陳哲明，羅　宇，劉明月，曹　樑，熊興耀，2*，胡新喜*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心/湖南省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

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栽培模式對(duì)馬鈴薯植株鎘積累和產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

陳哲明1，羅宇1，劉明月1，曹樑1，熊興耀1，2*，胡新喜1*

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)南方糧油作物協(xié)同創(chuàng)新中心/湖南省馬鈴薯工程技術(shù)研究中心，湖南 長(zhǎng)沙 410128；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所，北京 100081）

摘 要：以馬鈴薯費(fèi)烏瑞它為材料，設(shè)水稻?馬鈴薯輪作氮零栽培模式（RP–N0）、水稻?馬鈴薯輪作傳統(tǒng)栽培模式（RP–T）、水稻?馬鈴薯輪作高產(chǎn)栽培模式（RP–H）、水稻–馬鈴薯輪作超高產(chǎn)栽培模式（RP–SH）、玉米–馬鈴薯輪作高產(chǎn)栽培模式（MP–H） 5個(gè)處理，研究了不同栽培模式對(duì)馬鈴薯植株鎘積累和產(chǎn)量以及品質(zhì)的影響。結(jié)果表明，同一處理不同時(shí)期馬鈴薯植株葉片的鎘含量4.23～5.52 mg/kg，莖的鎘含量4.85～5.02 mg/kg，顯著高于塊莖的鎘含量（0.34～0.39 mg/kg）；馬鈴薯莖葉的鎘生物富集系數(shù)為10.15～13.25，顯著高于塊莖生物富集系數(shù)的（0.82～0.92）；不同栽培模式的馬鈴薯產(chǎn)量和商品薯率以RP–N0處理的最低，為11.12 t/hm2和71％，顯著低于其他4個(gè)處理的產(chǎn)量及商品薯率，以MP–H處理的產(chǎn)量最高，達(dá)42.07 t/hm2，淀粉含量以RP–N0最高（11.55 g/（100 g））；馬鈴薯塊莖的鎘含量與土壤pH呈負(fù)相關(guān)（r= –0.65），塊莖的鎘生物富集指數(shù)與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)（r= –0.81）。

關(guān) 鍵 詞：馬鈴薯；栽培模式；鎘；積累；產(chǎn)量；品質(zhì)

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鎘污染被列為五大有毒重金屬污染之首［1］。植物對(duì)鎘的吸收受到多種因素的影響，這些因素可影響鎘的可溶性以及植物對(duì)鎘的吸收和在器官中的分配。鎘污染不僅會(huì)阻礙農(nóng)作物生長(zhǎng)，而且會(huì)導(dǎo)致農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量超標(biāo)，品質(zhì)降低，影響到消費(fèi)者的健康以及農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)銷(xiāo)售［2–4］。

馬鈴薯是世界第4大糧食作物。中國(guó)是馬鈴薯第1生產(chǎn)大國(guó)，播種面積和產(chǎn)量均居世界首位［5］。馬鈴薯有望逐漸成為水稻、小麥、玉米之后的中國(guó)第4大主糧作物。在不與作物爭(zhēng)地的前提下，南方冬閑田將是中國(guó)馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略發(fā)展的主戰(zhàn)場(chǎng)。

目前，有關(guān)鎘對(duì)水稻生長(zhǎng)及品質(zhì)影響的報(bào)道較多，但鎘污染稻田冬作馬鈴薯植株鎘積累的研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以馬鈴薯費(fèi)品種烏瑞它為試材，研究不同栽培模式下南方稻田冬作馬鈴薯植株和塊莖的鎘積累，為冬閑稻田馬鈴薯的安全生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地在湖南省醴陵市白兔潭鎮(zhèn)氽溪村（N27°48′0.71″，E113°40′6.60″），試驗(yàn)田為水稻田，污染土壤中Cd 含量為0.48 mg/kg，超出了農(nóng)田土壤中重金屬Cd含量的國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)［6］（0.3 mg/kg，pH值＜7.5）。2013年，試驗(yàn)前耕層土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分性狀為：有機(jī)質(zhì)含量36.9 g/kg，全氮含量1.89 g/kg，全磷含量1.03 g/kg，全鉀含量16.6 g/kg，堿解氮含量131 mg/kg，有效磷含量32.8 mg/kg，速效鉀含量138 mg/kg，pH為5.4。

