?丁草胺在水稻及土壤镉吸收富集中的作用?

王宇霖 罗惠莉 周静如 贺晓美

摘 要：以2种不同剂型丁草胺（乳油和水乳剂）为材料，通过土培盆栽试验模拟田间种植水稻，研究了不同浓度丁草胺对土壤中镉有效态、水稻生长量及水稻植株吸收镉的影响，旨在明确丁草胺在水稻及土壤镉吸收富集过程中的作用。结果表明：丁草胺的施加可促进土壤镉的有效性，其中施加2、4、6 mg/kg的丁草胺后，土壤有效态镉含量分别比未施加丁草胺的对照（CK2）增加33.14%、39.00%、65.50%，尤其是丁草胺浓度为6 mg/kg时，土壤有效态镉含量达到峰值（0.49 mg/kg），若施加浓度超过6 mg/kg丁草胺对土壤有效态镉的促进作用会减弱;施加丁草胺可抑制水稻生长，且施加浓度越高抑制作用越明显，当施加10 mg/kg丁草胺乳油时，水稻的根长、株高、叶绿素含量分别比CK2低69.55%、61.63%、41.26%;施加丁草胺对水稻镉吸收有促进作用，且使水稻吸收的镉大多积累在根部，而随丁草胺浓度的增加水稻地下部分镉积累的增长速度明显快于地上部分，但丁草胺也能促进水稻糙米对镉的积累，且施加浓度越高促进效果越明显;2种剂型中，乳油型丁草胺的上述作用均强于水乳剂。

关键词：丁草胺;土壤;水稻;镉;吸收富集

中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1006-060X（2020）10-0062-05

Abstract：Two different formulations of butachlor （EC and EW） were used as materials to study the effects of butachlor on soil available cadmium， rice growth and cadmium uptake by rice plants through pot experiment in soil culture. The results showed that butachlor could promote the availability of soil cadmium; the content of available cadmium in soil increased by 33.14%， 39.00% and 65.50% respectively when butachlor was applied at 2， 4 and 6 mg/kg compared with the control without butachlor （CK2）. When butachlor was applied at 6 mg/kg， the content of soil available cadmium reached the peak value （0.49 mg/kg）. If the concentration of butachlor was more than 6 mg/kg， the promoting effect of butachlor on soil available cadmium would be weakened. Butachlor could inhibit the growth of rice， and the higher the concentration of butachlor， the more obvious the inhibition effect. When butachlor was applied at 10 mg/kg， the root length， plant height and chlorophyll content of rice decreased by 69.55%， 61.63% and 41.26%， respectively compared with CK2. Butachlor promoted the cadmium uptake of rice， and most of the cadmium absorbed by rice was accumulated in the root. With the increase of butachlor concentration， the growth rate of cadmium accumulation in underground part of rice was significantly faster than that in aboveground part. Butachlor also promoted the accumulation of cadmium in brown rice， and the higher the concentration， the more obvious the promotion effect. Among the two formulations， butachlor EC showed stronger effects than EW.

Key words： butachlor; soil; rice; cadmium; uptake and accumulation

土壤是环境乃至整个生态系统的必要成分，为植物、动物和微生物提供了栖息场所，也是人类农业生产的基础。随着经济迅速发展，环境中大约90%的污染物会进入土壤环境，从而造成严重污染[1]。重金属污染具有持久性、毒性和生物富集作用，由此引起的环境污染对生物和人类健康均会造成严重的危害[2-4]。

在重金属污染中，镉是近年土壤污染最严重的重金属[5]。镉污染主要来源于工业三废的排放以及含镉化肥的不当施用，嚴重影响农作物的品质安全，危害人体的健康和生态环境[6]。

全球农药市场发展迅速，国际市场对除草剂的需求迅速增长，丁草胺是近年来应用较广泛的除草剂之一。丁草胺通过抑制α-淀粉酶合成，使得胚乳中贮备的淀粉不能被利用，进而影响细胞的生长发育，同时，该药剂还可以抑制植物的呼吸作用和光合作用，使杂草幼牙肿大，最终导致死亡[7-8]。

