栽培技術對紅麻生長及吸收鎘的影響

王路為，田 旭，溫玉環，許海釗，陳 鵬，周瑞陽，何 冰*

(1. 廣西大學農學院，廣西 南寧 530004；2.廣西農業科學院農業科技信息研究所，廣西 南寧 530007)

【研究意義】紅麻(Hibiscuscannabinus)為錦葵科(Malvaceae)木槿屬(Hibiscus)的一年生草本韌皮纖維作物[1]。麻類生產歷史悠久，應用廣泛[2]。紅麻生長速度快，生物產量高，對多種重金屬的耐性較強，可作為農田重金屬污染生態修復的經濟作物[3]。2016年我國黃紅麻產量達5.3萬t，在農業環境壓力和勞動力成本日益增加的形勢下，減化作業工序、減少化肥和勞力投入的輕簡化栽培技術是紅麻栽培產業發展的主要方向之一。開展栽培技術對紅麻生長及吸收鎘的影響對提高紅麻產量和促進紅麻Cd吸收的輕簡化栽培技術提供理論依據和指導意義。【前人研究進展】目前，國內外已有紅麻應用于鉛(Pb)[4]、鎘(Cd)[5]污染土壤的生態修復實踐的相關報道，王玉富[6]研究發現種植紅麻，可使土壤Cd含量每年降低347 g·hm-2。姚運法等[7]認為紅麻適合種植于Pb中度污染土壤。李豐濤等[8]發現重金屬污染區紅麻的Cd富集系數大于1。輕簡化栽培技術在水稻、小麥[9]、棉花[11]、玉米、油菜[10]等作物生產栽培上已有較多研究，通過栽培技術的輕簡化，可以擴大播種面積，減少水分流失，利于移栽、抵抗災害，還可以降低生產成本，提高生產效率，增加效益。【本研究切入點】目前，關于紅麻在土壤修復上的應用現在已有較多文獻報道，但鮮有研究促進紅麻Cd吸收、提高修復效率的輕簡化栽培技術。【擬解決的關鍵問題】探索提高紅麻產量及增加Cd積累的輕簡化栽培技術，促進紅麻在重金屬植物修復實踐中的應用。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

于2016年4-11月在廣西壯族自治區某地農田開展田間試驗，由于試驗田附近一個礦產冶煉廠長期排放工業廢氣和廢水，導致其土壤重金屬含量超標，Cd含量9.06 mg/kg，pH 7.98，有機質含量31.42 g/kg。供試紅麻品種為C4P7A和R11，均由廣西大學農學院培育，其中C4P7A為紅麻細胞質雄性不育系，R11為恢復系。供試氮、磷和鉀肥分別是尿素(含N 45 %)、重過磷酸鈣(含P2O554 %)和氯化鉀(含K2O 60 %)。

1.2 試驗方法

采用完全隨機區組設計(4因素，2水平)(表1)。品種A1：C4P7A，A2：R11；播種方式B1：條播(整地后挖溝，溝距離為1 m，溝深度為20 cm，基肥均勻地施加在溝中，蓋上一層薄薄的土壤并將其混勻，然后將種子播種在溝內，并用一層土覆蓋)，B2：撒播(整地后均勻施基肥于表土，反復犁耙混勻，再將種子均勻撒播于表土上，再用小心犁耙1次將種子與土壤混勻)；施肥量[12]C1：中肥(N 337.5 kg·hm-2，P2O5168.75 kg·hm-2，K2O 337.5 kg·hm-2)，C2：低肥(N 225 kg·hm-2，P2O5112.5 kg·hm-2，K2O 225 kg·hm-2)；施肥方式D1：基肥100 %(所有氮肥和鉀肥作基肥，播種前與土壤混勻)，D2：基肥60 %+追肥40 %(60 %氮肥和鉀肥作為基肥，播種前與土壤混勻，剩余的40 %氮肥和鉀肥用作旺長初期追肥，分別在株高1 m時隨灌水施入；所有處理磷肥全部用作基肥，并在播種前與土壤混勻)。共16個處理，每處理3次重復，共48個小區，每小區10 m2。播種量為11.25 kg·hm-2，每小區11.24 g·10 m-2。紅麻生長期內按照常規生產習慣進行管理并及時防治病蟲害。

表1 不同紅麻品種及栽培措施組合

1.3 測定項目及方法

收獲時測量紅麻主要農藝性狀，如株高、莖直徑、皮厚、果序長度，測定每小區產量。

植株各器官的重金屬含量分析：每小區取5株紅麻，分根，莖，葉，麻皮4部分分別稱鮮重、烘干，取部分干重，粉碎，稱取0.300 g植物樣品，加入8mL優級純HNO3，于微波消解儀(MARS 6，美國CEM公司)中消解，采用原子吸收法(PinAAcle 900T，美國鉑金公司)測定消解液中的Cd含量。

