李文蔚，張沁怡，羅亞成，楊捷茹，王惠群

（1. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)國(guó)際學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410128；2. 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙410128）

土壤中的鎘能在水稻籽粒中積累，對(duì)人體健康造成威脅[1]。腐殖酸（humic acid，HA）是動(dòng)植物遺骸，主要是植物遺骸，經(jīng)過(guò)微生物分解和轉(zhuǎn)化以及地球化學(xué)的一系列過(guò)程形成的一類有機(jī)物質(zhì)[2]。調(diào)查顯示，腐殖酸已成為抗旱劑、葉面肥、調(diào)整劑及復(fù)配產(chǎn)品的主要成分，在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛[3-5]。研究表明，腐殖酸能明顯提高植物生長(zhǎng)必需營(yíng)養(yǎng)元素的利用率[6]；同時(shí)，因其帶負(fù)電荷且陽(yáng)離子代換量高，對(duì)土壤重金屬離子有顯著的絡(luò)合吸附作用，在合適條件下，這種吸附作用可有效地阻止重金屬離子進(jìn)入植株體內(nèi)，減輕重金屬離子對(duì)農(nóng)作物的毒害[7]。

水旱輪作（paddy-upland rotation）是指在同一田地上有順序地輪換種植水稻和旱作作物的種植方式[8]。水旱輪作消除了水稻田因長(zhǎng)期淹水對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的不良影響，隨著旱作蔬菜種植年限增加，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈上升趨勢(shì)，而pH 值也呈上升趨勢(shì)[9]。在有機(jī)質(zhì)和含硫化合物較豐富的土壤中，水旱輪作改變了土壤的氧化還原條件，從而增加了旱季時(shí)土壤重金屬的活性，相對(duì)于只種植水稻時(shí)，重金屬含量下降。而且水旱輪作可增加土壤供肥強(qiáng)度，有利于作物產(chǎn)量的提高[10-13]。

目前，水旱輪作條件下施入腐殖酸的相互作用對(duì)鎘污染土壤稻糙米品質(zhì)的影響還未見報(bào)道。試驗(yàn)通過(guò)土壤盆栽試驗(yàn)，了解腐殖酸和水旱輪作共同作用下對(duì)水稻品質(zhì)的影響，旨在為有機(jī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用腐殖酸和水旱輪作提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況及試驗(yàn)材料

試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)植物激素與生長(zhǎng)發(fā)育湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)室基地進(jìn)行。供試稻田土壤和菜田土壤來(lái)自于益陽(yáng)市三益有機(jī)農(nóng)業(yè)專業(yè)合作社，供試稻田土壤的主要理化性質(zhì)為pH 值5.97，有機(jī)質(zhì)含量44.6 g/kg，全氮含量1.90 g/kg，堿解氮含量193.6 mg/kg，全磷含量0.6 g/kg，速效磷含量22.9 mg/kg，速效鉀含量479.0 mg/kg，鎘含量1.810 mg/kg。供試菜田土主要理化性質(zhì)為pH 值6.52，有機(jī)質(zhì)含量28.2 g/kg，全氮含量1.60 g/kg，堿解氮含量185.5 mg/kg，全磷含量1.24 g/kg，速效磷含量58.1 mg/kg，速效鉀含量484.6 mg/kg，鎘含量1.553 mg/kg。供試水稻品種為湘早秈45 號(hào)。

植物必需礦質(zhì)元素標(biāo)樣（Fe、Zn、Mg 和Ca 元素標(biāo)準(zhǔn)溶液）和隔離子標(biāo)準(zhǔn)品均由國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)樣研究所提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用隨機(jī)組合設(shè)計(jì)，每種土壤處理添加0、0.1、1.0和10.0 g/m2的腐殖酸，每個(gè)處理種植3 盆（圓柱形瓷盆，直徑×高度=40 cm×35 cm），共種植24 盆，每盆插秧5蔸。于2013年3月26日催芽育苗，4月25日移栽秧苗，水肥栽培措施等參照常規(guī)大田管理。

