張文萍，管嘯，鐘誠，易宇，肖衛(wèi)華，易達(dá)理，楊良玖，吳根義

（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128；2.湖南省水利工程管理局，長(zhǎng)沙 410007；3.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128）

鎘（Cd）是威脅我國(guó)糧食安全的重要污染物。水稻是我國(guó)重要糧食作物之一，其根系可對(duì)土壤鎘進(jìn)行活化與吸收，木質(zhì)部和節(jié)間韌皮部可將鎘輸送到籽粒，從而使鎘通過食物鏈進(jìn)入人體危害人類健康。大部分微量元素（氮、磷等）通過參與根系酶類合成及活性表達(dá)、電子傳遞受體等方式調(diào)節(jié)光合作用，影響水稻各部位鎘的吸收與累積。氧、磷的微小變化將帶來水稻葉片光合特性等生理特性的大幅改變，進(jìn)而影響水稻體內(nèi)鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)等特征，因此通過氧、磷調(diào)控措施影響水稻生理生長(zhǎng)特性，降低水稻成熟期各部位，尤其是籽粒鎘的吸收與累積已成為我國(guó)亟需解決的糧食安全生產(chǎn)問題。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就施磷、灌溉方式等單因素對(duì)水稻鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)及累積的影響開展的大量研究表明，磷對(duì)水稻體內(nèi)鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)和累積存在促進(jìn)或抑制作用，鎘脅迫下水培營(yíng)養(yǎng)液磷濃度的提高會(huì)促進(jìn)水稻根系對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)，增加鎘在水稻地上部的累積，施用鈣鎂磷肥、磷饑餓均能顯著降低水稻各部位鎘含量。干濕交替灌溉方式下更多根表鐵膜形成，同時(shí)鎘由土壤液相向土壤固相轉(zhuǎn)移，這些均有助于抑制水稻根系對(duì)土壤鎘的吸收。持續(xù)淹水灌溉方式下，通過蛋白基因和的敲除，顯著降低了水稻對(duì)鎘的吸收與積累，關(guān)鍵生育期持續(xù)淹水使水稻土壤有效態(tài)鎘含量和水稻籽粒鎘含量顯著下降，其中根部和籽粒鎘含量表現(xiàn)為干旱＞干濕交替＞持續(xù)淹水。氧分管理通過調(diào)節(jié)水稻各生育期蛋白基因表達(dá)與根細(xì)胞壁中果膠合成方式，增加根對(duì)鎘的保留能力，減少地上部鎘積累，外加鐵條件下充氧處理根部鎘的累積量低于缺氧處理，而地上部鎘的累積量無顯著差異。受土壤養(yǎng)分、氧含量影響，水稻葉片光合特性指標(biāo)與水稻鎘吸收關(guān)系密切。合理施磷能促進(jìn)作物根系生長(zhǎng)，磷參與水稻光合磷酸化產(chǎn)生的大量三磷酸腺苷（ATP）能增強(qiáng)水稻碳水化合物的合成運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而提高水稻籽粒干生物量。缺磷或過度施磷將導(dǎo)致水稻生育后期根系活性降低、光合速率下降、劍葉衰老，加快光合生理指標(biāo)衰退，加速根系衰老，嚴(yán)重抑制水稻生長(zhǎng)。根際增氧可提高水稻凈光合能力，增加光合產(chǎn)物積累，影響水稻根系形態(tài)和結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致水稻籽粒鎘含量增加，使各部位干質(zhì)量比發(fā)生變化。水稻鎘吸收及葉片光合特性對(duì)施磷、根際增氧的響應(yīng)具有復(fù)雜性，施磷或增氧影響水稻光合作用，導(dǎo)致水稻各部位鎘含量發(fā)生改變，可能是造成水稻各部位鎘含量差異顯著的重要原因，但對(duì)于氧磷互作調(diào)控水稻鎘的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)與分配的機(jī)理還缺乏系統(tǒng)而深入的研究。本研究以雜交稻為研究對(duì)象，采用增氧方式對(duì)水稻進(jìn)行施磷調(diào)控，分析水稻各生育期葉片光合特性與水稻成熟期鎘吸收特征的變化規(guī)律，明確水稻葉片光合特性對(duì)氧磷互作的響應(yīng)機(jī)制，為南方丘陵地區(qū)調(diào)控水稻鎘吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的理論創(chuàng)新與技術(shù)集成提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)土壤與肥料實(shí)驗(yàn)中心站玻璃溫室內(nèi)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)站所處地理位置屬于亞熱帶季風(fēng)性氣候區(qū)，四季分明，年均氣溫17.60℃，年均無霜期280.50 d，年均降雨量1 403.53 mm，年總降雨158.90 d，月均降雨量116.96 mm，月總降雨13.24 d，平均氣壓101.22 kPa，相對(duì)濕度80%。