1.4 統計分析

試驗數據均取3次重復的平均值，使用SPSS19.0進行方差分析(ANVON)和多重比較(Duncan)。

2 結果與分析

2.1 品種和栽培措施對紅麻農藝性狀及產量的影響

從表2可見，A1B2C1D1處理組合株高最高，為(463.30±1.54)cm，A2B2C2D2處理組合株高最小，為(423.57±21.59)cm，兩者之間差異達顯著水平(P<0.05，下同)，其他處理之間差異均不顯著(P>0.05，下同)，所有處理的平均株高為443.51 cm。A1B2C1D1處理組合莖徑最大，為(26.13±1.70)cm，比除A1B1C2D1處理組合外的其他處理高17.02 %～33.79 %，差異顯著。其他處理無顯著差異，A2B1C2D1處理組合莖徑最小，為(19.53±0.50)cm，16個處理的平均莖徑為21.40 cm。A1B2C1D1處理組合皮厚度最大，為(1.65±0.16)mm，而A2B2C2D1處理組合和A1B1C2D2處理組合皮厚最低，為(1.12±0.10)和(1.14±0.09)mm，差異顯著，其他處理無顯著差異,16個處理的平均皮厚為1.31 mm。平均果序長度為56.47 cm，其中A1B2C1D1處理組合果序長度最大，A1B2C1D2處理組合果序長度最低。

多因素方差分析(表3)顯示，播種方式和施肥量交互作用(F=4.148*)，品種差異、施肥量和施肥方式交互作用(F=4.494*)，播種方式、施肥量和施肥方式交互作用(F=4.149*)顯著影響紅麻株高。品種差異(F=8.430**)對紅麻莖徑有極顯著影響，播種方式和施肥量交互作用(F=4.878*)，播種方式、施肥量和施肥方式交互作用(F=5.818*)顯著影響紅麻莖徑。施肥量(F=5.473*)顯著影響紅麻皮厚。品種差異和施肥方式交互作用(F=5.590*)顯著影響紅麻果序長。

表2 品種及栽培措施對紅麻農藝性狀的影響

注：同列數據后不同小寫字母表示差異達顯著水平(P<0.05)，下同。

Note: Values followed by different small letters in the same column indicate significant difference at 5 % level.The same as below.

表3 品種及栽培措施影響紅麻農藝性狀的多因素方差分析

注：*，**分別表示顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平，下同。

Note:* and ** mean significant difference at 0.05 and 0.01 level,the same as below.

從表4可知，A2B2C2D2處理組合有效株數最高，為86.67±22.75，A2B1C1D2，A1B2C1D1和A2B1C2D1處理組合最小，僅為A2B2C2D2的50.39 %，53.46 %和54.61 %，有顯著差異，16個處理平均有效株數為60.58。A1B2C1D1處理組合鮮莖單株重最高，為1.25±0.20 kg，比除A2B1C2D2處理組合外的其他處理高58.23 %～119.30 %，差異顯著。其他處理無顯著差異，A2B2C2D1處理組合最小，為(0.57±0.14)kg,鮮莖單株重平均為0.74 kg。A2B2C2D2處理組合鮮莖產量最高，為(60.88±14.53)t·hm-2，而A2B1C2D1處理組合最小，為(27.72±5.55)t·hm-2，兩個處理差異顯著，其他處理無顯著差異，鮮莖產量平均為42.97 t·hm-2。A1B2C1D1處理組合鮮皮單株重最高，A2B2C2D1處理組合最低，鮮皮單株重平均為0.26 kg。A2B2C2D2處理組合鮮皮產量最高， A2B1C2D1處理組合最低，鮮皮產量平均為15.25 t·hm-2。

多因素方差分析(表5)顯示，品種(F=4.588*)對單株鮮莖重有顯著影響。播種方式對有效株數(F=10.487**)有極顯著影響，對鮮莖(F=6.368*)、皮(F=7.177*)產量有顯著影響。施肥量對有效株數(F=6.368*)、鮮莖產量(F=6.368*)有顯著影響。施肥方式對鮮莖產量(F=9.836**)有極顯著影響，對有效株數(F=7.285*)、鮮皮產量(F=7.058*)有顯著影響。品種和播種方式交互作用對有效株數(F=5.478*)有顯著影響。品種和施肥方式交互作用對鮮莖(F=5.496*)、皮(F=4.513*)產量有顯著影響。

