鎘污染水稻土中水稻氮素營養(yǎng)的spad診斷①

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1、土壤(Soils),2017,49(5):941–950DOI:10.13758/j.cnki.tr.2017.05.013①鎘污染水稻土中水稻氮素營養(yǎng)的SPAD診斷1,21,231*李昌明，周艷麗，龍光強(qiáng)，孫波(1土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點實驗室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)，南京210008；2中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049；3云南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，昆明650201)摘要：治理和安全利用重金屬污染水稻土過程中，氮素營養(yǎng)的快速診斷是制定合理施肥措施的基礎(chǔ)。葉綠素測定儀SPAD已廣泛應(yīng)用于非污染耕地土壤中玉米、

2、小麥和棉花等作物的氮素營養(yǎng)診斷，然而針對鎘污染條件下的不同類型水稻土，SPAD在診斷水稻氮素營養(yǎng)的適應(yīng)性方面仍然缺乏系統(tǒng)研究。本研究采集了我國水稻主產(chǎn)區(qū)的21種典型水稻土，以德農(nóng)2000為供試水稻品種，設(shè)置無鎘污染、輕度鎘污染、重度鎘污染處理的水稻盆栽試驗，研究水稻葉片SPAD值對鎘污染水稻土氮素供應(yīng)診斷和水稻產(chǎn)量預(yù)測的能力。結(jié)果表明：水稻土類型影響了水稻葉片SPAD值對不同水平鎘污染的響應(yīng)，土壤pH是主控因子，其相對影響的平均值為20%。水稻葉片SPAD值與不同生育期水稻籽粒氮素含量顯著正相關(guān)，其中拔節(jié)期的相關(guān)系數(shù)

3、最大；同時水稻葉片SPAD值與水稻營養(yǎng)生長期(苗期至拔節(jié)期)土壤溶液總氮和銨態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)，且不受鎘污染程度和土壤類型的影響。總體上，不同生育期(尤其是拔節(jié)期)水稻葉片的SPAD值可以表征鎘污染條件下不同類型水稻土氮素養(yǎng)分供應(yīng)對水稻氮素營養(yǎng)的影響。關(guān)鍵詞：葉綠素儀(SPAD)；鎘污染；水稻土類型；土壤氮素供應(yīng)；氮素營養(yǎng)診斷中圖分類號：S154；Q958文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A稻田土壤氮素養(yǎng)分供應(yīng)影響了水稻的產(chǎn)量和品稻生長產(chǎn)生過氧化脅迫，抑制水稻根系和葉片生長，[1-2]質(zhì)，以高產(chǎn)為目標(biāo)的大水大肥管理方式導(dǎo)致稻田降低葉綠素

4、和蛋白質(zhì)含量，破壞營養(yǎng)元素離子通道和[3-4]氮素負(fù)荷增加，引起水環(huán)境污染。根據(jù)土壤供應(yīng)運(yùn)輸器，導(dǎo)致光合速率降低，最終影響了水稻株高、[19-20]和作物需求制定精確施氮方案可以有效控制氮肥過分蘗、穎花數(shù)和生物量。另一方面，土壤鎘污染[5-6]量施用問題，而氮素的營養(yǎng)診斷是制定精確施肥影響了土壤微生物群落組成和土壤酶活性，從而影響[7][22-23]方案的基礎(chǔ)。了土壤氮素的轉(zhuǎn)化，并最終影響作物對氮素的吸[24]作物葉片的葉綠素含量是衡量作物氮素營養(yǎng)變收。研究表明，水稻葉片SPAD值不僅能表征水稻[8]化的敏感指標(biāo)，與

5、葉片的光合作用強(qiáng)度和作物產(chǎn)量植株氮素營養(yǎng)狀況和籽粒產(chǎn)量，也可反映稻田土壤的[25-26]密切相關(guān)。葉綠素儀(SPAD-502)通過測定作物功能葉氮素供應(yīng)情況。然而，葉片總?cè)~綠素或氮含量與[27-28][29-30]對紅波段(波長約650nm)的透射強(qiáng)度估算葉綠素含葉色之間的定量關(guān)系受到作物種屬、生育期[9][31-32]量。葉綠素儀作為監(jiān)測田間作物氮素營養(yǎng)狀況的及其生長環(huán)境的綜合影響。我國水稻土類型多快速簡便方法，已廣泛應(yīng)用于指導(dǎo)水稻、玉米、小麥樣，目前對鎘污染條件下不同水稻土中水稻葉片[10-16]等作物的田間施肥

6、。在美國和巴基斯坦的稻田系SPAD值表征土壤氮素供應(yīng)和水稻氮素營養(yǎng)的能力及統(tǒng)中，研究發(fā)現(xiàn)控制氮肥過量施用的水稻葉片SPAD其影響因素，仍缺乏系統(tǒng)研究。[17]閾值分別為40和37.5。2005—2013年對全國土壤本研究在我國東北、長江流域及東南沿海水稻主污染狀況的調(diào)查表明，在所有采樣點(38393個土樣)產(chǎn)區(qū)采集21種典型水稻土，通過鎘添加盆栽試驗，中，中度鎘污染比例占12.7%，中度以上到重度鎘污研究不同水稻生育期中水稻葉片SPAD值的動態(tài)變[18]染的比例占4.6%。一方面，稻田土壤鎘污染對水化特征，分析不同鎘

7、污染水平下水稻葉片SPAD值與①基金項目：國家綠肥產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-22-G-14)，國家重點研究計劃項目(2016YFD0200300)和中國科學(xué)院科技服務(wù)網(wǎng)絡(luò)計劃項目(KFJ-SW-STS-142)資助。*通訊作者(bsun@issas.ac.cn)作者簡介：李昌明(1987—)，男，甘肅蘭州人，博士研究生，主要從事土壤環(huán)境生態(tài)學(xué)方面的研究。E–mail：churmi@163.cnhttp://soils.issas.ac.cn942土壤第49卷水稻籽粒氮素含量和產(chǎn)量的關(guān)系，以及與不同水稻土PVC盆(口

8、徑35cm，底徑12.5cm，高30cm)，每盆中氮素供應(yīng)的關(guān)系，為治理和安全利用鎘污染水稻土裝土7kg。針對21種水稻土類型和3個鎘污染水平提供水稻氮素營養(yǎng)的快速診斷方法。設(shè)置雙因素完全隨機(jī)試驗，每個處理設(shè)置3次重復(fù)，共計63盆。鎘污染處理包括無鎘污染(Cd0)、輕度鎘1材料與方法污染(Cd1)和重度鎘污染(Cd2)3個水平。其中，土壤1.1