叶面喷施有机水溶肥锌与无机锌对水稻生长及镉吸收转运的影响

杨蕾静，黄运湘，向艳艳，黄 煌，刘利杉

(湖南农业大学 资源环境学院，湖南 长沙 410128)

镉(Cd)是一种移动性大、毒性持久且具有致突变、致畸、致癌作用的剧毒元素[1-3]。近年来，由于采矿、冶金、施肥不当、污水灌溉以及垃圾焚烧等导致土壤重金属污染严重，其中耕地土壤Cd污染超标居首位[4]。水稻是我国的主要粮食作物，保证其产量和质量对保障国家粮食安全具有重要意义。Cd易被水稻根系吸收，进而通过食物链进入人体，对人体健康造成严重影响。目前，关于农田土壤重金属污染的修复技术措施很多，但以农艺措施为主，如调节土壤pH值，施用钝化调理剂、叶面调控剂、微量元素等均具有较好的修复效应[5-28]。研究表明，稻米Cd含量与土壤有效态Cd含量呈极显著正相关，与土壤有效锌(Zn)含量呈极显著负相关[29]；喷施Zn肥均能缓解水稻受到的Cd胁迫，降低水稻对Cd的吸收，从而降低水稻各部位Cd含量[30-34]。但上述研究均使用的是无机Zn。前期研究表明，喷施有机水溶肥料可提高稻谷产量,降低稻米Cd含量[35]。但有关叶面喷施有机水溶肥Zn对水稻Cd吸收转运的影响研究尚未见报道。为此，通过盆栽试验，以Cd超标水稻土为供试土壤，探讨叶面喷施无机Zn和有机水溶肥Zn对水稻生长及Cd吸收转运的影响，并确定其最佳喷施浓度，为Cd超标农田的修复提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试土壤为紫色页岩风化物发育的紫泥田，含有机质40.00 g/kg、全N 1.88 g/kg、全P 0.53 g/kg、全K 16.60 g/kg、碱解N 182.00 mg/kg、有效P 12.20 mg/kg、速效K 107.00 mg/kg、全量Cd 1.34 mg/kg、有效态Cd 0.78 mg/kg，pH值为6.94。

供试水稻品种为湘早籼32号，为湖南省益阳市农科所选育的常规中熟早籼品种，生育期约106 d。

水溶性有机肥料由广西喷施宝股份有限公司提供，此肥料是采用高新技术将甘蔗糖蜜进行深加工，与Zn、K等营养元素螯合而成的水剂，主要成分:有机质≥110 g/L、N+P2O5+K2O≥170 g/L、Mn+Zn+B= 30～50 g/L，Cd、Pb未检出。

1.2 试验设计

盆栽试验于2016年在湖南农业大学资源环境学院教学实习基地进行。选择高22 cm、直径22.5 cm的塑料盆，每盆装6 kg土。试验设计7个处理：不施Zn(对照，CK)、1 g/L ZnSO4(InZn-1)、2 g/L ZnSO4(InZn-2)、3 g/L ZnSO4(InZn-3)、1 g/L有机水溶肥Zn(PSBZn-1,来源于水溶性有机肥料,下同)、2 g/L有机水溶肥Zn(PSBZn-2)、3 g/L有机水溶肥Zn(PSBZn-3)处理。每处理重复3次，共21个处理，采用叶面喷施的方法进行，对照喷施清水。每处理氮、磷、钾肥施用量一致，均为N 0.10 g/kg、P2O50.05 g/kg、K2O 0.13 g/kg，氮、磷、钾肥分别为尿素、磷酸二氢钾、氯化钾，全部作基肥施用。选择长势一致的生长30 d的秧苗进行移栽，每盆移栽3株。分别于5月11日(始蘖期)、6月6日(始穗期)、6月20日(灌浆期)叶面喷施有机水溶肥Zn和ZnSO4，每次均按照上面各处理的喷施质量浓度进行，以正反叶面完全湿润为准。其他栽培管理措施按当地大田生产习惯。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 生长发育指标 分别于5月9日(分蘖期)、6月11日(孕穗期)、7月13日(成熟期)调查水稻株高和分蘖数。

