几种新型肥料对水稻产量及稻米镉含量的影响

袁国飞，聂凌利，骆 堂，刘建华，肖 欢，敖和军*

(1.湖南省种子质量检测中心，湖南长沙 410006；2.湖南农业大学农学院，湖南长沙 410128；3.南方粮油作物协同创新中心，湖南长沙 410128)

我国是世界上最大的稻米生产国和消费国，全国有超过60%的人口以稻米为主食，因此水稻生产在保障粮食安全中起着至关重要的作用[1]。在农业生产中，肥料作为作物的“粮食”，既能为作物提供充足的养分，也能改良其生态环境[2]。近年来，我国的环境污染问题日益突出，工业“三废”的不合理排放、固体废弃物的处理不善、污水灌溉等，使得土壤中重金属含量急剧增加[3]。随着“镉大米”等事件的发生，重金属污染引起了社会各界的广泛关注，也引起了新型肥料对镉污染土壤治理的研发和使用。研究表明，新型肥料能促进水稻生长[4]、提高水稻产量[5]、改良水稻品质[6]。陈雪丽等[7]研究发现，新型肥料能提高水稻的养分利用率，并减少化肥的使用。汤海涛等[8]研究表明，施用叶面肥能使稻米中镉含量降低18.11%左右，并提高水稻产量。还有研究发现，土壤改质肥能明显提高土壤pH，促进土壤中重金属形成氧化物沉淀，有效降低其交换态含量，同时通过生物化学作用形成一些高分子聚合物，与重金属形成络合物而使其固定，影响植物对重金属吸收[9]。有研究表明，微生物的生物吸附机制是植物降低金属吸收的一个重要原因，主要通过物理吸附和生物代谢累积在微生物细胞内来降低植物重金属含量[10-12]。金属离子可通过配位、 螯合与离子交换、 物理吸附及微沉淀等作用中的一种或几种复合至细胞表面，减少土壤中镉等金属离子的有效态含量，减少水稻对镉的吸收积累[13]。新型肥料可以抑制水稻对土壤中镉的吸收，对降低稻米中的镉含量有较显著的作用，因此，通过新型肥料改善水稻的生态栽培环境来保障水稻产量和降低稻米中镉含量的影响具有重要意义，以期为重金属污染稻田修复技术提供理论依据。

1 材料与方法

1.1试验材料供试品种：早稻品种为陆两优996；晚稻品种为五优308。供试肥料：生物酵素有机肥；纳提诺叶肥有效成分(pH：6.3，有效成分：有机质90%、全氮8%、全磷2%、全氧化钾2%)；纳提诺果肥(pH：5.7，有效成分：有机质90%、全氮4%、全磷5%、全氧化钾2%)；纳提诺土壤改质肥有效成分：(pH：7.7，有效成分：有机质81%、全氮5%、全磷4%、全氧化钾2%)。

1.2试验设计试验于2016年在益阳赫山区建丰村进行大田小区试验，供试土壤肥力水平中等、均匀。试验共设置5个处理，分别为F1(分蘖期追施生物酵素有机肥)、F2(分蘖期、拔节期、孕穗期追施叶面肥)、F3(抽穗期追施果肥)、F4(分蘖期、拔节期、孕穗期追施土壤改质肥)，CK(不追肥对照)，具体施肥量见表1。试验采用随机区组排列，3次重复，区间留走道，小区间做埂，小区面积20 m2。早稻采用软盘育秧，于4月2日播种，4月23日移栽；晚稻采用软盘育秧，于6月26日播种，7月24日移栽。株行距为13.3 cm×20.0 cm，在分蘖盛期晒田，移栽前施750 kg/hm2阿波罗复合肥，其他栽培管理技术措施参考当地标准。

表1 试验设计

1.3测定方法与指标

1.3.1产量及产量构成因素。在成熟期，从各小区取10蔸水稻样品，记录每蔸有效穗数，脱粒后用水选法分为实粒与秕粒并分别计数。在各小区选取5 m2测产，分别脱粒晒干后称重。

1.3.2镉含量测定。将脱粒后的籽粒打成糙米，将烘干后的糙米用不锈钢粉碎机粉碎，过100目筛，用浓硝酸与高氯酸(V硝酸∶V高氯酸=4∶1)湿法消解，采用ICP-MS测定样品镉含量。

1.4数据统计分析试验数据采用SAS 9.4中Mixed model进行分析。

2 结果与分析

2.1几种新型肥料对早稻产量及其构成的影响由表2可知，施用新型肥料能提高早稻的产量，施用叶面肥的处理产量最高，为9 362.37 kg/hm2，不施肥产量最低，为6 413.77 kg/hm2，且显著低于其他施肥处理。有效穗数最高的是施用叶面肥的处理，为475.1穗/m2，施用有机肥的处理有效穗数最低，为387.5穗/m2，其余处理间差异不显著。施肥处理的每穗粒数均显著高于不施肥处理，其中以施用有机肥的每穗粒数最高，为123.3粒，不施肥最低，为89.8粒。施用叶面肥和果肥的单位面积颖花数显著高于其他处理，分别为5.78万、5.46万个/m2。结实率以施用有机肥最高，为75.4%，比不施肥处理高20.1%，各处理间粒重和收获指数差异不显著。