2 材料與方法

2.1 材料

供試馬鈴薯品種為費(fèi)烏瑞它。

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2013—2014年進(jìn)行。設(shè)5個(gè)處理：水稻–馬鈴薯輪作傳統(tǒng)栽培模式（RP–N0）、水稻–馬鈴薯輪作傳統(tǒng)栽培模式（RP–T）、水稻–馬鈴薯輪作高產(chǎn)栽培模式（RP–H）、水稻–馬鈴薯輪作超高產(chǎn)栽培模式（RP–SH）、玉米–馬鈴薯輪作高產(chǎn)栽培模式（MP–H）。每個(gè)處理重復(fù)3次。采用完全隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積100 m2。采用單壟雙行種植，寬窄行距分別為80 cm、40 cm，株距為18 cm或20 cm。各處理的株距、密度以及肥料用量見(jiàn)表1。PR輪作于2013年6月15日移栽水稻，10月15日收獲，PM輪作于2013年7月5日播種玉米，11月15收獲，2013年12月26日播種馬鈴薯。各處理的肥料作基肥一次性施入。復(fù)合肥為養(yǎng)分含量為45％的硫酸鉀型復(fù)合肥。播種后覆蓋地膜，種薯出苗后，人工破膜讓幼苗長(zhǎng)出地面，栽培管理措施按文獻(xiàn)［7］的方法進(jìn)行。

表1　試驗(yàn)設(shè)計(jì)表Table 1 The experimental design

2.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

1） 植株鎘含量及鎘積累量的測(cè)定。在馬鈴薯塊莖形成期、塊莖膨大期和收獲期，隨機(jī)抽取各處理小區(qū)10株馬鈴薯，分莖、葉、塊莖3部分，殺青，65 ℃烘干至恒重，備用。參照黃冬芬等方法［7］測(cè)定各器官中的Cd含量（mg/kg）。各器官鎘積累量=器官鎘含量與相應(yīng)器官干質(zhì)量的乘積。鎘積累量為各個(gè)器官鎘積累量之和再換算成單位面積土壤鎘積累量（mg/m2）。

2） 土壤pH和鎘含量（mg/kg）測(cè)定。于馬鈴薯收獲后，采用5點(diǎn)取樣法，取0～20 cm田間根際土壤，自然陰干，磨碎，過(guò)孔徑為0.15 mm的篩，裝袋，備用。樣品送往湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院測(cè)定。

3）產(chǎn)量的測(cè)定。每小區(qū)取2壟收獲測(cè)產(chǎn)，折合成每hm2產(chǎn)量。

4）品質(zhì)的測(cè)定。商品薯率為商品薯占產(chǎn)量的比率（單個(gè)質(zhì)量＜50 g的為非商品薯，單個(gè)質(zhì)量≥50 g的為商品薯）。淀粉含量（g/（100 g））為100 g馬鈴薯中淀粉的含量。由湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院測(cè)定。

鎘生物富集系數(shù)為植株鎘含量與土壤鎘含量的比值［8］。

2.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)采用Excel 2003 進(jìn)行整理；運(yùn)用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行方差分析。

3 結(jié)果與分析

3.1 鎘在植株各器官的分配

由表2可知，不同時(shí)期和不同器官鎘含量差異顯著。塊莖形成期馬鈴薯莖和葉片的鎘含量分別為5.06、4.23 mg/kg；塊莖膨大期葉片的鎘含量增加，為 5.52 mg/kg，莖的鎘含量則小幅下降，為 4.85 mg/kg，塊莖的鎘含量?jī)H為0.34 mg/kg，顯著低于莖和葉的鎘含量；成熟期塊莖中鎘的含量為 0.39 mg/kg，比膨大期小幅增加。不同時(shí)期和不同器官的鎘生物富集系數(shù)（BCF）與鎘含量呈相同的趨勢(shì)，葉片和莖的BCF 10.15～13.25，膨大期葉片的BCF最大，為13.25，其次為形成期的。膨大期和成熟期塊莖的BCF分別為0.82和0.92，顯著低于葉片和莖的 BCF。各器官的鎘積累量隨生育期進(jìn)程呈上升趨勢(shì)，膨大期各器官的積累量顯著高于形成期，收獲期塊莖的鎘積累量顯著高于膨大期的鎘積累量。

