中轻度镉污染耕地中不同品种红麻生长特性和栽培方式研究

尹明，唐慧娟＃，黄玉敏，邓勇，张翠萍，李德芳，赵立宁，李建军，黄思齐*

（1.中国农业科学院麻类研究所，湖南 长沙 410128；2.空军军医大学DNA分型中心，陕西 西安 710032）

截止2014年，我国土壤污染总超标率为16.10%，其中耕地污染点位超标率为19.40%，重金属元素镉（Cd）为首位污染物［1－2］。Cd污染在中国南方各省尤为严重，如湖南、江西、广东和广西等省份，污染的耕地面积占全国总耕地面积的1／6［3］。耕地中的Cd不会自行消失，而会随着种植作物进入食物链，进一步危害人们的身体健康［4］。因此，耕地修复成为污染耕地继续耕种的首要目标。在众多的修复方式中，植物修复由于其经济成本低、来源广泛、不会二次污染等特点被广泛应用于污染耕地的修复［5－6］。

红麻（Hibiscus cannabinus）又称洋麻、槿麻、钟麻，原产地位于印度和非洲某些地区，属于锦葵科木槿属的短日照、C3型、一年生韧皮纤维植物［7－8］。红麻生长较快、抗逆性与适应性较强、产量高，其纤维具有吸水强、散水快、抑菌的功效［9－10］，在我国安徽、广西、河南、湖南等地都有大量种植，主要用于纺织、造纸、榨油、饲料等，也可作为生物质新能源［11］。除此以外，红麻由于具有生物量大、Cd富集与转移能力以及抗逆性强等特点而被认为是Cd污染土壤修复的优良作物［12－13］。但红麻在Cd污染耕地中的生长特性与不同栽培方式对其影响的研究较少，本研究旨在通过监测不同品种红麻生长过程中植株各部位的鲜重与干重及不同栽培方式下各红麻品种的最终产量、株高、茎粗与皮厚等指标，为红麻修复Cd污染耕地的栽培方式提供理论和实践基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

6个红麻品种均由中国农业科学院麻类研究所一年生麻类作物遗传改良创新团队提供。中红麻13号，原名“LC0301”，红茎、裂叶型；中红麻16号，原名“YA1”，红茎、掌状深裂叶、花冠黄白、晚熟品种；中杂红328号，茎绿色，叶片窄小、裂叶型；红麻K1703A、红麻H1701、红麻H1704均为普通裂叶型品种。

表1 6个红麻品种的名称和编号Table 1 Numbers and materials of 6 kenaf varieties

1.2 试验地概况

试验基地位于湖南省中部偏东的湘潭市，土壤Cd含量为0.68～0.93 mg／kg，为中轻度镉污染土壤［14］。地跨东经 111°58′～113°05′，北纬 27°21′～28°05′［15］。湘潭市为典型的亚热带温湿气候区，具有明显的季节气候特征：四季分明、降水充沛、盛夏高温、冬季寒冷［16］。年均降水量1425 mm，4～7月降水较集中，盛夏炎热少雨，冬季严寒湿润，年均气温17.5℃。夏旱平均30 d，秋旱平均40 d，平均相对湿度80%，无霜期平均300 d［17］。

1.3 试验设计

1.3.1 栽培方式

试验设计两种播种方式，即条播与撒播［18－19］。在条播中，以宽2 m、长12 m为一个小区，在每个小区中进行1个红麻品种的独立播种，每个品种设3个重复小区，每个小区播种红麻种子90 g，每隔0.5 m种一行，每行平分15穴，开沟深5～8 cm，播种完毕后其上覆土0.8～1.0 cm。在撒播中，种植面积、种子播种数量、耕地开垦深度与条播一致，种植方式则是将种子均匀的播撒到耕地中，播种完毕后其上覆土0.8～1.0 cm。

