氮肥运筹对水稻镉吸收转运影响的研究进展

综述了大田生产中氮肥运筹对重金属污染土壤中水稻对镉的吸收与转运的影响,从不同形态氮肥耦合灌溉对土壤理化环境、水稻根表铁膜、水稻各器官亚细胞结构以及镉元素在植株体内转运特点的影响进行分析,并阐述了氮肥对植物镉吸收的影响机制。今后研究的侧重点应当结合复杂的环境变量条件,选择适合不同地区实际生产的水稻品种,进一步探索不同的氮肥种类和施用方式与水稻吸收富集镉之间的关系,并注重寻找调控相关过程的关键基因及其表达产物,明确镉胁迫环境中水稻产生应答的相关生理过程,进一步在生产实践中指导镉污染稻田中的肥料精确释放。     

氮肥对双季稻根表铁膜形成及双季稻镉积累的影响

为探究淹水条件下氮肥比例对水稻根表铁膜形成量及对镉吸收转运的影响,开展大田试验,选取早稻株两优819（低镉品种）、陆两优996（高镉品种）和晚稻湘晚籼12号（低镉品种）、玉针香（高镉品种）为试验材料,以水稻全生育期施氮量为180 kg·hm^-2,设3个氮肥比例,基肥：蘖肥：穗肥：粒肥分别为4：4：2：0（T1）、8：0：2：0（T2）、6：0：2：2（T3）及不施氮处理（CK）。水稻分蘖期和乳熟期,整株采集水稻,测定植株各部位镉含量和根膜铁、镉含量;成熟期测定根、茎叶、糙米镉含量。结果表明,不同稻季低镉品种根膜铁含量为分蘖期>乳熟期,高镉品种根膜铁含量及镉吸附量为乳熟期>分蘖期。株两优819、陆两优996和玉针香乳熟期根膜镉含量以T1、T2处理时较CK有所降低,T3处理时最高,湘晚籼12号以不施氮情况下最高,T2处理下最低。高镉品种陆两优996不同时期根膜铁含量与根膜镉含量显著正相关（P<0.05）,高镉品种玉针香分蘖期根膜铁含量与根膜镉含量显著正相关（P<0.05）,乳熟期根膜铁含量与叶、穗镉含量显著负相关（P<0.05）。水稻根和茎、叶镉含量随生育期的延长而增加,施氮可降低早稻成熟期各部位镉含量,提高晚稻根和茎、叶镉含量。不同稻季糙米镉含量在氮处理下显著降低,施氮量一致情况下,改变氮肥比例对低镉品种株两优819和湘晚籼12号糙米镉含量无明显影响,高镉品种陆两优996和玉针香糙米镉含量以T3处理降低最明显,较CK分别降低52.72%和74.13%。由此可知,淹水条件下,可依据水稻品种,结合水稻镉积累关键生育期,制定合理的氮肥比例以降低糙米镉含量。     

粒肥施用时期对水稻镉积累的影响初探

探索生育后期氮肥施用对水稻镉积累的影响,为稻米镉消减提供技术支持。采用大田小区试验,以杂交稻株两优819(早稻)和常规稻湘晚籼12号(晚稻)为试验材料,设粒肥用量占总氮20%的不同生育期施粒肥处理,分别为始穗期施粒肥(F1)、齐穗期施粒肥(F2)、灌浆期施粒肥(F3)及不施粒肥处理(CK)。试验结果表明,合理施用粒肥可显著提高晚稻籽粒生物量,齐穗期和灌浆期施用粒肥显著提高了早稻籽粒生物量。不同生育期施粒肥对降低籽粒富集系数、镉在植株内转运系数存在显著差异;不同生育期施粒肥水稻成熟期各部位镉含量不同,施粒肥提高了早稻根系和茎叶的镉含量,但显著降低了籽粒镉含量,其值表现为CKF1F3F2;晚稻的根系镉含量在始穗期施粒肥处理显著提高,茎叶镉含量均显著大于CK,灌浆期施粒肥处理的籽粒镉含量有小幅度降低;与CK相比,早晚稻籽粒镉含量最大降幅分别为44.87%,22.31%。可知,不同生育期施粒肥对早晚稻籽粒的镉含量影响有差异,齐穗期施粒肥可显著降低早稻籽粒的镉含量,灌浆期施粒肥能降低晚稻籽粒的镉含量。     

混合绿肥还田对双季稻干物质积累及产量的影响

2018年4月至2019年11月,以早稻品种中早39、晚稻品种玉针香为材料,设计6个处理,分别为不施用绿肥还田(CK)、施用紫云英还田(T1)、施用紫云英及黑麦草还田(T2)、施用紫云英及油菜还田(T3)、施用箭舌豌豆及黑麦草还田(T4)、施用箭舌豌豆及油菜还田(T5),研究豆科与非豆科绿肥混合还田对双季稻叶片光合特性、干物质积累与分配规律及产量的影响。结果表明：与CK相比,绿肥还田明显降低早稻生育前期叶片净光合速率和群体干物质积累,显著促进早、晚稻生育后期干物质积累,提高剑叶净光合速率,2年双季稻平均增产2.88%~14.74%;与T1相比,T3、T5处理有利于早、晚稻高光效群体形成,早、晚稻成熟期干物质积累量显著增加,剑叶净光合速率维持在较高水平;豆科与非豆科绿肥混合还田对双季稻有效穗数、结实率和产量有显著影响,双季稻有效穗数、结实率与产量呈显著正相关(P＜0.05);与CK相比,T3处理的产量最高,达17.13 t/hm2,2年双季稻产量平均增加14.74%。紫云英与油菜混合还田能有效提高双季稻生育后期叶片叶绿素含量,延缓剑叶净光合速率下降,促进双季稻干物质积累与分配,显著提高成熟期干物质积累量和稻谷产量,是比较适宜的绿肥混合还田模式。     

粒肥施用时间对双季稻乳熟期亚细胞镉分布的影响

为探究水稻生育后期施氮对双季稻乳熟期植株亚细胞镉分布及成熟期糙米镉积累的影响,开展大田试验,选取早稻株两优819(低镉积累品种)、陆两优996(高镉积累品种)和晚稻湘晚籼12号(低镉积累品种)、玉针香(高镉积累品种)为试验材料,设置3个后期施氮时期处理,分别为始穗期施氮、齐穗期施氮、灌浆期施氮,并以后期不施氮为对照。试验结果表明,后期不施氮情况下,水稻根、叶细胞镉分布表现为细胞壁细胞液细胞器,后期施氮处理下不同稻季根、叶亚细胞各组分镉分配比例存在较大差异,早稻品种根、叶乳熟期细胞壁和细胞液镉分配比例降低,细胞器分配比例提高,低镉积累品种株两优819根细胞壁和细胞液镉含量显著高于高镉积累品种陆两优996;晚稻品种乳熟期根、叶细胞壁和细胞液镉分配比例提高,细胞器镉分配比例降低。根细胞壁中镉分配比例与细胞器和细胞液中镉分配比例极显著负相关(P0.01),根细胞壁镉分配比例与镉的转运系数极显著负相关(P0.01),根细胞器中镉分配比例与镉的转运系数极显著正相关(P0.01)。始穗期施氮,株两优819糙米镉含量显著降低28.57%;齐穗期施氮,陆两优996、玉针香糙米镉含量分别显著降低38.46%、48.15%,湘晚籼12号糙米镉含量降低10.00%;灌浆期施氮会提高糙米镉含量。水稻生育后期是籽粒镉积累的关键时期,水稻齐穗期施氮可显著降低高镉积累品种糙米镉含量。