当前除草剂与重金属污染的交互作用对作物的影响在国内研究较少。笔者以水稻为试验材料，在实验室利用盆栽模拟田间环境，探究在丁草胺胁迫下土壤有效态镉及作物对镉的积累规律，并分析丁草胺对水稻生长的影响，为除草剂的安全使用提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤为湖南农业大学现代农业科技示范园耘园基地耕层表层（0～30 cm），土壤样品自然风干磨碎，过筛去除草根、石块以及树根等备用。供试土壤理化性质如下：pH值6.8，土壤有机质14.61 g/kg，全N 1.63 g/kg，全P 0.81 g/kg，全K 20.22 g/kg，CEC12.49 cmol/kg，总Cd 0.8 mg/kg。

供试水稻品种为株两优819，来源于湖南省农业科学院。将水稻幼苗（2叶期）移栽至口径17 cm、深15 cm的塑料桶中，每桶种2株。

1.2 试验方法

配制不同比例的镉和丁草胺混合溶液（镉的浓度均为1 mg/kg;乳油丁草胺浓度梯度为1、2、4、6、8、10 mg/kg;水乳剂丁草胺浓度梯度为1、4、10 mg/kg），详见表1，分别加入含有1 500 g干燥土的盆栽中，种植水稻，调节土壤含水量至田间持水量的50%～60%，培养期60 d。设置2个平行，充分混匀一周后，每天监测土壤和水稻生长情况，盆栽中水深始终保持离土面2～3 cm。移栽后按15、30、45、60 d取土样，土样风干研磨过100目筛，待测。

2 结果与分析

2.1 丁草胺对土壤镉有效性的影响

2.1.1 丁草胺不同用量对土壤中镉有效性的影响 如图1所示，在水稻种植15～60 d，土壤中有效态镉的含量呈下降趋势，其中没有施加丁草胺的处理CK2有效态镉的降幅为 23.64%～39.99%，处理D-1、D-2、D-4、D-6、D-8、D-10中有效态镉的最大降幅分别为 21.14%、27.07%、19.92%、21.94%、9.91%、19.92%。

施加不同含量丁草胺在水稻种植各时期均能促进土壤有效态镉含量的增加。当种植15 d时，施加1、2、4、6、8、10 mg/kg的丁草胺比只施加镉的空白对照组CK2土壤有效态镉含量分别增加了11.31%、33.14%、39.00%、65.50%、48.06%、59.84%，且土壤有效态镉含量随丁草胺施加量的增加呈先升后降的趋势，以D-6处理土壤有效态镉含量最高。当种植30 d时，仍以D-6处理土壤有效态镉含量最高，为 0.48 mg/kg，比其他施加丁草胺的处理高18.15%～87.97%。当种植45 d时，以D-8处理土壤有效态镉含量最高，为 0.43 mg/kg，较其他施加丁草胺的处理高3.66%～55.49%。当种植60 d时，土壤有效态镉含量随丁草胺浓度的增加呈上升趋势，以D-10处理土壤有效态镉含量最高，为0.40 mg/kg。综上所述，施加低浓度丁草胺对水稻各个时期土壤对有效态镉含量均有促进作用，而当丁草胺施加浓度过高（≥6 mg/kg）时，这种促进作用减弱或有所抑制。

2.1.2 丁草胺不同剂型对土壤镉有效性的影响 如图2所示，不同剂型丁草胺对土壤镉有效态含量的影响趋势基本相同，施加了2种剂型丁草胺后，各处理组土壤有效态镉含量均随丁草胺浓度的增加而上升，表明丁草胺对土壤有效态镉有明显的促进作用。丁草胺浓度从1 mg/kg上升到10 mg/kg后，施加丁草胺乳油的处理组土壤有效态镉含量在15～60 d增幅为36.65%～57.55%，施加丁草胺水乳剂的处理组增幅13.66%～50.32%，相比之下丁草胺乳油对土壤有效态镉的促进作用强于丁草胺水乳剂。这是因为乳油中含有大量的有机溶剂，而水乳剂含量较少，而除草剂丁草胺中有机溶剂是激发土壤镉有效性的关键因素。