1.3.2 田间管控

种子播种入土后，每公顷基肥需要施氮肥（以尿素记）300 kg、磷肥（以五氧化二磷计）450 kg、钾肥（以氧化钾记）300 kg［20－21］。当植株长出3～5片真叶、高8～9 cm时开始间苗、第一次中耕、除草和追肥，耕深2～3 cm，每公顷需氮肥18～21kg、钾肥30～33 kg。当出现10～13片真叶、高18～20 cm时正式定苗、二次中耕、除草和追肥，耕深4～5 cm，每公顷需氮肥27～30 kg、钾肥30～33 kg。当红麻长到25～28 cm时，进行第三次中耕、除草和追肥，耕深6～7 cm，每公顷施用氮肥67～75 kg、钾肥51～60 kg，磷肥21～27 kg。在8月末进行最后一次追肥，肥料种类和用量均与第二次追肥一致。

1.3.3 数据测定

于2018年5月5日进行播种，在5月20日（幼苗期）、6月20日（快速生长期）、7月25日（稳定期）、9月5日（成熟期）4个时间点，每个品种随机选取6株红麻，测定6个红麻品种根、茎、叶的鲜重与干重。于10月25日（收获期）每个品种随机选取30株红麻，测定6个红麻品种在条播与撒播下的株高、茎粗与皮厚。最后将各小区所有红麻进行测产，估算每种红麻的产量。

1.3.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2019和SPSS 21处理试验数据，差异显著分析采用Duncan算法。

2 结果与分析

2.1 6个红麻品种根、茎、叶生物量测定

2.1.1 6个红麻品种不同时期根的生物量

5月初将6个红麻品种的种子播种到污染耕地中，进行5个月的数据跟踪监测。由图1可知，X1与X2最终根的生物量高于其他品种，X4与X6则轻于其他品种，X3与X5介于两者之间。6个红麻品种中，多数红麻根的鲜重在5月20日至6月20日（快速生长期）增长幅度最大（平均占比48.78%），其次则是7月25日至9月5日（成熟期，平均占比40.08%）。干重增长幅度最大的时期为成熟期（平均占比54.85%），其次则是快速生长期（平均占比38.55%）。而从5月5日至5月20日（幼苗期）、6月20日至7月25日（稳定期）两个时期各品种红麻增长都较缓慢，干重与鲜重增长均未超过8%。

2.1.2 6个红麻品种不同时期茎的生物量

由图2可知，X1与X2最终茎的生物量高于其他品种，X5与X6则轻于其他品种，X3与X4介于两者之间。6个红麻品种中，多数红麻茎的鲜重在成熟期增长幅度最大（平均占比58.00%），其次则是快速生长期（平均占比32.46%）。干重增长幅度最大的时期为成熟期（平均占比68.71%），快速生长期与稳定期的增长幅度都约为15%。5月5日至5月20日增长最缓慢，只占0.58%。

2.1.3 6个红麻品种不同时期叶的生物量

由图3可知，X1与X4最终叶的生物量高于其他品种，X5与X6则轻于其他品种，X2与X3介于两者之间。6个红麻品种中，多数红麻叶的鲜重在成熟期增长幅度最大（平均占比51.03%），其次则是快速生长期（平均占比29.93%）。干重增长幅度最大的时期为快速生长期（平均占比38.11%），其次则是成熟期（平均占比37.81%）。而幼苗期增长最缓慢，仅占4.10%。