1.2 供試材料

水稻品種為雜交稻“C兩優(yōu)608”，其全生育期150 d，耐肥性中等。供試土壤為第四紀(jì)發(fā)育紅黃泥，土壤質(zhì)地為黏土，土壤肥力中等，采自湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)耘園基地水稻試驗(yàn)田，土樣經(jīng)風(fēng)干、打碎、過0.5 mm篩后備用。土壤基本理化性質(zhì)見表1。

表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 The major chemical characteristics of the experimental soil

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用雙因素交互試驗(yàn)設(shè)計(jì)，①灌溉方式：不增氧灌溉（NI）和增氧灌溉（OI）處理2種；②土壤施磷（PO）水平：不施磷（P）和施磷0.18（P）、0.36（P）、0.54 g·kg（P）4種。共設(shè)8個(gè)處理，每個(gè)處理設(shè)12個(gè)重復(fù)，共96盆。根據(jù)已有試驗(yàn)結(jié)果，本試驗(yàn)水分管理方式為拔節(jié)期、灌漿期均保持1～3 cm淺水層，抽穗期土壤含水量保持田間持水率（42.93%）的70%～100%，成熟期水分自然落干。裝土過程中采用螺旋方式預(yù)埋自制增氧灌溉管路系統(tǒng)，采用加氣泵通過預(yù)埋的增氧灌溉管路系統(tǒng)向根際土壤輸送氧氣，每日8點(diǎn)和18點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)通氣3 min。

試驗(yàn)于2015年5月8日育秧，7月2日移栽，整個(gè)生育期為拔節(jié)期7月2日—8月15日、抽穗期8月16日—9月6日、灌漿期9月7日—9月30日，10月1日開始水分自然落干，10月18日水稻成熟收獲。試驗(yàn)用塑料桶底部直徑18 cm、上部直徑25 cm、盆深30 cm，每盆裝干土7.5 kg。每盆施肥量為氮肥[CO（NH）]2.29 g、鉀肥（KO）1.56 g，氮肥基肥、分蘗肥與穗肥比例為3∶3∶4，基肥于移栽前1天施用，分蘗肥于移栽后第7天施用，穗肥于倒4葉和倒2葉期分兩次等量施用，鉀肥分別于7月8日和8月17日分兩次等量施用。磷肥為過磷酸鈣（PO），于移栽前一次性施用。為便于分離水稻根系，將土與肥料攪拌均勻，用尼龍網(wǎng)袋裝好，一次性裝土至塑料桶，輕微振蕩，不壓實(shí)。

1.4 測(cè)試指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤肥力及土壤鎘含量的測(cè)定

土壤全氮采用濃HSO-HO消解-凱氏定氮法測(cè)定；全磷采用HClO-HSO法測(cè)定；全鉀采用NaOH熔融-火焰光度法測(cè)定；堿解氮采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷采用0.5 mol·LNaHCO浸提法測(cè)定；速效鉀采用NHOAc浸提-火焰光度法測(cè)定；土壤pH值采用奧力龍868型pH計(jì)測(cè)定；全鎘采用HF-HClO-HNO消解法測(cè)定。

1.4.2 水稻葉片光合特性測(cè)定

分別 于8月4日、8月25日、9月11日采 用LI-6400便攜式光合測(cè)定儀（LI-COR，Inc.USA），選擇晴朗無風(fēng)天氣（上午9：00—12：00），隨機(jī)選取相同部位完全展開的功能葉片（倒4葉）測(cè)定水稻拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期的凈光合速率（Pn）、氣孔導(dǎo)度（Gs）、蒸騰速率（Tr）。