1.3.2 生物量和稻谷产量 收割后，每处理按盆称取根、茎、叶和稻谷的质量，取平均值。

1.3.3 Zn、Cd含量 收割后，取适量根、茎、叶、稻壳、糙米烘干粉碎，采用HNO3-HClO4湿灰化—电感耦合等离子发射光谱法测定Cd、Zn含量[36]。

1.4 数据处理

试验数据采用Excel 2010进行统计分析，运用SPSS 19.0进行差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 叶面喷施有机水溶肥Zn与无机Zn对水稻生长发育的影响

由表1可知，叶面喷施1～2 g/L有机水溶肥Zn和无机Zn总体上均可促进孕穗期、成熟期水稻生长发育，但均未达到显著水平。其中，以2 g/L无机Zn和有机水溶肥Zn效果较好。叶面喷施3 g/L有机水溶肥Zn和无机Zn时，对水稻生长发育产生一定的抑制作用。

表1 不同处理水稻的生长发育情况 Tab.1 Growth and development of rice of different treatments

注：同列数据后不同小写字母表示不同处理间的差异达到显著水平(P<0.05),下同。

Note:The different lowercase letters after data of the same column mean significant differences among different treatments(P<0.05),the same below.

2.2 叶面喷施有机水溶肥Zn与无机Zn对水稻生物量和籽粒产量的影响

由表2可知，随着Zn质量浓度增加，水稻根、茎、叶及稻谷质量均呈先增加后降低的趋势，以2 g/L处理最高。叶面喷施1～2 g/L的无机Zn可促进水稻根系生长，但未达显著水平。喷施3 g/L无机Zn和1～3 g/L有机水溶肥Zn对水稻根系生长未表现出促进作用，反而有抑制作用。叶面喷施1～3 g/L的无机Zn和有机水溶肥Zn均可提高水稻茎质量，但差异不显著，其中，以InZn-2和PSBZn-2处理效果较好。叶面喷施1～2 g/L的无机Zn和有机水溶肥Zn均可提高水稻叶质量，Zn质量浓度增至3 g/L时，叶质量低于对照，表现出一定的抑制作用。叶面喷施1～3 g/L无机Zn可显著提高稻谷产量，以InZn-2处理产量最高，较对照提高11.36%。喷施1～2 g/L有机水溶肥Zn可提高稻谷产量，较对照提高2.88%～4.24%，Zn质量浓度升高至3 g/L时，稻谷产量较对照降低，但未达显著水平。

表2 不同处理水稻生物量和籽粒产量 g/盆

2.3 叶面喷施有机水溶肥Zn与无机Zn对水稻Cd吸收、分布的影响

由表3可知，叶面喷施无机Zn和有机水溶肥Zn总体上均能降低水稻根、茎、叶、糙米中Cd含量。无机Zn处理显著降低根、叶、糙米Cd含量，降幅分别为32.3%～41.3%、14.8%～30.4%、23.2%～41.4%，总体以INZn-1处理降Cd效果最好；有机水溶肥Zn处理显著降低根、糙米Cd含量，降幅分别为35.3%～40.3%、26.3%～45.5%，分别以PSBZn-2、PSBZn-1降Cd效果最好。综上，有机水溶肥Zn处理降低糙米Cd含量效果优于无机Zn处理。

水稻对Cd的吸收主要富集在根部，转移到地上部的Cd主要滞留在茎叶中，糙米中Cd含量最低，即Cd在水稻不同部位的分布规律为根>茎>叶>稻壳>糙米。

表3 不同处理水稻各部位Cd含量 Tab.3 Cd content in different parts of rice of different treatments mg/kg