图1 6个红麻品种根的鲜重与干重Fig.1 Fresh and dry weight of roots of 6 kenaf varieties

图2 6个红麻品种茎的鲜重与干重Fig.2 Fresh and dry weight of stems of 6 kenaf varieties

图3 6个红麻品种叶的鲜重与干重Fig.3 Fresh and dry weight of leaves of 6 kenaf varieties

2.2 不同红麻品种最终生理指标与产量测定

从表2可以看出，在条播方式中，X1、X2与X3的茎粗大于平均值（2.39 cm）；X1与X3的皮厚大于平均值（1.50 mm）；X1与X2的株高大于平均值（5.05 m）；X1与X2两个品种的产量大于平均值（5066.22 kg）。从表3可以看出，在撒播中，X1、X2与X3的茎粗大于平均值（2.26 cm）；X1、X2与X3的皮厚大于平均值（1.42 mm）；X1、X2、X5与X6 4个品种的株高大于平均值（5.02 m）；X1与X2的产量大于平均值（5175.18 kg）。将撒播与条播下6个品种红麻的生理指标平均值进行对比，发现条播下各品种红麻的平均茎粗、皮厚与株高略优于撒播，但产量却较撒播低108.96 kg／667 m2。

表2 6种红麻在条播下的生理指标与产量Table 2 Physiological indexes and yield of 6 types of kenaf under drilling seeding

表3 6种红麻在撒播下的生理指标与产量Table 3 Physiological indexes and yield of six types of kenaf under broadcast sowing

3 讨论

3.1 6个品种红麻的生长特性

根据6个品种红麻不同时期根、茎、叶的鲜重与干重增长比例，发现红麻在两个时期生长最快，即5月20日至6月20日、7月25日至9月5日，平均增长占比70%～85%。其中5月20日至6月20日，根的鲜重增长最多，叶的干重增加最多，说明根吸收了大量水分以增加鲜重，而营养物质被输送到叶，合成蛋白等干物质而提升了叶的干重。7月25日到9月5日，根的干重增长最多，叶的鲜重增长最多。茎的最快生长阶段是7月25日至9月5日，鲜重与干重都得到了很大的增长。6月20日至7月25日，红麻根与茎的重量增长幅度缓慢，只占7.91%～12.11%，说明5月20日至6月20日、7月25日至9月5日这两个时间段是红麻生长的重要时期。而Cd从植物根部被吸收，主要富集在植物茎与叶的液泡中［22］，而红麻茎与叶的鲜重在7月25日至9月5日增长比例最大，预估这一时期为红麻吸附Cd的关键时期，可提高供水与供肥的比例以促进红麻的生长发育，也可通过施加H2O2、H2S等外源物质来改变红麻对耕地中Cd的富集量［23－24］。

3.2 不同播种方式对6个品种红麻的影响

根据撒播与条播两种方式下不同红麻的生理特性与产量，本文发现在3.75 g／m2种子的播种条件下，撒播下的红麻平均产量高于条播，但皮厚、茎粗与株高不及后者，可能是由于撒播下的红麻群体获得的光能量更多，适宜其生物量的增加［25］，而条播下的红麻群体获得的光能量虽然总量较少，但对于单株红麻更充足与均匀，使得单株红麻的皮厚、茎粗、株高等指标更优良［26］。6种红麻中，中红麻13号与中红麻16号更适于撒播种植，每667 m2产量较条播约多600 kg；而中杂红328号与红麻H1701则更适于条播，每667 m2产量较撒播约多400 kg；红麻K1703A与红麻H1704在两种播种方式下产量无显著差异。有研究［12］表明，该6种红麻在含Cd含量约0.4～0.5 mg／kg的土壤中种植，中红麻13号的地上部Cd含量为5.33mg／kg，高于其余5个品种红麻，中红麻13号与中红麻16号的产量、茎粗、株高与皮厚都优于其他红麻，但中红麻13号地下部产量低于中红麻16号，故中红麻13号更适宜于Cd污染耕地的修复。

4 结论

综上所述，这6种红麻在中轻度Cd污染耕地中均可以正常生长，有较好的生物学产量以及经济价值，可用于Cd污染耕地修复。其中5月20日至6月20日、7月25日至9月5日可能是6种红麻在中轻度Cd污染耕地中的生长关键期与Cd吸附关键期，可作为后期的研究点之一。而中红麻13号在6种红麻中各方面生理指标均表现较优良，推荐用撒播在降低经济成本的同时提高产量，以更好地修复Cd污染耕地。