1.4.3 水稻各部位鎘含量測(cè)定

水稻成熟后，于10月18日各取長(zhǎng)勢(shì)較為一致的代表性植株3盆，在24 h內(nèi)用連二亞硫酸鈉-檸檬酸鈉-碳酸氫鈉法（DCB法）提取水稻根表鐵錳膠膜（DCB）及其鎘。鐵錳膠膜提取后的水稻根系、秸稈和籽粒于70℃烘箱中烘干至質(zhì)量恒定，將烘干后的水稻各部位樣品稱干質(zhì)量，粉碎，置于塑料密封袋中保存?zhèn)溆?。水稻各部位樣品采用濃硝酸和高氯酸（?yōu)級(jí)純）聯(lián)合消解法消解，將提取液轉(zhuǎn)移到PE容量瓶，去離子水定容至50 mL，-5℃保存至分析結(jié)束，ICPOES（OPerkin Elmer Optima 2000 DV）測(cè)定水稻各部位鎘含量。

1.5 計(jì)算公式和數(shù)據(jù)分析

水稻各部位鎘累積量及累積分配百分比由以下公式計(jì)算：

水稻各部位鎘累積量（mg·株）=水稻各部位鎘含量（mg·kg）×10×各部位干生物量（g·株）

水稻總鎘累積量（，mg·株）=∑水稻各部位鎘累積量（mg·株）

水稻各部位累積分配百分比（%）=各部位鎘累積量/水稻總鎘累積量×100%

DCB、ROOT、STRAW、GRAIN分別代表鎘在鐵錳膠膜、根、秸稈和籽粒中的分配比例。

水稻各部位間轉(zhuǎn)運(yùn)能力以轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)（Translocation factor，TF）表示，即后一部位鎘累積量與前一部位鎘累積量的比值，如TF為水稻秸稈部鎘累積量與根部鎘累積量的比值。

采用逐步分析法建立多元線性回歸方程模型，模型如下：

式中：為因變量（水稻成熟期各部位鎘含量及轉(zhuǎn)移系數(shù)）；，，……，為自變量，其中、、為水稻拔節(jié)期Pn、Gs、Tr，、、為抽穗期Pn、Gs、Tr，、、為水稻灌漿期Pn、Gs、Tr；，，……，為多元線性回歸系數(shù)；為隨機(jī)誤差。

采用Microsoft Excel 2007和SPSS 22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理；采用Duncan's新復(fù)極差法進(jìn)行單因素方差分析；采用交互作用試驗(yàn)（IDT）進(jìn)行氧、磷交互效應(yīng)分析；分別用OriginPro 2016軟件、SPSS 22.0軟件進(jìn)行差異分析與層次聚類分析制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷和增氧對(duì)水稻葉片光合特性的影響

由表2～表4可知，無論增氧與否，抽穗期適當(dāng)水分脅迫，均降低了水稻Gs，抑制了其光合作用，導(dǎo)致水稻不同生育期間葉片光合特性產(chǎn)生差異。P～P處理時(shí)，不增氧處理下水稻Pn隨著水稻生育進(jìn)程推進(jìn)分別呈先增加后降低、先降低后增加、先降低后增加、逐漸降低的趨勢(shì)；Gs分別呈逐漸降低、先降低后增加、先降低后增加、逐漸增加的趨勢(shì)；Tr分別呈逐漸降低、先降低后增加、先降低后增加、先降低后增加的趨勢(shì)。增氧處理下水稻Pn分別呈先降低后增加、先降低后增加、逐漸降低、先降低后增加的趨勢(shì)；Gs、Tr均呈先降低后增加的趨勢(shì)。

表2 水稻各生育期凈光合速率及其方差分析（mmol·m-2·s-1）Table 2 Different analysis of net photosynthesis rate of rice（mmol·m-2·s-1）

表3 水稻各生育期氣孔導(dǎo)度及其方差分析（mmol·m-2·s-1）Table 3 Different analysis of stomatal conductance of rice（mmol·m-2·s-1）

表4 水稻各生育期蒸騰速率及其方差分析（mmol·m-2·s-1）Table 4 Different analysis of transpiration rate of rice（mmol·m-2·s-1）