2.2 品種和栽培措施對紅麻根、葉、莖、皮Cd含量的影響

如表6所示，紅麻各部分Cd含量表現為葉>根>莖皮>莖，品種和栽培措施對紅麻根、莖皮Cd含量無顯著影響。葉Cd含量最高的是A2B1C2D2和A2B2C2D1處理組合，為(3.78±0.23)和(3.71±0.82)mg·kg-1，A1B2C1D1和A1B2C2D1處理組合最低，為(2.06±0.30)和(2.06±0.21)mg·kg-1，差異顯著。莖Cd含量最高的是A1B2C1D2處理組合，為(0.87±0.15)mg·kg-1，A2B2C2D2處理組合最低，為(0.38±0.09)mg·kg-1，2個處理之間差異達顯著水平，其他處理無顯著差異。單株莖和皮Cd積累量最高的是A1B2C1D1處理組合，為(199.53±49.99)μg，A1B1C1D2處理組合最低，為(69.93±29.16)μg。每公頃Cd積累量最高的是A1B2C1D1處理組合，為(8.86±5.10)mg·hm-2，A1B1C1D1，A1B1C1D2和A2B1C1D2處理組合較低，僅為A1B2C1D1處理組合的43.91 %，44.67 %和44.42 %，差異顯著。其他處理無顯著差異。

表4 品種及栽培措施對紅麻產量性狀的影響

表5 品種及栽培措施影響紅麻產量性狀的多因素方差分析

續表5 Continued table 5

變異來源Source of variation有效株數Effective number of kenaf單株鮮莖重Fresh weight one stem理論鮮莖公頃產量Theoretical fresh stem weight單株鮮皮重Fresh weight one bark理論鮮皮公頃產量Theoretical fresh stem bark weight施肥量×施肥方式Amount of fertilizer× Fertilization method0.1541.5060.7132.2870.803品種×播種方式×施肥量Cultivar× Sowing method× Amount of fertilizer0.3530.2441.3870.0030.430品種×播種方式×施肥方式Cultivar× Sowing method× Fertilization method0.0021.2770.7110.4770.045品種×施肥量×施肥方式Cultivar× Amount of fertilizer× Fertilization method0.9962.4892.8100.9230.955播種方式×施肥量×施肥方式Sowing method× Amount of fertilizer× Fertilization method0.4157.300?2.3384.218?0.587

表6 品種及栽培措施對紅麻Cd含量和Cd積累量的影響

多因素方差分析(表7)顯示，品種差異對紅麻葉(F=8.030**)和莖(F=9.834**)Cd含量均有極顯著影響。播種方式、施肥量和施肥方式及其互作對紅麻根、莖、葉和莖皮Cd含量均無效應。播種方式對每公頃Cd積累量有顯著影響(F=4.326*)。播種方式和施肥量交互作用對單株莖和皮Cd積累量(F=5.278*)、每公頃Cd積累量(F=4.682*)有顯著影響。

3 討 論

3.1 品種和栽培措施對紅麻農藝性狀及經濟產量的影響

本研究中A1B2C1D1處理組合的單株農藝性狀最好，所使用的品種為C4P7A。本研究發現，品種差異對紅麻莖徑有極顯著影響，這與陳常理等[13]研究結果相類似。A1B2C1D1處理組合所使用的播種方式為撒播，與潘茲亮等[15]認為條播會增加紅麻株高，莖粗和皮厚結果并不一致，原因是撒播的紅麻個體發育較差，這可能與供試紅麻品種有關，也可能與紅麻種植時期有關。A1B2C1D1處理組合所使用的施肥量和施肥方式為中肥和基肥100 %，這與王道波等[20-22]的研究結果相類似，其認為高肥處理的紅麻株高顯著高于低肥處理，且隨著基肥使用量上升，紅麻株高，莖粗，皮厚顯著增加。

本研究中A2B2C2D2處理組合的經濟產量最高，所使用的品種為R11。紅麻的莖徑差異會直接影響單株鮮莖重，本研究結果表明，品種差異也對單株鮮莖重有顯著影響，這與譚石林等[14]的研究結果相類似。A2B2C2D2處理組合所使用的播種方式為撒播，本研究結果表明，播種方式對紅麻產量有顯著影響，這與魏林根等[16]的結果相類似。條播和撒播方式均存在優缺點明顯的特點。撒播個體發育不如條播，但密度較大，在有效株數方面比條播更有優勢，撒播的紅麻干莖產量更高[15]。A2B2C2D2處理組合所使用的施肥量為低肥，這與Tigka等[18]和葉繼標等[19]的結果相類似，但Danalatos等[17]研究得出相反結果，施低肥(<150 kg·hm-2)時，紅麻產量沒有顯著差異，這可能是受到了不同的土壤，氣候條件影響。因此本研究中施低肥雖然會降低紅麻的農藝性狀，但可以節省肥料，并且提高紅麻產量。A2B2C2D2處理組合所使用的施肥方式為基肥60 %+追肥40 %。王道波等[20-22]認為隨著基肥使用量下降，地上干物質下降，麻皮干質量均有顯著差異，其原因是基肥對作物的生長十分重要。這與本實驗結果相類似，A1B2C1D1處理組合單株鮮莖和皮重均為最高，因此施用追肥的比例上升時，單株紅麻產量反而下降，但公頃產量卻會增加，可能與單位面積有效株數有關。