2.2 丁草胺胁迫对水稻生长的影响

2.2.1 丁草胺不同用量对水稻生长的影响 如表2所示，施加不同浓度和不同剂型的丁草胺后，水稻均能正常生长。从表3中可知，仅施加丁草胺的CK1处理，水稻根长、株高和叶绿素等指标均比CK0表现要差，同时这些指标的数值随着丁草胺浓度的增加而显著下降，说明丁草胺会抑制水稻生长，且施加浓度越高，这种抑制作用越明显。施加10 mg/kg丁草胺乳油的D-10处理，水稻根长、株高、叶绿素含量均是所有处理中的最低值，与CK2相比降幅分别为69.55%、61.63%、41.26%。

2.2.2丁草胺不同剂型对水稻生长的影响 从表3中还可以看出，与CK2相比，施加2种不同剂型的丁草胺均能抑制水稻根及植株的生长，表现为水稻根长及株高随丁草胺施加浓度的增加而显著降低。具体来看，施加了1～10 mg/kg丁草胺乳油后，根长及株高降幅分别为4.52%～69.55%、2.33%～61.63%，而施加1～10 mg/kg丁草胺水乳剂的处理组根长、株高降幅分别为2.26%～59.32%、0.58%～50.39%。结果表明，随着丁草胺施加浓度增高，丁草胺乳油对水稻生长的抑制作用显然强于丁草胺水乳剂。从叶绿素含量来看，施加10 mg/kg丁草胺乳油后水稻叶片叶绿素含量对比CK2降幅为41.26%，而施加10 mg/kg丁草胺水乳剂的降幅为25.40%，明显低于前者，表明丁草胺乳油对水稻叶绿素的抑制作用也明显强于丁草胺水乳剂，且丁草胺浓度越高抑制效果越强。综上所述，丁草胺施用浓度越高，丁草胺乳油对水稻生长的抑制作用越强于丁草胺水乳剂。这可能是由于乳油剂型中含有更多的有机溶剂，从而对植物细胞造成一定损伤，引起植物形态改变，导致畸形或阻碍种子萌发，同时使叶片叶绿素含量大幅下降，加重药剂对植株的药害作用。

2.3 丁草胺对水稻镉吸收的影响

2.3.1 水稻镉吸收特性分析 由图3可知，水稻地下部分镉的积累明显高于地上部分。与CK2相比，丁草胺对水稻镉吸收有明显的促进作用。水稻地下部分镉含量变化与丁草胺施加浓度有关，施加1、2、4 mg/kg丁草胺的处理，水稻地下部分积累的镉含量分别比CK2增加39.73%、43.60%、35.71%，差距较小，变化较平缓;当丁草胺施加浓度为6～10 mg/kg，水稻地下部分积累的镉含量随丁草胺浓度的增加而显著上升，其中当丁草胺施加浓度达到10 mg/kg时，水稻地下部分积累的镉含量达到峰值13.59 mg/kg，比CK2增加了102.23%，說明高浓度丁草胺对水稻地下部分镉积累的促进作用更强。而水稻地上部分镉含量主要受高浓度（≥8 mg/kg）丁草胺影响，当丁草胺施加浓度 ≤6 mg/kg时，水稻地上部分镉含量差异不显著，当丁草胺浓度为8、10 mg/kg时，水稻地上部分积累的镉含量分别为2.48、2.67 mg/kg，比CK2分别增加了1.76、1.95 mg/kg，总的来说，丁草胺的施加显著促进了水稻植株对镉的积累。