施磷導(dǎo)致水稻生育早期葉片Pn、Gs下降，灌漿期Gs、Tr增加。由表2～表4可知，不增氧時(shí)，水稻拔節(jié)期、抽穗期Pn、Gs均隨施磷量增加呈先降低后增加的趨勢(shì)，施磷使水稻NIP～NIP處理拔節(jié)期、抽穗期Pn較NIP處 理 顯 著 降 低4.93%～16.02%、20.18%～39.41%，Gs顯 著 降 低28.46%～42.09%、4.74%～46.56%，施磷導(dǎo)致水稻拔節(jié)期、抽穗期不同處理間Pn、Gs產(chǎn)生極顯著差異（＜0.01）。同時(shí)，施磷使水稻抽穗期Tr顯著降低9.24%～35.09%，灌漿期Gs、Tr顯著增加21.14%～95.18%、13.40%～27.28%，水稻灌漿期Pn、Tr隨施磷量增加分別呈先降低后增加、逐漸增加的趨勢(shì)。抽穗期適當(dāng)水分脅迫，導(dǎo)致水稻Gs、Tr下降，而灌漿期復(fù)水產(chǎn)生補(bǔ)償效應(yīng)，Gs、Tr及胞間CO反應(yīng)增加，施磷是導(dǎo)致水稻灌漿期不同處理間Gs產(chǎn)生極顯著差異（＜0.01）的重要原因。增氧通過提高稻田溶氧量，加強(qiáng)水稻灌漿期光合能力，導(dǎo)致水稻灌漿期不同處理間Pn、Gs產(chǎn)生顯著差異（＜0.05）。由表2～表4可知，施磷量≤0.36 g·kg時(shí)，增氧處理下灌漿期Pn、Gs、Tr均高于不增氧處理。氧、磷互作導(dǎo)致水稻各生育期不同處理間Gs和抽穗期、灌漿期不同處理間Tr產(chǎn)生極顯著差異（＜0.01）。氧、磷互作下水稻抽穗期Pn、Gs與灌漿期Pn隨施磷量增加呈先降低后增加的趨勢(shì)，增氧時(shí)施磷使灌漿期Gs降低10.54%～20.09%。

2.2 施磷和增氧對(duì)水稻成熟期各部位鎘含量和轉(zhuǎn)移系數(shù)的影響

2.2.1 水稻成熟期各部位鎘含量和轉(zhuǎn)移系數(shù)差異分析

無論是否增氧，控制水稻鎘從秸稈部向籽粒的轉(zhuǎn)移均是緩解水稻鎘脅迫的重要策略，水稻成熟期鎘多集中于根部和秸稈部（68.18%～84.57%），15.43%～31.82%集中于籽粒。由圖1～圖3可知，不增氧時(shí)，施磷通過促進(jìn)水稻鎘從秸稈部向籽粒的轉(zhuǎn)移，影響水稻成熟期各部位鎘的吸收與分配。表現(xiàn)為不增氧時(shí)，施磷使TF增加25.63%～78.41%；施磷量為0.18 g·kg時(shí)，水稻成熟期籽粒鎘含量最低（0.25 mg·kg），其各部位鎘累積分配比例依次為根部（39.59%）＞秸稈部（30.68%）＞籽粒（23.63%）＞DCB（6.10%）。施磷對(duì)水稻成熟期不同處理間各部位鎘含量（除鐵錳膠膜外）及TF產(chǎn)生顯著影響。

圖1 不同處理下水稻成熟期各部位鎘含量的動(dòng)態(tài)變化Figure 1 Dynamic changes of Cd content in each part at maturity stage

圖3 不同處理下水稻成熟期器官內(nèi)鎘分配比例的動(dòng)態(tài)變化Figure 3 Dynamic changes of distribution percentage in rice at maturity stage

增氧在促進(jìn)水稻鎘由根部向秸稈部累積的同時(shí)，抑制了水稻鎘從秸稈部向籽粒的轉(zhuǎn)移，促使水稻各部位鎘重新分配。表現(xiàn)為增氧處理下水稻TF較不增氧處理低31.32%～45.65%；水稻秸稈部鎘累積分配比 例 表 現(xiàn) 為OI（33.68%～46.18%）＞NI（22.54%～36.44%），籽粒鎘累積分配比例表現(xiàn)為OI（15.43%～27.99%）＜NI（22.82%～31.82%）。增氧對(duì)水稻成熟期各部位鎘含量（除鐵錳膠膜外）和TF產(chǎn)生顯著影響。

