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摘要通过盆栽试验研究了赤泥不同施用量对镉污染稻田水稻光合特性及产量的影响。结果表明：赤泥施用量为50 g/盆时水稻产量达到最高，其主要作用是促进了水稻有效穗形成，提高了千粒重、结实率和每盆粒重等产量相关性状。同时得出：利用赤泥修复酸性土壤镉污染能改善稻田土壤生态环境，可实现水稻增产，但赤泥施用量要考虑水稻生长特性和栽培环境，适量施入。
【关键词】赤泥；施用量；镉污染；水稻；光合特性；产量
中图分类号S141.6；S511文献标识码A文章编号 1007-5739（2011）11-0271-03
EffectofDifferentAmountsofRedMudonPhotosyntheticCharacteristicsandYieldofRiceinCdPollutedSoil
TIAN Jie 1LUO Lin 1 *FAN Mei-rong 1，2LIAO Yu-lin 1，3WEI Jian-hong 1LIU Yan 1
（1 College of Resources and Environment，Hunan Agricultural University，Changsha Hunan 410128； 2 Changsha Environmental Protection College；
3 Soil and Fertilizer Institute of Hunan）
AbstractPot experiments were conducted to study the effect of different amounts of red mud on photosynthetic characteristics and yield of rice in Cd polluted soil. The results showed that rice reached the highest yield as application of red mud up to 50 g/pot. The main cause of yield promotion by red mud was that red mud is favor to form the rice effective ear and improve yield-related traits including panicle number per plant，seed setting rate and 1 000-grain weight. Meanwhile，it could be concluded that it was feasible for remediation of acidic soil contaminated by Cd using red mud to improve soil ecological environment，make the rice grow better，but the fittest usage of red mud should be considered growth characteristics and planting environment of rice.
Key wordsred mud；surueyed；Cd pollution；rice；photosynthetic characteristic；yield
赤泥是铝土矿经强碱浸出氧化铝后产生的残渣。赤泥中除含有农业生产所需的众多营养元素硅、钙、钾、磷等成分外，还含有数十种农作物必需的微量元素。此外，赤泥具有比较稳定的化学成分、非常细的分散度、高的比表面积、较好的吸附性能、在水介质中稳定性较好等特点，可以对土壤中重金属离子、有毒非金属离子、有机氯、染料颜料等污染进行修复。
自20世纪70年代中期以来，国内外环境保护工作者开展了大量关于赤泥应用于土壤中重金属污染修复的机理和效果的研究工作[1-2]，而关于赤泥作为重金属污染修复剂对作物光合作用的影响报道极少。本试验研究添加赤泥对水稻光合特性的影响，以期为赤泥应用于农业生产提供理论依据。
1材料与方法
1.1试验材料