1.3 稻糙米中金屬元素的測(cè)定方法

1.3.1 樣品前處理 必需金屬營(yíng)養(yǎng)元素鐵、鋅、鎂和鈣的測(cè)定參照杜銳方法[14]，稍作改進(jìn)，稻谷收獲后，人工去殼，得到稻糙米，于80℃烘干至恒重，稱干重，然后將干樣用瑪瑙研缽研碎，待測(cè)。取每個(gè)處理的粉碎干樣品0.100 g，放于50 mL 錐形瓶中，加入HNO3-HClO4（V︰V=4︰1）混合消化液10 mL，用封口膜封住瓶口，置通風(fēng)櫥柜中過(guò)夜，然后在調(diào)溫電爐上小火加熱微沸消化，反復(fù)添加幾次2 mL 濃硝酸進(jìn)一步消化，至消化液中有機(jī)物分解完全，溶液變?yōu)榍辶翞橹?。取下錐形瓶，待冷卻后加重蒸水2 mL，繼續(xù)加熱至冒白煙并蒸干，取下冷卻后用2%硝酸定容到25 mL，過(guò)濾溶液，過(guò)濾液待測(cè)。

1.3.2 必須金屬元素含量測(cè)定 以2%的硝酸為介質(zhì)，對(duì)Fe、Zn、Mg 和Ca 元素標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋。將這4種標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用2%硝酸配制成各為10.0 μg/mL 的混合標(biāo)準(zhǔn)母液，再將其混合液配制成2 倍、5 倍、10 倍的稀釋液，采用美國(guó)熱電公司XSP 全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀進(jìn)行測(cè)定，并依此繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線確定樣品中的礦質(zhì)元素含量。ICP 分析條件如下：射頻功率為1.15 kW，霧化氣壓力為130 MPa，工作電流為0.46 A，進(jìn)樣量1.5 mL/min，長(zhǎng)波積分時(shí)間5 s、短波積分時(shí)間10 s。

1.3.3 重金屬鎘離子的測(cè)定及鎘元素吸收系數(shù)計(jì)算土壤和稻糙米中的重金屬鎘離子的測(cè)定采用中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17141-1997，應(yīng)用石墨爐原子吸收分光光度法進(jìn)行測(cè)定。采用鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸全消解的方法進(jìn)行消解。將消解后的試液注入石墨爐中，經(jīng)過(guò)預(yù)先設(shè)定的干燥、灰化、原子化等升溫程序，在選擇的最佳測(cè)定條件下，通過(guò)背景扣除，測(cè)定試液中鎘的吸光度，并通過(guò)計(jì)算，得到鎘的含量。稻糙米重金屬鎘元素的吸收系數(shù)（Ac）的計(jì)算公式如下：Ac=C/S（式中：C 為稻糙米中鎘元素的單位重量；S 為土壤中鎘元素的單位重量）。

試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Excel 2003 和SPSSI 7.0 等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 腐殖酸和水旱輪作對(duì)稻糙米鎘含量及其吸收系數(shù)的影響

由圖1 可知，在稻田土種植的條件下，隨著腐殖酸含量依次增加，稻糙米中鎘含量卻依次下降；未進(jìn)行腐殖酸處理（空白對(duì)照）的稻糙米中鎘含量為0.685 mg/kg，當(dāng)腐殖酸量為10.0 g/m2時(shí)，稻糙米中鎘含量為0.411 mg/kg，比空白對(duì)照降低了40%。由圖2 可知，在菜田土種植的條件下，腐殖酸能降低稻糙米中鎘含量；未進(jìn)行腐殖酸處理（空白對(duì)照）的稻糙米中鎘含量為0.452 mg/kg，當(dāng)腐殖酸量為1.0 g/m2時(shí)，稻糙米中鎘含量最少，為0.385 mg/kg，比空白對(duì)照降低了14.8%。

圖1 腐殖酸對(duì)稻田土稻糙米鎘含量的影響

圖2 腐殖酸對(duì)菜田土稻糙米鎘含量的影響

由圖3 和圖4 可知，隨著腐殖酸量的濃度增加，稻糙米中鎘元素的吸收系數(shù)有所降低。在稻田土種植的情況下，未加腐殖酸處理的稻糙米鎘元素吸收系數(shù)為0.38；而在菜田土種植的情況下，未加腐殖酸處理的稻糙米鎘元素吸收系數(shù)僅為0.29。加入腐殖酸的處理，在稻田土種植的情況下，腐殖酸添加量為10.0 g/m2時(shí)，稻糙米中鎘元素吸收系數(shù)最低，為0.24；而在菜田土種植的情況下，腐殖酸添加量為1.0 g/m2時(shí)，稻糙米中鎘元素吸收系數(shù)最低，為0.25。由此可見，未加腐殖酸的處理，菜田土種植的稻糙米中鎘含量比稻田土種植的要低，即水旱輪作后有利于降低稻米對(duì)鎘元素的吸收，從而提高稻米的品質(zhì)。