表2　不同時(shí)期馬鈴薯植株器官的鎘含量和鎘生物富集指數(shù)及單位面積土壤鎘積累量Table 2 The cadmium concentrations and bioconcentration factors（BCF） and cadmium accumulation per unit areaof potato plants in different growth periods

3.2 不同栽培模式對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

從表3中可以看出，RP–N0處理的產(chǎn)量最低，為11.12 t/hm2，同為水稻–馬鈴薯輪作（RP），RP–SH產(chǎn)量最高，為44.04 t/hm2，其次為RP–H，各處理間差異顯著，且產(chǎn)量隨種植密度增加呈上升趨勢(shì)；同為高產(chǎn)栽培模式，MP–H的產(chǎn)量為42.07 t/hm2，比RP–H增產(chǎn)18.56％；除RP–N0外，各處理的商品薯率在90.85％～91.57％，顯著高于RP–N0處理。淀粉含量最高是RP–N0處理，為12.55％，最低為RP–H處理，為11.20％。

表3　不同栽培模式下馬鈴薯的產(chǎn)量和品質(zhì)Table 3 The total tuber yields and quality of different cultivation patterns

3.3 不同栽培模式對(duì)馬鈴薯塊莖鎘積累的影響

從表4中可以看出，各處理根際土壤鎘濃度在0.397～0.52 mg/kg，均超過(guò)了鎘污染國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，pH值在4.27～5.7，同為RP輪作，pH隨各處理的施氮水平提高而降低，增施廄肥（RP–SH）并沒(méi)有提高土壤的pH；玉米馬鈴薯輪作的MP–H土壤pH高于RP–H，可能是前作玉米提高了土壤pH；各處理塊莖鎘的含量為0.239～0.386 mg/kg，但是塊莖鎘含量與土壤鎘的含量并不成正比，MP–H土壤鎘含量最高為0.52 mg/kg，而其塊莖中的鎘含量最低，為0.239 mg/kg，低于水稻–馬鈴薯輪作的各處理；塊莖鎘含量與土壤pH呈負(fù)相關(guān)（r=–0.65），塊莖鎘生物富集系數(shù)與土壤pH呈顯著負(fù)相關(guān)（r=–0.81*）。各處理塊莖鎘積累量在0.057～0.213 mg/m2，塊莖的鎘積累量與產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)（r=0.88**），RP–SH積累量最高，RP–N0積累量最低，MP–H產(chǎn)量高于RP–H，但由于 MP–H塊莖鎘含量較低，其鎘積累量稍低于RP–H。

表4　不同栽培模式下土壤及馬鈴薯塊莖的鎘含量Table 4 Cadmium accumulation in soil and tubers of different cultivation patterns

