]、秸秆与化肥、有机肥配施改良土壤特性等方面都有不少研究[6-7]。秸秆还田既可以消除环境污染的影响，同时又可以解决秸秆无害化处置的普遍难题，促进绿色循环农业及农业可持续发展。笔者结合徐州地区麦田土壤和小麦重金属污染特征分析及小麦对重金属富集的品种间差异和潜在健康风险评价，选择重金属积累能力相对较高的小麦品种及3种常见轮作秸秆花生、水稻、玉米秸秆为对象，研究不同秸秆还田对小麦生长及重金属镉、砷吸收积累的影响，以期指导小麦农业生产。

1 材料与方法

1.1 试验地点

试验地点为江苏省徐州市徐州生物工程学院试验田（117°07′E，34°15′N），属于暖温带季风气候区，年均降水量800～930 mm，雨季降水量占全年的56%，年均无霜期200～220 d，年日照时数为2 284～2 495 h，日照率52%～57%，年平均气温14.2 ℃。

田间试验于2017年10月—2018年6月进行，前茬作物为大豆，该地土壤为潮黄土，质地为砂壤土，0～20 cm耕层土壤pH为7.88，土壤有机质含量为16.8 g/kg，碱解氮80.9 mg/kg，速效磷22.4 mg/kg，速效钾96.7 mg/kg，土壤 CaCl2 提取态镉、砷含量分别为0.33和20.18 mg/kg。

1.2 供试材料

1.2.1 供试小麦。徐麦33。

1.2.2 供试秸秆。该研究采用常规的小麦轮作作物秸秆花生秸秆、水稻秸秆和玉米秸秆为试验材料（表1），常规化肥选取尿素和复合肥。

1.3 试验设计

试验共设8个处理，每个小区面积为30 m2，3次重复。以小麦常规施肥方式为对照（CK），耙地前撒施尿素450 kg/hm2、磷酸二铵300 kg/hm2，辛硫磷7.5 kg/hm2作为基肥，小麦分蘖期追施尿素250 kg/hm2;秸秆粉碎后于条播沟施于麦田，不同花生、水稻、玉米秸秆以6 000 kg/hm2直接还田，秸秆还田试验方案设计如表2所示。

1.4 样品采集与分析

1.4.1 土壤样品的采集与测定。

采用对角线采样法采集混合均匀代表性土样四分法保留 1.0 kg 湿土带回实验室，自然风干后，磨细过筛（20目，100 目）后装瓶备用。土壤中 Cd 采用王水-高氯酸消化，原子吸收分光光度法测定[8];土壤中As含量测定采用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法[9]。

1.4.2 小麦农艺性状观察与测定。

在返青期、拔节期、抽穗期分别选取生长均匀、具有代表性的10个单株，剪下10株上全部绿叶，选取其中有代表性绿叶30张作为小样，分别测定其长度和宽度，然后烘干，计算单株叶面积[10-12]。收获前每小区计数1 m2穗数，在1 m2范围内取10穗，测定每穗粒数。每小区实收计产，小麦晒干至籽粒含水量为13%时称质量计产，并测定千粒种子质量，重复3次。

1.4.3 小麦样品采集及 Cd、As 含量测定。

小麦成熟期随机在每个小区内选取5穴小麦样品，按照根系、秸秆、籽粒分离后，先用自来水冲洗干净，再用去离子水冲洗2遍，装袋放至烘箱，先在105 ℃杀青15～20 min，再在 70～80 ℃下烘干至恒重（48 h），然后磨碎、过筛（40目）处理测定小麦根系、秸秆、籽粒中 Cd、As含量。

1.5 数据处理方法

数据统计均采用 Excel 2016，数据处理采用SPSS 13.0 中 LSD 方法进行差异显著性检验（P<0.05）。

2 结果与分析

2.1 不同秸秆还田对小麦生长发育的影响

2.1.1 对小麦叶面积和株高的影响。

由表3可知，不同秸秆还田处理对不同生育期的小麦叶面积指数（LAI）影响不同，HS处理在分蘖期、越冬期和拔节期小麦的LAI显著高于SD、YM和CK，而SD、YM处理的小麦在分蘖期和越冬期的LAI与CK无差异，但在拔节期显著高高于CK，二者之间均无差异;到抽穗期和成熟期，HS、SD、YM处理的小麦LAI指数均显著高于CK，三者之间无显著差异。

一般认为，在灌浆期以前，小麦的株高应该是小麦基部（即分蘖节处）至顶端叶尖的长度，株高显示了小麦的生长状况，HS处理小麦的株高显著高于CK，但与SD、YM处理小麦株高差异不显著;SD、YM处理小麦株高于CK，但差异不显著。

2.1.2 对小麦产量及构成因素的影响。

由表4可知，不同秸秆还田处理的小麦产量均显著高于CK，其中HS处理的小麦产量最高，比对照提高11.06%，SD和YM处理小麦产量也分别提高4.67%和6.82%，达显著水平。从产量构成的三因素分析，3种处理的有效穗数显著高于CK，其中HS的有效穗数最多;而对于每穗粒数而言，CK处理显著高于HS处理，HS、SD、YM这3种处理之间差异不显著，各处理之间的小麦千粒重虽有差异但均未达显著水平，说明小麦的增产主要受有效穗数增加的影响。