2.4 叶面喷施有机水溶肥Zn与无机Zn对水稻Zn吸收、分布的影响

由表4可知，随着叶面喷施Zn质量浓度的升高，水稻根(InZn-1、InZn-2处理除外)和地上各部位Zn含量均增加，茎、叶、稻壳Zn含量显著高于对照，不同部位增加幅度表现为叶>稻壳>茎>糙米。叶面喷施无机Zn处理InZn-1、InZn-2的水稻根Zn含量低于对照，较对照下降0.37%～21.42%，其中以1 g/L无机 Zn处理降低幅度最大。叶面喷施有机水溶肥Zn处理水稻根Zn含量高于对照，较对照提高0.37%～54.93%，其中以3 g/L有机水溶肥Zn处理提高幅度最大。

Zn在水稻各部位的分布:对照以根Zn含量最高，明显高于地上部位，地上部位Zn含量以茎最高，随后依次为叶、稻壳、糙米。低质量浓度Zn(1 g/L)处理，水稻各部位Zn含量表现为根>叶>茎>稻壳>糙米，当Zn质量浓度为2～3 g/L时，叶中Zn含量增加，Zn含量表现为叶>根>茎>稻壳>糙米。综上，叶面喷施Zn肥，Zn主要累积在叶、根、茎、稻壳中，向籽粒转移较少。

表4 不同处理水稻各部位Zn含量Tab.4 Zn content in different parts of rice of different treatments mg/kg

2.5 叶面喷施有机水溶肥Zn与无机Zn对Cd转运的影响

转运系数是指植物地上部重金属含量与地下部重金属含量的比值。它是用来评价植物将重金属从地下部向地上部运输和富集能力的指标。从表5可知，不同处理Cd的转运系数在0.439～0.749，均小于1，表明水稻吸收的Cd主要富集在根部，向地上部转移的较少，不属于Cd富集植物。与无机Zn处理相比，有机水溶肥Zn处理更有利于Cd向地上部转移，转运系数是无机Zn处理的1.2～1.6倍，但转移到地上部的Cd滞留在茎、叶、稻壳中的比例总体上高于无机Zn处理，滞留在糙米中的比例低于无机Zn处理。有机水溶肥Zn处理糙米中Cd含量占根中Cd含量的0.968%～1.385%，而无机Zn处理为1.120%～1.271%，其中，PSBZn-1处理所占比例最小，降低稻米中Cd含量的效果最好。

表5 不同处理Cd的转运情况 Tab.5 Transportion of Cd of different treatments

3 结论与讨论

Zn、Cd属于同族元素，具有相似的外层电子结构，两者可以竞争生物细胞上的结合位点，以相同的方式被植物吸收、转运。吕选忠等[37]研究发现，喷施Zn肥可有效降低生菜中Cd含量，表明Zn和Cd之间存在明显的拮抗作用。MCKENNA等[38]研究表明，Zn可抑制根系对Cd的吸收，并阻止其由木质部运输到地上部分。本研究表明，叶面喷施Zn肥总体上可降低水稻对Cd的吸收和糙米Cd含量。其中，有机水溶肥Zn处理降低糙米Cd含量的效果(26.3%～45.5%)高于无机Zn处理(23.2%～41.4%)，以1 g/L有机水溶肥Zn处理效果最佳。可见,由于Zn、Cd之间的拮抗作用，叶面喷施Zn肥时Zn优先占据了水稻各部位的结合位点，减少了水稻对Cd的吸收和转运。

本研究发现，水稻吸收的Cd主要分布在根部，转移到地上部的Cd主要滞留在茎、叶中，向籽粒转移的数量相对较少，这与前人研究结果一致[32-33,39-40]。有机水溶肥Zn处理Cd转运系数高于无机Zn处理，前者为0.439～0.559，后者为0.692～0.749，但从地下部分转运至糙米中的Cd所占比例以有机水溶肥Zn处理低于无机Zn处理，有机水溶肥Zn处理糙米中Cd含量占根中Cd含量的0.968%～1.385%，而无机Zn处理为1.120%～1.271%。其中，1 g/L有机水溶肥Zn处理糙米中Cd含量占根中Cd含量的比例最低，为0.968%。因此，在Cd污染土壤的植物移除修复方面，可通过叶面喷施有机水溶肥Zn来提高重金属Cd的移除率，以叶面喷施1 g/L有机水溶肥Zn效果最佳。