曹丹 白耀博 李文紅

摘要 [目的]研究不同秸稈還田對小麥生長及重金屬吸收積累的影響。[方法]通過不同花生、水稻、玉米秸稈還田田間試驗，對小麥農(nóng)藝性狀及Cd、As含量進行測定與分析。[結(jié)果]3種處理不同程度地提高小麥葉面積指數(shù)（LAI）和小麥株高，顯著提高了小麥產(chǎn)量，以花生秸稈增產(chǎn)效果最顯著，達11.06%;花生秸稈處理可以顯著降低小麥根、莖稈、籽實對Cd的吸收，卻促進了As的吸收;水稻秸稈處理對小麥吸收Cd的影響不顯著，可降低莖稈、籽實對As的吸收;玉米處理可控制小麥對Cd、As的吸收。[結(jié)論]該研究為農(nóng)藝措施調(diào)控Cd、As污染提供理論依據(jù)。

關鍵詞 秸稈還田;小麥生長;重金屬;吸收;積累

中圖分類號 S141.4;S512.1文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）19-0093-03doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.19.027

Abstract [Objective]The research aimed to study the effects of different straw returning on wheat growth and heavy metal absorption and accumulation. [Method] Field experiments were conducted to measure and analyze the agronomic traits and Cd and As contents in wheat.[Result] Compare with the conventional treatment， the three different straw returning treatments increased wheat LAI and wheat plant height to a certain extent， and the yield of wheat straw was significantly increased， especially peanut straw production， reaching 11.06%. Peanut straw treatment could significantly reduce Cd absorption of wheat roots， stems and seeds， but promote the absorption of As. Rice straw treatment had no significant effect on wheat uptake of Cd， but reduce the absorption of stem and seeds on As. Maize straw returning treatment could control the absorption of Cd and As by wheat.[Conclusion] The study provides the theoretical basis for agronomic measures to regulate Cd and As pollution.

Key words Straw returning;Wheat growth;Heavy metal;Absorption;Accumulation

土壤重金屬污染已經(jīng)對生態(tài)系統(tǒng)、糧食安全及人體健康產(chǎn)生了巨大的潛在危害，成為當今全世界共同關注的重大環(huán)境問題。我國秸稈資源豐富，還田的秸稈在水分、溫度等條件適宜情況下，可以被土壤微生物分解，從而產(chǎn)生有機質(zhì)、氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì)和微量元素，降低土壤容重，增加土壤孔隙度，形成團粒結(jié)構(gòu)，改善耕地的物理性狀，提高土壤對水、氣、熱的調(diào)控能力，從而培肥地力[1-4]。國內(nèi)學者在秸稈還田改良土壤鹽漬化[5]、秸稈與化肥、有機肥配施改良土壤特性等方面都有不少研究[6-7]。秸稈還田既可以消除環(huán)境污染的影響，同時又可以解決秸稈無害化處置的普遍難題，促進綠色循環(huán)農(nóng)業(yè)及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。筆者結(jié)合徐州地區(qū)麥田土壤和小麥重金屬污染特征分析及小麥對重金屬富集的品種間差異和潛在健康風險評價，選擇重金屬積累能力相對較高的小麥品種及3種常見輪作秸稈花生、水稻、玉米秸稈為對象，研究不同秸稈還田對小麥生長及重金屬鎘、砷吸收積累的影響，以期指導小麥農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地點為江蘇省徐州市徐州生物工程學院試驗田（117°07′E，34°15′N），屬于暖溫帶季風氣候區(qū)，年均降水量800～930 mm，雨季降水量占全年的56%，年均無霜期200～220 d，年日照時數(shù)為2 284～2 495 h，日照率52%～57%，年平均氣溫14.2 ℃。

田間試驗于2017年10月—2018年6月進行，前茬作物為大豆，該地土壤為潮黃土，質(zhì)地為砂壤土，0～20 cm耕層土壤pH為7.88，土壤有機質(zhì)含量為16.8 g/kg，堿解氮80.9 mg/kg，速效磷22.4 mg/kg，速效鉀96.7 mg/kg，土壤 CaCl2 提取態(tài)鎘、砷含量分別為0.33和20.18 mg/kg。

1.2 供試材料

1.2.1 供試小麥。徐麥33。

1.2.2 供試秸稈。該研究采用常規(guī)的小麥輪作作物秸稈花生秸稈、水稻秸稈和玉米秸稈為試驗材料（表1），常規(guī)化肥選取尿素和復合肥。

1.3 試驗設計

試驗共設8個處理，每個小區(qū)面積為30 m2，3次重復。以小麥常規(guī)施肥方式為對照（CK），耙地前撒施尿素450 kg/hm2、磷酸二銨300 kg/hm2，辛硫磷7.5 kg/hm2作為基肥，小麥分蘗期追施尿素250 kg/hm2;秸稈粉碎后于條播溝施于麥田，不同花生、水稻、玉米秸稈以6 000 kg/hm2直接還田，秸稈還田試驗方案設計如表2所示。

1.4 樣品采集與分析

1.4.1 土壤樣品的采集與測定。

采用對角線采樣法采集混合均勻代表性土樣四分法保留 1.0 kg 濕土帶回實驗室，自然風干后，磨細過篩（20目，100 目）后裝瓶備用。土壤中 Cd 采用王水-高氯酸消化，原子吸收分光光度法測定[8];土壤中As含量測定采用二乙基二硫代氨基甲酸銀分光光度法[9]。