表2 不同新型肥料对早稻产量及其构成的影响

注：同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著

Note:Different lowercase letters at the same column stand for significant differences at 0.05 level

2.2不同新型肥料对晚稻产量及其构成的影响表3显示，施用叶面肥对晚稻的增产效果最佳，为11 405.18 kg/hm2，比不施肥高37.62%，不施肥处理的单位面积颖花数和结实率最低，分别为4.61万个/m2、70.0%。单位面积有效穗数以施用土壤改质肥的较高，为331.2穗/m2，最低为施用果肥处理，为260.5穗/m2。施用叶面肥能得到最大的每穗粒数，为187.2粒，显著高于施有机肥、土壤改质肥及不施肥处理。单位面积颖花数以施用叶面肥最高，为5.69万个/m2，且显著高于其他处理。

表3 不同新型肥料对晚稻产量及其构成的影响

注：同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著

Note:Different lowercase letters at the same column stand for significant differences at 0.05 level

2.3不同新型肥料对早稻成熟期镉含量的影响由表4可知，早稻根中镉含量以施用有机肥最低，为2.91 mg/kg，显著低于其他处理，最高的是施用叶面肥处理，为4.13 mg/kg。茎的镉含量以施用果肥和土壤改质肥的含量较低，分别为0.87和0.82 mg/kg，比其他处理低0.15～0.63 mg/kg。不施肥处理叶中镉含量最高，为0.38 mg/kg，施用果肥最低，为0.22 mg/kg。糙米中镉含量以施用果肥和土壤改质肥较低，分别为0.18和0.20 mg/kg，显著低于其他处理。

表4 不同新型肥料对早稻镉含量的影响

注：同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著

Note:Different lowercase letters at the same column stand for significant differences at 0.05 level

2.4不同新型肥料对晚稻成熟期镉含量的影响由表5可知，晚稻根中的镉含量以不施肥最高，为2.61 mg/kg，显著高于其他施肥处理。施用有机肥的茎秆中镉含量最高，比其他处理高0.25～0.39 mg/kg。施用果肥、土壤改质肥的糙米中镉含量较低，分别为0.19和0.18 mg/kg，不施肥处理糙米镉含量最高，为0.28 mg/kg。

表5不同新型肥料对晚稻镉含量的影响

Table5EffectofdifferentnewfertilizersonCdcontentoflaterice

mg/kg

注：同列不同小写字母表示在0.05水平差异显著

Note:Different lowercase letters at the same column stand for significant differences at 0.05 level

2.5不同新型肥料对早、晚稻镉积累量的影响由图1可知，早、晚稻糙米镉积累量从大到小依次为叶面肥、有机肥、不施肥、果肥、土壤改质肥。以施用叶面肥处理糙米的镉积累量最多，早、晚稻糙米镉积累量分别为0.28、0.29 mg/m2，与其他处理差异均达到显著水平。施用果肥和土壤改质肥的早、晚稻糙米镉积累量较少，早稻以施用果肥最少，晚稻以施用土壤改质肥最少，糙米镉积累量均为0.17 mg/m2。

图1 不同新型肥料对早、晚稻镉积累量的影响Fig.1 Effect of different new fertilizers on Cd accumulation of early rice and late rice

3 结论与讨论

施用新型肥料能提高水稻的产量，与不施肥处理相比，早稻可增产34.97%～45.97%，晚稻可增产10.76%～37.62%，早、晚稻均以施用叶面肥的增产效果最好，产量分别为9 362.37、11 405.18 kg/hm2。有研究发现[14]，叶面肥对作物具有保根护根、增蘖、抗寒等作用，能有效提高光合利用率，促进作物生长发育，达到增产增效的目的。该试验中，早稻生育期气温较低，叶面肥能保温抗寒，促进水稻生长发育，有利于水稻产量的形成。施用新型肥料增产主要是提高有效穗数和每穗粒数，增加单位面积颖花数来提高产量，这与苏瑞芳等[15]的研究基本相同。

有机肥、叶面肥、果肥和土壤改质肥均能降低稻米中镉含量，早、晚稻分别以果肥、土壤改质肥的降镉效果最好，分别比不施肥少45.45%、35.71%，且稻米镉含量均为0.18 mg/kg，可能是影响了镉在水稻植株内的转运作用，这与江巧君等[16]的研究结果是一致的。该试验表明有机肥和叶面肥的降镉效果较果肥和土壤改质肥效果不显著，可能是有机肥和叶面肥促进了水稻的物质吸收，进而也加强了对镉的吸收。水稻中，各器官的镉含量从高到低依次为根、茎、叶、糙米，这与文志琦等[17]的研究一致。

施肥能促进水稻生长发育，但不正确的施肥方式和不同的肥料种类也会增加水稻对镉的吸收。水稻高产与降低重金属含量存在一定的拮抗作用，有机肥与叶面肥能提高水稻产量，但稻米镉含量较高；果肥和土壤改质肥增产效果不显著，但对稻米的降镉效果较好，因此，施用果肥既能增产，也能有效降低稻米镉含量，是一种高产、优质的新型肥料。

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