2.2 不同秸秆还田对小麦吸收重金属的影响

2.2.1 对小麦Cd吸收累积的影响。小麦成熟期随机采集小麦样品，进行小麦根、茎秆及小麦籽实中重金属Cd含量分析，从图1可以看出，HS、YM处理小麦的根、茎秆、籽实中重金属Cd含量均小于CK、SD处理，达显著水平，而SD与CK处理间根、茎秆、籽实中重金属Cd含量差异不显著，小麦不同部位吸收重金属Cd含量从大到小依次为根、茎秆、籽实。

2.2.2 对小麦As吸收累积的影响。

小麦在其生长过程中吸收各种养分维持生长的同时也会主动或被动地吸收各种重金属元素，而砷不是其必需元素，当吸收的砷达到或超过其耐性阈值时，就会对小麦的生长发育产生毒害作用。研究表明（表5），HS处理小麦根中As的含量显著高于其他3个处理，SD、YM處理有降低小麦根吸收As的趋势，但与CK差异未达显著水平;HS处理的小麦茎秆和小麦籽实中As含量显著高于其他2种处理和CK，而SD、YM处理的小麦茎秆和籽实中As含量显著低于CK，2种处理之间差异不显著。小麦不同部位吸收重金属As含量从大到小依次为根、茎秆、籽实。

小麦根系和茎秆中砷、镉含量远高于籽粒中砷、镉的含量。这与史高玲等[13]的研究一致，根系和茎秆是保证籽粒砷、镉含量较低的两道关键壁垒[14]。研究砷、镉在茎秆-籽粒中的迁移规律可以为减少小麦籽粒砷、镉的积累提供可靠的理论依据。

3 结论

不同花生、水稻、玉米秸秆还田对小麦生长及Cd、As吸收影响不同。3种处理不同程度地提高小麦LAI和小麦株高，显著提高了小麦产量，以HS秸秆增产效果最显著，达11.06%;不同处理下小麦各部分吸收Cd、As从大到小均依次为根、茎秆、籽实，而小麦茎秆中As含量与籽实中有显著的相关性;HS处理可以显著降低小麦根、茎秆、籽实对Cd的吸收，却促进了As的吸收;SD处理对小麦吸收Cd的影响不显著，可降低茎秆、籽实对As的吸收;YM处理能有效控制小麦对Cd、As的吸收。

参考文献

[1] 胡喜巧，杨文平，陈翠玲.玉米秸秆还田对土壤养分及小麦产量的影响[J].河南科技学院学报（自然科学版），2013，41（1）：6-8.

[2] 秦俊豪，贺鸿志，黎华寿，等.芝麻、 花生和田菁秸秆还田的化感效应研究[J].农业环境科学学报，2012，31（10）：1941-1947.

[3] 钱立荣.低碳农业与农作物秸秆还田技术应用[J].安徽农学通报，2011，17（11）：159-160.

[4] 黄界颍.秸秆还田对铜陵矿区土壤Cd形态及生物有效性的影响机理[D].合肥：合肥工业大学，2013.

[5] 杜连凤，刘文科，刘建玲.三种秸秆有机肥改良土壤次生盐渍化的效果及生物效应[J].土壤通报，2005，36（3）：309-312.

[6] 郭瑞英，彭丽华，陈清，等.秸秆与氰胺化钙调控技术对温室黄瓜生长及氮素残留的影响[J].生态环境，2006，15（3）：633-636.

[7] 刘骏，陈荣丽，陈桂月，等.秸秆还田与氮肥、有机肥配施对小麦生长发育和产量的影响[J].河南农业科学，2015，44（3）：48-51，64.

[8] 林鸾芳，王昌全，李冰，等.秸秆还田下改良剂对水稻生长和Cd吸收积累的影响[J].生态环境学报，2014，23（9）：1492-1497.

[9] 鲍士旦.土壤农化分析[M].北京：中国农业出版社，2005：30-32.

[10] 李文红，丁永辉，曹丹，等.不同播种方式对小麦干物质积累和产量的影响[J].河南农业科学，2016，45（2）：11-16.

[11] 李文红，曹丹，张朝显，等.作物秸秆配施腐熟剂还田对小麦产量及其物质生产的影响[J].江苏农业科学，2018，46（22）：63-66.

[12] 李文红，丁永辉，韩波，等.不同墒情对小麦生长发育特性及产量的影响[J].江苏农业科学，2018，46（3）：63-65.

[13] 史高玲，马鸿翔，娄来清，等.小麦株高和茎秆不同部位砷镉磷含量与籽粒砷镉磷含量的关系[J].农业环境科学学报，2017，36（1）：8-15.

[14] 谈宇荣.旱稻吸收、积累砷的基因型差异及其生理响应研究[D].天津：天津农学院，2016：21-26.