1.1.1供试赤泥。供试赤泥取自中国长城铝业集团尾砂坝，为拜耳-烧结联合法赤泥，其化学性质为：pH值12.5，呈碱性，有机质含量5.0 g/kg，碱解氮含量4.0 mg/kg，速效钾含量3.53 mg/kg，全氮和有机磷含量为痕量，铅含量为17.50 mg/kg，锌含量为73.80 mg/kg，镉含量为0.075 mg/kg。赤泥风干过2 mm筛，少量样品风干磨细分别过20目和100目筛用于理化性状及镉含量等测定。
1.1.2供试作物及栽培盆钵。供试作物为水稻（Oryza sativa L.），其品种为威优46。试验用陶瓷盆钵高32 cm，直径10 cm，每盆装土10 kg。
1.1.3供试土壤。取自长沙县干杉镇，为板页岩发育的黄泥田，pH值6.41，有机质含量为28.73 g/kg，碱解氮含量为176.8 mg/kg，有效磷含量为18.5 mg/kg，速效钾含量为63.7 mg/kg，CEC含量13.74 cmoL/kg，全量镉含量0.88 mg/kg。试验开展前取土样测土壤基本理化性质，带回实验室统一处理。
1.2试验设计
试验设置6个处理，分别为：施赤泥25 g/盆（A）、50 g/盆（B）、75 g/盆（C）、100 g/盆（D）、125 g/盆（E）；以不施赤泥作对照（CK）。10次重复。
1.3试验实施
采用盆栽试验，在湖南农业科学院网室中进行。盆栽土壤均过5 mm筛，混合均匀装盆后，浸水2 d，土壤完全湿润后再施基肥。插秧时每盆3穴，每穴2株。除赤泥施用量不同之外，每盆均施用尿素2.61 g、过磷酸钙4.17 g、氯化钾2.17 g。赤泥于移栽前7 d均匀施入土壤；氮肥按基肥∶追肥为7∶3施用，移栽7 d后追肥；磷、钾肥全部作基肥施用。整个生长过程根据农民习惯方法进行管理，自来水浇灌。
1.4测定指标与方法
1.4.1株高调查。移栽后15 d，每处理挂牌定点3穴，每隔5 d调查株高，直至其不再增加。
1.4.2产量及其构成因素测定。各处理成熟后，测穗数、每穗总粒数、结实率、千粒重和实际产量。
1.4.3剑叶相对叶绿素含量（SPAD值）测定。选择同一日齐穗且有代表性植株挂牌，每隔10 d追踪测定水稻剑叶相对叶绿素含量（SPAD值）。采用SPAD-502型叶绿素计在晴天8：30―11：40测定剑叶中部，重复5次，以SPAD值表示叶绿素含量。
1.4.4净光合速率测定。选择同一日齐穗且有代表性植株挂牌（同1.4.3），每隔10 d追踪测定水稻剑叶净光合速率（Pn），用LI-6400型便携式光合作用测定仪（美国LI-COR公司生产）测定剑叶中部（正面）的（正面朝上）净光合速率（Pn）。环境条件为：开放式气路，红蓝光源，光通量密度1 000 μmoL/（m2・s），温度为30~37 ℃。测定时间为晴朗天气8：30―12：00。
1.4.5光合功能期的测定。根据已有的研究结果[3]，光合功能期与叶绿素含量相对稳定期基本一致。因此，以叶绿素含量相对稳定期表示光合功能期，即从叶片全展叶绿素含量下降至全展叶绿素含量的80%时所持续的天数。
1.5分析方法
数据统计分析用SPSS 11.5软件，Duncan′s比较法。
2结果与分析
2.1不同赤泥施用量对水稻株高的影响
由图1可知，同时期各处理间的株高相比较，差距不是特别明显，整体呈现先缓慢增高至平缓的趋势，水稻在移栽后45 d左右株高基本达到最大值。处理B植株株高相对最高，处理A次之，CK最低。在最大株高时，处理B比CK高7.8%。通过统计分析不同时期水稻株高数据可知，施入适量赤泥能够促进水稻生长，过量赤泥抑制水稻的株高。由此说明，一定程度的赤泥施用量有利于提高水稻植株的株高，且赤泥施用量为0.5%（w/w土）时株高提高效果较明显。
2.2不同赤泥施用量对水稻剑叶相对叶绿素含量（SPAD值）的影响
由图2可知，不同赤泥施用量处理下水稻剑叶的叶绿素相对含量（即SPAD值）整体呈下降趋势，施入赤泥各处理水稻剑叶相对叶绿素含量（SPAD值）均大于不施赤泥处理CK，不同赤泥施用量对水稻剑叶叶绿素含量影响的差异不明显，随生育时期的推迟，叶绿素含量差距逐渐减少。其中，施用赤泥处理与CK相比，剑叶的SPAD值下降较缓慢，施用赤泥处理SPAD值显著提高，处理B与其他施用赤泥处理比较，剑叶的绿色程度持续时间较长。这说明施用赤泥处理的后期叶片衰老缓慢，单位叶面积的光合单位数多，光合作用持续时间长，为水稻后期具有较高的光合速率提供了物质基础，从而能够产生和积累较多光合产物供籽粒充实所需。
2.3不同赤泥施用量对叶片净光合速率的影响