氧、磷互作在促進(jìn)水稻鎘由根表向根部轉(zhuǎn)移的同時(shí)，提高了水稻鎘由秸稈部向籽粒的轉(zhuǎn)移能力，促使水稻各部位鎘含量增加及各部位鎘的重新分配。表現(xiàn)為增氧時(shí)，施磷使水稻根部、秸稈部、籽粒鎘含量和TF、TF較OIP處理高137.10%～380.14%、58.41%～104.01%、90.76%～191.88%、71.95%～341.30%、13.16%～42.89%；不外施磷肥情況下，OIP1處理水稻成熟期籽粒鎘含量最低（0.13 mg·kg），水稻各部位鎘累積分配比例依次為秸稈部（46.18%）＞根部（26.89%）＞籽粒（19.87%）＞DCB（7.06%）。氧、磷互作使水稻成熟期不同處理間各部位鎘含量、TF、TF產(chǎn)生顯著差異。

2.2.2 水稻成熟期鎘吸收指標(biāo)層次聚類分析

以水稻成熟期各部位鎘含量、累積分配比例及轉(zhuǎn)移系數(shù)為因素集，以{滿意，不滿意，非常不滿意}為判斷集，對(duì)水稻成熟期鎘吸收指標(biāo)進(jìn)行層次聚類分析及描述統(tǒng)計(jì)量計(jì)算。由圖4可見，當(dāng)距離為9～13時(shí)，各處 理 可 分 為 滿 意{OIP、OIP}，不 滿 意{NIP、NIP、OIP、NIP}，非常不滿意{OIP、NIP}3種類型。由表5可知，滿意類型{OIP、OIP}籽粒鎘含量均值最?。?.21 mg·kg），TF均值最大（1.87），TF均值最?。?.52），秸稈部鎘分配比例均值最大（45.87%）。說明OIP和OIP處理均可作為氧、磷互作抑制水稻成熟期鎘吸收的理論滿意方案。其中OIP處理籽粒鎘含量最低（0.13 mg·kg），可優(yōu)選為水稻籽粒鎘毒害降低的最佳氧磷灌溉模式。

表5 層次聚類分析描述統(tǒng)計(jì)量Table 5 Descriptive statistics of hierarchical cluster analysis

圖4 水稻成熟期鎘吸收聚類分析結(jié)果Figure 4 Results of cluster analysis of Cd uptake in rice at maturity stage

2.3 水稻成熟期鎘吸收指標(biāo)與水稻葉片光合特性的相關(guān)性

水稻成熟期鎘吸收指標(biāo)與水稻葉片光合特性相關(guān)性分析結(jié)果（表6）表明，抽穗期、灌漿期是影響水稻成熟期根部、秸稈部鎘吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵時(shí)期，施磷使抽穗期Gs、Tr降低，灌漿期Pn、Gs增加的同時(shí)，還促進(jìn)了水稻鎘由根部向秸稈部的轉(zhuǎn)移，但整體水稻秸稈部鎘含量會(huì)降低，表現(xiàn)為不增氧時(shí)，鐵錳膠膜鎘含量與抽穗期Gs、Tr呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.05），多元線性回歸方程為=0.648-0.526；秸稈鎘含量與灌漿期Gs呈極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.01），多元線性回歸方程為=-0.405-4.044+0.372；TF與灌漿期Pn呈顯著正相關(guān)（＜0.05），多元線性回歸方程為=-2.976+0.185。

表6 水稻成熟期鎘吸收指標(biāo)與各生育期葉片光合特性的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficient of Cd absorption index and TFs at mature stage and rice leaf photosynthetic characteristics

氧、磷互作下灌漿期Pn的增加，可抑制水稻鎘由根表向根部累積與轉(zhuǎn)移，促進(jìn)鎘由水稻根部向秸稈部轉(zhuǎn)移，表現(xiàn)為增氧時(shí)，鐵錳膠膜鎘含量與抽穗期Tr呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.05），與灌漿期Tr呈極顯著負(fù)相關(guān)（＜0.01），多元線性回歸方程為=0.988-0.053；根部鎘含量、TF與灌漿期Pn呈顯著負(fù)相關(guān)（＜0.05），多元線性回歸方程分別為=22.677-0.772、=69.084-65.278-1.69；TF與灌漿期Pn呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），多元線性回歸方程為=-1.496+0.197-0.171。增氧增強(qiáng)水稻灌漿期光合能力（表2）可能是影響水稻成熟期籽粒鎘吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵。