2.2 腐殖酸和水旱輪作對(duì)稻糙米必需元素含量的影響

由表1 可知，在稻田土和菜田土種植情況下，添加腐殖酸處理的水稻，其稻糙米中必需元素Fe、Zn、Mg 和Ca 的含量均比未添加腐植酸處理的高，且差異顯著；兩種土壤種植，均以1.0 g/m2的腐殖酸添加量稻糙米Mg的含量最大，這說(shuō)明在土壤中添加1.0 g/m2的腐殖酸將有利于增強(qiáng)植株的光合作用。對(duì)比稻田土和菜田土種植可知，在等量腐殖酸處理時(shí)，菜田土種植的稻糙米中所含必需元素Fe、Zn、Mg 和Ca 的含量均高于稻田土種植的稻糙米。由此可見，腐殖酸和水旱輪作都有利于提高水稻稻糙米必需元素Fe、Zn、Mg 和Ca 的含量，從而改善稻糙米的品質(zhì)。

圖3 腐殖酸對(duì)稻田土稻糙米鎘元素吸收系數(shù)的影響

圖4 腐殖酸對(duì)菜田土稻糙米鎘元素吸收系數(shù)的影響

表1 腐殖酸對(duì)稻田土和菜田土種植的稻糙米必需元素的影響

3 結(jié)論與討論

李焱等[15]在對(duì)黑麥草的研究中指出，在土壤中施用腐殖酸肥料能明顯提高黑麥草的生物產(chǎn)量和光合色素含量；鄭平[16]等的研究表明，在營(yíng)養(yǎng)液中添加腐殖酸可明顯增加黑麥草的葉綠素含量。Rauthan 等[17]的研究證明，在土壤或營(yíng)養(yǎng)液中加入黃腐酸或胡敏酸，能促進(jìn)黃瓜對(duì)N、P、K、Ca、Mg、Cu、Zn、Fe 等元素的吸收；王晶等的研究表明，腐殖酸因帶含氧負(fù)電荷，對(duì)土壤重金屬離子可起到顯著的絡(luò)合吸附作用，可有效地阻止重金屬Cd 離子進(jìn)入植株中，減輕重金屬離子對(duì)作物的毒害。

試驗(yàn)結(jié)果表明，腐殖酸在提高稻糙米品質(zhì)方面作用顯著，在稻田土和菜田土中分別添加10.0 和1.0 g/m2腐殖酸時(shí)，稻糙米中鎘含量分別為0.411 和0.385 mg/kg，比空白對(duì)照降低了40%和14.8%，稻糙米中鎘元素的吸收系數(shù)分別為0.24 和0.25。試驗(yàn)結(jié)果還表明，植物對(duì)必需元素的吸收受腐殖酸的影響，表現(xiàn)為添加腐殖酸處理的水稻，其稻糙米中必需元素Fe、Zn、Mg 和Ca 的含量均比未添加腐植酸處理的高，且差異顯著；尤其是當(dāng)腐殖酸添加量為1.0 g/m2時(shí)，稻糙米中Mg 含量增加了50.42～72.60 mg/kg，Mg 是葉綠素組成成分，這也能間接說(shuō)明施用腐殖酸能提高植株的光合能力，從而改善稻糙米的品質(zhì)。這些研究結(jié)果與上述前人的研究結(jié)果相符。

在添加等量的腐殖酸時(shí)，菜田土種植的稻糙米中鎘含量要明顯低于稻田土種植的稻糙米，而菜田土稻糙米中的必需元素Fe、Zn、Mg 和Ca 等含量都高于稻田種植的。這說(shuō)明水旱輪作對(duì)于稻糙米品質(zhì)的提高也有著重要影響。

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