叶片净光合速率（Pn）是衡量植物叶片光合特性的最主要的指标。由图3可知，总体来看各处理叶片净光合速率基本上呈下降趋势。各处理净光合速率在各个时期均显著高于CK，这说明施入赤泥处理在生育后期仍能维持较高的光合速率，与CK相比，其他处理剑叶净光合速率较高，随着齐穗期后天数的推移，光合速率下降得较缓慢，这可能与施入赤泥有关。净光合速率（Pn）增加与叶绿素含量的增加相一致。原因可能是施用赤泥能延缓了剑叶的衰老，延长了光合时间，提高了光合速率。
2.4不同赤泥施用量对叶片光合功能期的影响
水稻物质积累量的高低主要取决于植株的光合生产能力，而水稻叶片的光合速率和光合功能期是影响光合生产力的2个重要因素。在一定叶面积指数和叶片光合速率范围内，叶片光合功能期的延长有助于提高植株体总的光合生产力。由图4可知，施用赤泥处理与CK相比较，水稻的光合功能期均有明显提高。施入赤泥明显延长了水稻剑叶的光合功能期，这可能与赤泥pH值为碱性，调节了酸性土壤pH值，改善土壤微生态环境有关。
2.5不同赤泥施用量对水稻产量及其构成因子的影响
由表1可知，不同处理对水稻产量和及其构成因子有较大的影响。不同处理之间比较，每盆穗数最高为处理B，最低为CK，方差分析表明：处理B与CK、处理C、处理D、处理E之间差异达到显著水平，与处理A差异不显著。每穗总粒数最高为处理B，最低为CK，方差分析表明：处理B与处理D、处理E差异达显著水平，与处理A和处理C之间差异不显著。结实率最高为处理B，最低为CK，方差分析表明：处理B与其他处理之间的差异均到显著水平，其他处理之间的差异不显著。千粒重最高为处理B，最低为处理E，方差分析表明：处理B与其他处理之间的差异达显著水平，CK、处理D与处理E之间的差异不显著。每盆产量最高为处理B，最低为处理E，方差分析表明：处理B与其他处理之间的差异达显著水平，除处理E外，其他处理与CK之间的差异达显著水平，处理E与CK之间的差异不显著。综上可知，施入赤泥能有效改善水稻生长环境，促进各产量因子提高，获得较高产量。
3结论与讨论
植物叶片内叶绿素的水平可以作为衡量光合能力强弱的一个指标，亦可用来表征植物在逆境下受伤害的程度[4]。镉污染导致叶绿素含量下降，可能是由于镉与相关酶作用抑制叶绿素前体的合成，促进叶绿素分解或直接破坏叶绿体微结构，从而降低叶绿素的含量[5]。本研究结果表明，与对照相比，施用赤泥可增加水稻叶绿素含量，可能是施入赤泥改善了土壤环境，减少了镉与相关酶产生的相互作用，促进叶绿素前体的合成。叶绿素含量的提高有助于光合机构捕获更多的光能，有利于光合机构形成更多的光合单位，使植物的光能利用率得到提高。其中，施赤泥50 g/盆与其他施用量处理相比较，整个生育期叶绿素含量较高，成熟时产量也较高，可从色素方面解释高产的原因。
大量试验结果表明，叶绿素含量在一定范围内与剑叶净光合速率呈正相关[6-7]。本试验结果认为，从齐穗至齐穗后40 d水稻叶片叶绿素含量与剑叶净光合速率变化整体上都呈下降趋势。这与前人结果基本一致。总体上，施用赤泥处理与对照处理相比，光合活性下降得到缓解，能够提高镉胁迫下叶肉细胞的光合能力。其中，施赤泥50 g/盆相比其他施用量处理，缓解效果更明显。由此可知，施入赤泥可改善稻田土壤生态环境，但要考虑水稻生长特性和栽培环境，适量施入赤泥。
在一定叶面积指数和叶片光合速率范围内，叶片光合功能期的延长有助于提高植株体总的光合生产力[8]。本研究结果表明，不同赤泥施用量处理水稻的光合功能期有明显差异。施赤泥50 g/盆齐穗后很长一段时间能维持叶片较好的光合功能和根系旺盛的活力，保证水稻地上部物质积累与代谢、提高结实性和产量。
赤泥本身pH值较高，其中除含有较高的铁离子（一般为25%~40%）和铝氧化物（15%~20%），还含有较高的硅、钙、钾、磷等元素，以及含有数十种农作物必需的微量元素[9]。作为土壤改良剂，通过对酸性土壤施用一定量的赤泥，可使水稻增产5.0%~12.4%[10]。本研究结果为水稻施赤泥50 g/盆平均产量为72.40 g/盆，比对照增产7.6%，与前人结果基本一致。施入赤泥后，可改变土壤理化性状（pH值、孔隙度等），在一定程度上起到培肥土壤的作用，改善土壤环境，影响水稻生长[11-18]。水稻叶片具有较强的光合能力，其叶片能有效地将光合产物运往穗等部位，施入赤泥处理的叶片的光合能力都较高是其能获得高产的主要原因之一。
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