3 討論

3.1 施磷和增氧對(duì)水稻葉片光合特性的影響

葉片光合特性直接影響水稻干物質(zhì)的累積速率及累積量，合理投入水肥氣量是提高作物光合作用及水稻干物質(zhì)累積量的關(guān)鍵。施磷、灌溉方式通過影響水稻光合磷酸化過程，調(diào)控碳水化合物合成與轉(zhuǎn)運(yùn)，致使水稻各部位質(zhì)量比例和籽粒鎘含量發(fā)生變化，這可能是影響水稻成熟期鎘吸收與分配的關(guān)鍵。磷素作為核酸、磷脂等的重要組成成分，能參與包括光合作用在內(nèi)的多種作物能量代謝和酶促反應(yīng)，適量施磷可提高水稻光合能力，顯著增加水稻植株干生物量；低磷或過量施磷則導(dǎo)致水稻開花期延遲，植株葉片長(zhǎng)度和寬度均減小，Pn和葉片葉綠素含量下降，光合產(chǎn)物累積量減少。水稻抽穗期、灌漿期Pn、Gs和Tr降低，阻礙了水稻幼穗發(fā)育和穎花分化，導(dǎo)致籽粒充實(shí)嚴(yán)重受損，穗粒質(zhì)量和結(jié)實(shí)率降低。本研究結(jié)果表明，施磷導(dǎo)致水稻生育早期Pn、Gs下降，灌漿期Gs、Tr增加，而氧、磷互作則導(dǎo)致抽穗期光合能力和灌漿期Gs降低。表現(xiàn)為不增氧時(shí)，施磷使拔節(jié)期、抽穗期Pn降低4.93%～16.02%、20.18%～39.41%，Gs降低28.46%～42.09%、4.74%～46.56%，Tr降低16.71%～21.67%、9.24%～35.09%，灌漿期Gs、Tr增加21.14%～95.18%、13.40%～27.28%；增氧時(shí)，施磷使抽穗期Pn、Gs和Tr降低1.77%～12.62%、11.45%～17.11%、5.94%～24.36%，灌 漿 期Gs降 低10.49%～20.13%。湖南水稻種植區(qū)高供磷水平稻田土壤（有效磷含量30.68 mg·kg）可能導(dǎo)致不增氧時(shí)拔節(jié)期、抽穗期光合能力降低；土壤根際土壤磷量隨水稻生長(zhǎng)而降低，可能導(dǎo)致不增氧時(shí)灌漿期Gs、Tr增加。葉綠素是影響植物光合作用的重要色素之一，水稻光合能力的降低與Gs、葉綠素含量的減少有關(guān)，氧、磷互作降低灌漿期Gs，可能與水稻灌漿期根系老化、葉片葉綠素含量大幅減少有關(guān)。

續(xù)表6水稻成熟期鎘吸收指標(biāo)與各生育期葉片光合特性的相關(guān)系數(shù)Continued table 6 Correlation coefficient of Cd absorption index and TFs at mature stage and rice leaf photosynthetic characteristics