表7 品種及栽培措施影響紅麻Cd含量和Cd積累量的多因素方差分析

單位面積有效株數和單株經濟產量是紅麻高產群體結構的2個主要決定因素。前人的研究結果表明，不同的作物有效株數的增加，可以提高作物產量。胡文詩等[23]和向達兵等[24]發現適量增加肥料量可以使油菜和苦蕎有效株數增加，提高產量。本研究中A1B2C1D1處理組合的單株農藝性狀最好，但產量低于A2B2C2D2處理組合，A2B2C2D2處理組合的單株農藝性狀略低于A1B2C1D1處理組合，但其單位面積有效株數顯著高于A1B2C1D1處理組合。說明對于紅麻高產效應來說，有效株數是比單株農藝性狀更為重要的決定因素。這與王亮等[25]和王書信等[26]對番茄，黃瓜的研究結果一致。這是因為當紅麻密度低時，單株植物生長良好，但每公頃有效植株數量少，產量低；隨著密度的增加，單株產量受到影響，但每公頃產量增加[27]。本研究結果表明，播種方式對有效株數有極顯著影響，對產量有顯著影響；施肥方式對有效株數和鮮皮產量有顯著影響，對鮮莖產量有極顯著影響。為了提高紅麻產量，可以通過適當的播種方式和施肥方式，提高有效株數，促進紅麻高產。

3.2 品種和栽培措施對紅麻各部位吸收Cd的影響

本研究中A1B2C1D1處理組合葉Cd含量最低，但其單株莖和皮Cd積累量，每公頃Cd積累量均為最高。該處理所使用的品種為C4P7A，播種方式為撒播，施肥量為中肥，施肥方式為基肥100 %。前人的研究結果表明，紅麻品種不同，不同部位的Cd含量也不同。姚運法等[29]和李文略等[28]認為Cd在不同部位含量隨品種差異較大，各部位Cd含量差異明顯，葉片Cd含量顯著大于莖、根，與本文的研究結果相類似。而播種方式對作物吸收Cd影響的研究，則鮮有報道。國內研究結果顯示，施肥量和施肥方式會影響不同作物Cd含量。曾清如等[30]研究表明，旺長期追加施肥，能夠有效增強煙草去除土壤Cd的能力。區惠平等[31]認為隨著磷肥施用上升，玉米秸稈和籽實Cd含量反而減少。這兩點與本實驗結果相類似。由于磷肥是堿性肥料，施用后提高土壤pH，使Cd生成難溶化合物，因此植物較難吸收。而A1B2C1D1處理組合單株莖和皮Cd積累量，每公頃Cd積累量高的原因，可能與單株農藝性狀有關。

本研究結果表明，A1B2C1D1處理組合的單株莖和皮Cd積累量、每公頃Cd積累量均最高。雖然A1B2C1D1處理組合的葉、莖Cd含量不是所有處理中最高，然而，其株高、莖徑、皮厚和果序長度等農藝性狀均為最高，且單株鮮莖重和單株鮮皮重最高，而有效株數為倒數第二低，說明對于紅麻吸收Cd來說單株農藝性狀是比有效株數更為重要的決定因素。本研究結果表明，播種方式對每公頃Cd積累量有顯著影響，播種方式和施肥量交互作用顯著影響單株莖和皮Cd積累量和每公頃Cd積累量。為了提高紅麻吸收Cd的效率，通過適當的播種方式和施肥量提高紅麻單株農藝性狀，促進紅麻吸收Cd。

4 結 論

A2B2C2D2處理組合的產量最高，但其吸收Cd能力較弱。A1B2C1D1處理組合單株莖和皮Cd積累量，每公頃Cd積累量均最高，吸收Cd能力較強，其單株鮮莖和皮重也均為最高，但受其有效株數影響，產量也處于所有處理中上水平。品種C4P7A采用撒播，施用中肥，基肥100 %等輕簡化栽培技術，可作為最適合紅麻增產并促進紅麻對Cd吸收。