4 結(jié)論與討論

Chen等［9］采用盆栽試驗(yàn)的研究結(jié)果表明，馬鈴薯葉片、莖、根的鎘含量，以葉片最高，其次為莖和根，塊莖中的Cd含量最低，這是由于Cd隨著植株的蒸騰作用被動(dòng)向上運(yùn)輸并貯藏在植株地上部。本研究結(jié)果表明，葉片的鎘含量為4.23～5.52 mg/kg，莖的鎘含量為4.85～5.02 mg/kg，顯著高于塊莖的鎘含量（0.34～0.39 mg/kg），葉片與莖的鎘生物富集系數(shù)為10.05～13.12，而塊莖的生物富集系數(shù)為0.81～0.92，這與Chen等［9］、Dunbar等［10］和 Reid等［11］的研究結(jié)果一致。成熟期塊莖的鎘含量與土壤中鎘的含量有一定的關(guān)系，但并不成正比，與土壤pH呈負(fù)相關(guān)，塊莖鎘生物富集系數(shù)與土壤pH值呈顯著負(fù)相關(guān)（r= –0.81*），MP–H土壤鎘含量最高，但塊莖鎘含量最低，可能是由于其前作為玉米，土壤pH值較高和土壤水分含量較低所導(dǎo)致。由于施肥降低了土壤pH，鎘在酸性條件下更容易被植株吸收，因此施氮一定程度上促進(jìn)了鎘的積累。此外，馬鈴薯塊莖鎘含量之所以較低，是因?yàn)樵谥仓晟L(zhǎng)近一個(gè)月時(shí)塊莖才開(kāi)始形成，其生長(zhǎng)時(shí)間較短。Dunbar［10］等研究表明，不同品種塊莖的鎘含量不一樣，本研究采用的品種為早熟品種費(fèi)烏瑞它，生育期短，鎘積累的時(shí)間短。不同品種馬鈴薯間由于生育期時(shí)間長(zhǎng)短不同，對(duì)鎘的吸收和積累也不同。此外，適量的添加土壤修復(fù)劑也能在一定程度上降低植株對(duì)土壤中鎘的吸收，因此，篩選鎘低積累的馬鈴薯品種及降低農(nóng)田中鎘含量措施是下一步的研究方向。

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責(zé)任編輯：尹小紅

英文編輯：梁 和

Effects of different cultivation patterns on cadmium accumulation in plants and tuber yield and quality

Chen Zheming1，Luo Yu1，Liu Mingyue1，Cao Liang1，Xiong Xingyao1，2*，Hu Xinxi1*
（1.Southern Regional Collaborative Innovation Center for Grain and Oil Crops in China / Hunan Provincial Engineering Research Center for Potatoes， Hunan Agricultural University， Changsha 410128， China； 2.The Institute of Vegetables and Flowers， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081， China）

Abstract：Effects of different cultivation patterns on cadmium accumulation in plant， tuber yield and quality were studied in this paper. Potato cultivar ‘Favorita’ was planted in five cultivation patterns including none Nitrogen pattenm. traditional pattern， high yield pattern and super high yield pattern in potato-rice rotation systems and high yield pattern in potato-maize rotation systems. The cadmium concentrations of leaves and stems were between 4.23 to 5.52 and 4.85–5.02 mg/kg respectively， exhibiting significantly higher than those of tubers （0.34–0.39 mg/kg）. Bioconcentration factors（BCF） of Cd in stems and leaves were between 10.15 to 13.25， exhibiting significantly higher than those of tubers （0.82–0.92）. The total yield and marketable tuber rate of RP–N0 pattern showed the lowest values， with 11.12 ton per hectare and 71 percent respectively， exhibiting significantly lower than those of other patterns. The total yield of MP–H pattern was the highest， with 42.07 ton per hectare. The dry matter and starch content of RP–N0 pattern showed the highest values， with 19.02 and 11.55 percent respectively. The total tuber yields and pH of cultivated soils differed in different cultivation patterns. The cadmium concentrations of tubers of different cultivation patterns showed a negative correlation with pH of the cultivated soils （r= –0.65）. BCF of Cd in tuber exhibited significant positive correlations with pH of the cultivated soils（r= –0.88）.

Keywords:potato； cultivation patterns； cadmium； accumulation； yield； quality

中圖分類(lèi)號(hào)：S532.01

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1007?1032（2016）03?0238?06

收稿日期：2015–12–02 修回日期：2016–04–11

基金項(xiàng)目：國(guó)家公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201203096）；國(guó)家馬鈴薯產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（CARS–10–P19）；湖南省鎘低積累農(nóng)作物品種篩選與選育項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介：陳哲明（1990—），男，湖南寧鄉(xiāng)人，碩士研究生，主要從事馬鈴薯栽培生理研究，626387900@qq.com；*通信作者，熊興耀，博士，教授，主要從事蔬菜栽培生理生態(tài)研究，xiongxingyao@caas.cn；*通信作者，胡新喜，博士，教授，主要從事蔬菜栽培生理生態(tài)研究，huxinxi163@163.com