土壤水分是影響水稻葉片光合特性的另一關(guān)鍵因素。與淹水灌溉相比，間歇灌溉能提高水稻Gs和Tr，更有利于葉片進(jìn)行光合作用；滴灌可降低水稻Pn，受旱水稻葉片Pn、Gs均低于淹水灌溉和間歇灌溉；而增氧灌溉技術(shù)能使土壤具有較高的溶解氧濃度，對(duì)改善稻田氧營(yíng)養(yǎng)更直接有效，其中超微氣泡水灌溉系統(tǒng)因受天氣因素影響小、可操作性強(qiáng)而廣泛應(yīng)用于田間小區(qū)實(shí)驗(yàn)。增施過氧化鈣和微納氣泡水灌溉處理均有助于增強(qiáng)根系活力，提高水稻主要生育期光合能力，促進(jìn)水稻對(duì)氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，增加水稻干物質(zhì)累積量。本研究結(jié)果表明，無論增氧與否，抽穗期土壤持水率保持在70%～100%，水稻光合作用被抑制，而灌漿期復(fù)水出現(xiàn)補(bǔ)償效應(yīng)，葉片光合能力增強(qiáng)，水稻Pn、Gs及Tr多在拔節(jié)-始穗期出現(xiàn)最小值，拔節(jié)-始穗期缺水時(shí)根尖產(chǎn)生的脫落酸（ABA）在木質(zhì)部流中傳遞，導(dǎo)致氣孔關(guān)閉，Gs下降，胞間CO反應(yīng)受阻，葉片光合能力降低。本研究結(jié)果還顯示，增氧使灌漿期Pn增加，施磷量≤0.36 g·kg時(shí)，增氧處理下水稻灌漿期Pn、Gs、Tr均高于不增氧處理。增氧抑制水稻灌漿期葉綠體膜系統(tǒng)的膜脂過氧化作用，導(dǎo)致葉綠素含量增加，最終延緩葉片衰老，這可能造成水稻主要生育期光合能力和干物質(zhì)累積量的增加。

3.2 葉片光合特性對(duì)水稻成熟期鎘吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

鎘進(jìn)入土壤即呈現(xiàn)易積累、難降解等特點(diǎn)，會(huì)對(duì)水稻的生長(zhǎng)及農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生不利影響。對(duì)于中輕度鎘污染土壤更傾向于從水稻品種差異、施磷及灌溉方式等方面進(jìn)行降低水稻鎘毒害的技術(shù)措施研究：選種低鎘累積水稻品種是減少水稻鎘吸收最有效的方法之一；施磷是降低水稻鎘積累的重要措施，但過量施磷會(huì)造成水肥利用率降低、經(jīng)濟(jì)效益差、鎘吸收和水稻生長(zhǎng)矛盾等問題；不同灌溉方式對(duì)水稻鎘吸收影響差異顯著，根部和籽粒鎘含量多表現(xiàn)為干旱＞干濕交替＞持續(xù)淹水。施磷、灌溉方式通過調(diào)控水稻莖葉對(duì)鎘的吸收與轉(zhuǎn)移，影響水稻根對(duì)鎘的吸收與分配。本研究結(jié)果表明，無論增氧與否，施磷均對(duì)水稻各部位鎘吸收存在明顯的促進(jìn)效果，水稻鎘多集中于根部和秸稈部（68.18%～84.57%），15.43%～31.82%集中于籽粒，施磷可促進(jìn)水稻成熟期鎘從秸稈部向籽粒的轉(zhuǎn)移（圖2）。表現(xiàn)為不增氧時(shí)，施磷使水稻成熟期TF增加25.63%～78.41%；增氧時(shí)，施磷使水稻根部、秸稈部、籽粒鎘含量、TF、TF分 別 增 加137.10%～380.14%、58.41%～104.01%、90.76%～191.88%、71.95%～341.30%、13.16%～42.89%。層次聚類分析結(jié)果進(jìn)一步表明：不外施磷肥情況下，增氧使水稻成熟期籽粒鎘含量最低（0.13 mg·kg），為抑制水稻成熟期籽粒鎘吸收的最佳氧磷灌溉模式。多數(shù)研究表明，抽穗期、灌漿期和成熟期是水稻籽粒鎘累積和鎘由莖部和葉片向籽粒轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵時(shí)期，鎘的貢獻(xiàn)率可達(dá)65%～75%，對(duì)水稻關(guān)鍵生育期采取阻控措施可降低水稻鎘的吸收和累積。Cd進(jìn)入植物細(xì)胞后可取代葉綠體中Fe、Zn等二價(jià)陽離子，破壞葉綠體結(jié)構(gòu)，降低植物葉綠素含量和光合作用，抑制植株生長(zhǎng)。施磷可緩解鎘脅迫對(duì)水稻生長(zhǎng)及光合葉綠素合成的抑制作用，增強(qiáng)水稻對(duì)鎘的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)能力。水稻成熟期鎘吸收指標(biāo)與水稻各生育期葉片光合特性線性回歸分析結(jié)果初步表明，抽穗期、灌漿期是影響水稻根部、秸稈部鎘吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵時(shí)期，施磷導(dǎo)致抽穗期Gs、Tr降低，灌漿期Pn、Gs增加的同時(shí)，降低了鎘由水稻根表向根部的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)了水稻成熟期鎘由根部向秸稈部的轉(zhuǎn)移，但水稻秸稈部鎘含量降低，表現(xiàn)為鐵錳膠膜鎘含量與抽穗期Gs、Tr呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（分別為-0.681*和-0.621*），秸稈部鎘含量與灌漿期Gs呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（=-0.772**），TF與灌漿期Pn呈正相關(guān)關(guān)系（=0.643*）；氧、磷互作導(dǎo)致灌漿期Pn增加的同時(shí)，可降低鎘由水稻根表向根部的轉(zhuǎn)移，促進(jìn)鎘由水稻根部向秸稈部的轉(zhuǎn)移，根部鎘含量、TF與灌漿期Pn呈負(fù)相關(guān)關(guān)系（分別為-0.633*和-0.678*），TF與灌漿期Pn呈正相關(guān)關(guān)系（=0.836**）。也有研究表明，施磷通過影響根際土壤pH值、氧化還原電位（Eh）等理化性質(zhì)，有效提高根表鐵膜對(duì)鎘的攔截作用，進(jìn)而對(duì)水稻鎘的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)產(chǎn)生抑制效果。因此，施磷和氧、磷互作調(diào)控水稻根際土壤理化性質(zhì)，促進(jìn)水稻根系發(fā)育及代謝，影響水稻主要生育期光合能力，可能是影響水稻成熟期籽粒鎘吸收與分配的關(guān)鍵。