由图4可知，丁草胺浓度为1 mg/kg时，施加丁草胺乳油的处理其地下部镉含量略高于施加丁草胺水乳剂的处理，地上部相反，而在2种不同剂型丁草胺施加浓度都为4 mg/kg时，施加丁草胺乳油的处理相较于施加丁草胺水乳剂的处理其地下部分积累的镉含量高于水乳剂，而地上部分则相反。从表3中可以看出，水稻镉的富集系数随丁草胺浓度的增加而上升，施用10 mg/kg丁草胺比施用1 mg/kg丁草胺培育的水稻2种剂型镉富集系数分别上升了61.82%、57.41%，说明施用丁草胺能促进水稻对镉的积累。从表3中还可以看出，在丁草胺施加浓度较低（1 mg/kg）时，丁草胺乳油组的水稻镉转运系数低于丁草胺水乳剂组，当丁草胺施加浓度增加至4 mg/kg时，丁草胺乳油组的水稻镉转运系数反而高于丁草胺水乳剂组，但再施加更多的丁草胺后2种剂型对水稻镉含量转运的影响差异较小，转运系数仅相差0.01。

2.3.2 丁草胺对水稻镉吸收影响机制 目前关于镉等重金属和丁草胺在土壤及植株中的交互作用研究较少。Moon等[9]研究了Cd、Pb、Cu和Zn对土壤中丁草胺降解的影响，结果表明各试验中不同浓度的重金属对丁草胺的降解均有不同程度的抑制效应，Cd、Pb和Cu对土壤丁草胺降解速率的影响，主要是由于一些具有降解丁草胺能力的微生物的生物活性受到这些重金属离子的抑制所致。而丁草胺降解被抑制会增加丁草胺在土壤中的滞留时间，对土壤中镉含量也有一定影响，施加过量丁草胺则会导致水稻生长缓慢，进而影响水稻对土壤中镉的吸收[10]。筆者的试验结果表明，施加丁草胺会使水稻吸收的镉大量积累于地下部分，且对水稻镉的积累有明显的促进作用。随丁草胺浓度的增加，水稻地下部分镉积累的增长速度显然超过地上部分，且丁草胺乳油对水稻镉吸收的促进作用强于丁草胺水乳剂。

2.4 丁草胺对水稻糙米镉含量的影响

由表4可知，丁草胺乳油组在丁草胺施加浓度为1、4、10 mg/kg时，水稻糙米的镉含量分别比CK2增加57.14%、228.57%、342.86%，而丁草胺水乳剂组镉浓度处理分别比CK2增加71.43%、171.43%、371.43%。这表明丁草胺能显著促进水稻糙米对镉的积累，且施加浓度越高促进效果越明显。

3 结 论

盆栽模拟水稻种植试验结果显示，在土壤中施加丁草胺会提高土壤镉的有效性，其中施加2、4、6 mg/kg的丁草胺后，土壤有效态镉含量分别比未施加丁草胺的对照（CK2）增加33.14%、39.00%、65.50%，尤其是丁草胺浓度为6 mg/kg时，土壤有效态镉含量达到峰值，为0.49 mg/kg，若丁草胺浓度超过6 mg/kg，则对土壤有效态镉的促进作用会减弱。丁草胺乳油对土壤有效态镉的促进作用明显强于丁草胺水乳剂。施加丁草胺会抑制水稻生长，且施加浓度越高抑制作用越明显，施加10 mg/kg乳油丁草胺后，水稻的根长、株高、叶绿素等指标均表现最差，其数值分别比CK2低69.55%、61.63%、41.26%。丁草胺乳油对水稻生长量的抑制作用强于丁草胺水乳剂。施加丁草胺会使水稻吸收的镉大多积累在根部，并有利于水稻根部对镉的吸收，且随丁草胺浓度的增加水稻地下部分镉积累的增长速度明显快于地上部分。丁草胺乳油对水稻植株镉吸收的促进作用强于丁草胺水乳剂。丁草胺能促进水稻糙米对镉的积累，施加浓度越高促进效果越明显。

参考文献：

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（责任编辑：张焕裕）