1.4.2 小麥農(nóng)藝性狀觀察與測定。

在返青期、拔節(jié)期、抽穗期分別選取生長均勻、具有代表性的10個單株，剪下10株上全部綠葉，選取其中有代表性綠葉30張作為小樣，分別測定其長度和寬度，然后烘干，計算單株葉面積[10-12]。收獲前每小區(qū)計數(shù)1 m2穗數(shù)，在1 m2范圍內(nèi)取10穗，測定每穗粒數(shù)。每小區(qū)實收計產(chǎn)，小麥曬干至籽粒含水量為13%時稱質(zhì)量計產(chǎn)，并測定千粒種子質(zhì)量，重復3次。

1.4.3 小麥樣品采集及 Cd、As 含量測定。

小麥成熟期隨機在每個小區(qū)內(nèi)選取5穴小麥樣品，按照根系、秸稈、籽粒分離后，先用自來水沖洗干凈，再用去離子水沖洗2遍，裝袋放至烘箱，先在105 ℃殺青15～20 min，再在 70～80 ℃下烘干至恒重（48 h），然后磨碎、過篩（40目）處理測定小麥根系、秸稈、籽粒中 Cd、As含量。

1.5 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)統(tǒng)計均采用 Excel 2016，數(shù)據(jù)處理采用SPSS 13.0 中 LSD 方法進行差異顯著性檢驗（P<0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同秸稈還田對小麥生長發(fā)育的影響

2.1.1 對小麥葉面積和株高的影響。

由表3可知，不同秸稈還田處理對不同生育期的小麥葉面積指數(shù)（LAI）影響不同，HS處理在分蘗期、越冬期和拔節(jié)期小麥的LAI顯著高于SD、YM和CK，而SD、YM處理的小麥在分蘗期和越冬期的LAI與CK無差異，但在拔節(jié)期顯著高高于CK，二者之間均無差異;到抽穗期和成熟期，HS、SD、YM處理的小麥LAI指數(shù)均顯著高于CK，三者之間無顯著差異。

一般認為，在灌漿期以前，小麥的株高應該是小麥基部（即分蘗節(jié)處）至頂端葉尖的長度，株高顯示了小麥的生長狀況，HS處理小麥的株高顯著高于CK，但與SD、YM處理小麥株高差異不顯著;SD、YM處理小麥株高于CK，但差異不顯著。

2.1.2 對小麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素的影響。

由表4可知，不同秸稈還田處理的小麥產(chǎn)量均顯著高于CK，其中HS處理的小麥產(chǎn)量最高，比對照提高11.06%，SD和YM處理小麥產(chǎn)量也分別提高4.67%和6.82%，達顯著水平。從產(chǎn)量構(gòu)成的三因素分析，3種處理的有效穗數(shù)顯著高于CK，其中HS的有效穗數(shù)最多;而對于每穗粒數(shù)而言，CK處理顯著高于HS處理，HS、SD、YM這3種處理之間差異不顯著，各處理之間的小麥千粒重雖有差異但均未達顯著水平，說明小麥的增產(chǎn)主要受有效穗數(shù)增加的影響。

2.2 不同秸稈還田對小麥吸收重金屬的影響

2.2.1 對小麥Cd吸收累積的影響。小麥成熟期隨機采集小麥樣品，進行小麥根、莖稈及小麥籽實中重金屬Cd含量分析，從圖1可以看出，HS、YM處理小麥的根、莖稈、籽實中重金屬Cd含量均小于CK、SD處理，達顯著水平，而SD與CK處理間根、莖稈、籽實中重金屬Cd含量差異不顯著，小麥不同部位吸收重金屬Cd含量從大到小依次為根、莖稈、籽實。

2.2.2 對小麥As吸收累積的影響。

小麥在其生長過程中吸收各種養(yǎng)分維持生長的同時也會主動或被動地吸收各種重金屬元素，而砷不是其必需元素，當吸收的砷達到或超過其耐性閾值時，就會對小麥的生長發(fā)育產(chǎn)生毒害作用。研究表明（表5），HS處理小麥根中As的含量顯著高于其他3個處理，SD、YM處理有降低小麥根吸收As的趨勢，但與CK差異未達顯著水平;HS處理的小麥莖稈和小麥籽實中As含量顯著高于其他2種處理和CK，而SD、YM處理的小麥莖稈和籽實中As含量顯著低于CK，2種處理之間差異不顯著。小麥不同部位吸收重金屬As含量從大到小依次為根、莖稈、籽實。

小麥根系和莖稈中砷、鎘含量遠高于籽粒中砷、鎘的含量。這與史高玲等[13]的研究一致，根系和莖稈是保證籽粒砷、鎘含量較低的兩道關鍵壁壘[14]。研究砷、鎘在莖稈-籽粒中的遷移規(guī)律可以為減少小麥籽粒砷、鎘的積累提供可靠的理論依據(jù)。

3 結(jié)論

不同花生、水稻、玉米秸稈還田對小麥生長及Cd、As吸收影響不同。3種處理不同程度地提高小麥LAI和小麥株高，顯著提高了小麥產(chǎn)量，以HS秸稈增產(chǎn)效果最顯著，達11.06%;不同處理下小麥各部分吸收Cd、As從大到小均依次為根、莖稈、籽實，而小麥莖稈中As含量與籽實中有顯著的相關性;HS處理可以顯著降低小麥根、莖稈、籽實對Cd的吸收，卻促進了As的吸收;SD處理對小麥吸收Cd的影響不顯著，可降低莖稈、籽實對As的吸收;YM處理能有效控制小麥對Cd、As的吸收。

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