圖2 不同處理下水稻成熟期轉(zhuǎn)移系數(shù)的動(dòng)態(tài)變化Figure 2 Dynamic changes of Cd translocation factors at maturity stage

增氧有利于灌漿期葉片葉綠素合成和葉片光合能力增強(qiáng)，延緩生育后期水稻葉片的衰老速度，這可能是影響水稻成熟期籽粒鎘吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵因素。本研究結(jié)果顯示，增氧可促進(jìn)鎘在秸稈部的吸收與累積，降低水稻成熟期籽粒鎘含量及鎘從秸稈部向籽粒的轉(zhuǎn)移能力，導(dǎo)致水稻各部位鎘重新分配。施磷量≤0.36 g·kg時(shí)，增氧處理下水稻成熟期TF、籽粒鎘累積分配比例均低于不增氧處理，秸稈部鎘累積分配比例均高于不增氧處理（圖3）。水培條件下充氧處理通過調(diào)節(jié)根細(xì)胞壁中果膠合成方式，增加根對(duì)鎘的保留能力，減少地上部鎘積累，鎘脅迫下充氧處理對(duì)應(yīng)根部、的表達(dá)量均下調(diào)，根內(nèi)的表達(dá)量上調(diào)，因此，增氧通過調(diào)控水稻部分關(guān)鍵性蛋白基因，影響水稻生理生長(zhǎng)特性以創(chuàng)造更高生物量，從而影響鎘在水稻內(nèi)的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、隔離和外排，降低籽粒鎘含量。

4 結(jié)論

（1）不外施磷肥情況下，增氧使水稻成熟期籽粒鎘含量最低（0.13 mg·kg），為降低水稻成熟期籽粒鎘吸收的最佳氧磷灌溉方式；無論增氧與否，施磷均可促進(jìn)水稻成熟期鎘的吸收，水稻鎘多集中于根部和秸稈部；增氧通過調(diào)整水稻內(nèi)在敏感性，降低水稻成熟期籽粒鎘含量及鎘從秸稈部向籽粒的轉(zhuǎn)移，促使水稻各部位鎘重新分配。

（2）抽穗期、灌漿期的光合特性是影響水稻成熟期根部、秸稈部鎘吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)的關(guān)鍵。施磷降低抽穗期氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率，增加灌漿期凈光合速率、氣孔導(dǎo)度，同時(shí)促進(jìn)了水稻成熟期鎘由根部向秸稈部的轉(zhuǎn)移，降低秸稈部鎘含量；氧、磷互作下灌漿期凈光合速率的增加，降低了水稻鎘由根表向根部的累積與轉(zhuǎn)移，促進(jìn)鎘由水稻根部向秸稈部轉(zhuǎn)移。