?丁草胺在水稻及土壤鎘吸收富集中的作用?

王宇霖 羅惠莉 周靜如 賀曉美

摘 要：以2種不同劑型丁草胺（乳油和水乳劑）為材料，通過土培盆栽試驗(yàn)?zāi)M田間種植水稻，研究了不同濃度丁草胺對(duì)土壤中鎘有效態(tài)、水稻生長量及水稻植株吸收鎘的影響，旨在明確丁草胺在水稻及土壤鎘吸收富集過程中的作用。結(jié)果表明：丁草胺的施加可促進(jìn)土壤鎘的有效性，其中施加2、4、6 mg/kg的丁草胺后，土壤有效態(tài)鎘含量分別比未施加丁草胺的對(duì)照（CK2）增加33.14%、39.00%、65.50%，尤其是丁草胺濃度為6 mg/kg時(shí)，土壤有效態(tài)鎘含量達(dá)到峰值（0.49 mg/kg），若施加濃度超過6 mg/kg丁草胺對(duì)土壤有效態(tài)鎘的促進(jìn)作用會(huì)減弱;施加丁草胺可抑制水稻生長，且施加濃度越高抑制作用越明顯，當(dāng)施加10 mg/kg丁草胺乳油時(shí)，水稻的根長、株高、葉綠素含量分別比CK2低69.55%、61.63%、41.26%;施加丁草胺對(duì)水稻鎘吸收有促進(jìn)作用，且使水稻吸收的鎘大多積累在根部，而隨丁草胺濃度的增加水稻地下部分鎘積累的增長速度明顯快于地上部分，但丁草胺也能促進(jìn)水稻糙米對(duì)鎘的積累，且施加濃度越高促進(jìn)效果越明顯;2種劑型中，乳油型丁草胺的上述作用均強(qiáng)于水乳劑。

關(guān)鍵詞：丁草胺;土壤;水稻;鎘;吸收富集

中圖分類號(hào)：X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1006-060X（2020）10-0062-05

Abstract：Two different formulations of butachlor （EC and EW） were used as materials to study the effects of butachlor on soil available cadmium， rice growth and cadmium uptake by rice plants through pot experiment in soil culture. The results showed that butachlor could promote the availability of soil cadmium; the content of available cadmium in soil increased by 33.14%， 39.00% and 65.50% respectively when butachlor was applied at 2， 4 and 6 mg/kg compared with the control without butachlor （CK2）. When butachlor was applied at 6 mg/kg， the content of soil available cadmium reached the peak value （0.49 mg/kg）. If the concentration of butachlor was more than 6 mg/kg， the promoting effect of butachlor on soil available cadmium would be weakened. Butachlor could inhibit the growth of rice， and the higher the concentration of butachlor， the more obvious the inhibition effect. When butachlor was applied at 10 mg/kg， the root length， plant height and chlorophyll content of rice decreased by 69.55%， 61.63% and 41.26%， respectively compared with CK2. Butachlor promoted the cadmium uptake of rice， and most of the cadmium absorbed by rice was accumulated in the root. With the increase of butachlor concentration， the growth rate of cadmium accumulation in underground part of rice was significantly faster than that in aboveground part. Butachlor also promoted the accumulation of cadmium in brown rice， and the higher the concentration， the more obvious the promotion effect. Among the two formulations， butachlor EC showed stronger effects than EW.

Key words： butachlor; soil; rice; cadmium; uptake and accumulation

土壤是環(huán)境乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的必要成分，為植物、動(dòng)物和微生物提供了棲息場所，也是人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。隨著經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，環(huán)境中大約90%的污染物會(huì)進(jìn)入土壤環(huán)境，從而造成嚴(yán)重污染[1]。重金屬污染具有持久性、毒性和生物富集作用，由此引起的環(huán)境污染對(duì)生物和人類健康均會(huì)造成嚴(yán)重的危害[2-4]。

在重金屬污染中，鎘是近年土壤污染最嚴(yán)重的重金屬[5]。鎘污染主要來源于工業(yè)三廢的排放以及含鎘化肥的不當(dāng)施用，嚴(yán)重影響農(nóng)作物的品質(zhì)安全，危害人體的健康和生態(tài)環(huán)境[6]。

全球農(nóng)藥市場發(fā)展迅速，國際市場對(duì)除草劑的需求迅速增長，丁草胺是近年來應(yīng)用較廣泛的除草劑之一。丁草胺通過抑制α-淀粉酶合成，使得胚乳中貯備的淀粉不能被利用，進(jìn)而影響細(xì)胞的生長發(fā)育，同時(shí)，該藥劑還可以抑制植物的呼吸作用和光合作用，使雜草幼牙腫大，最終導(dǎo)致死亡[7-8]。

當(dāng)前除草劑與重金屬污染的交互作用對(duì)作物的影響在國內(nèi)研究較少。筆者以水稻為試驗(yàn)材料，在實(shí)驗(yàn)室利用盆栽模擬田間環(huán)境，探究在丁草胺脅迫下土壤有效態(tài)鎘及作物對(duì)鎘的積累規(guī)律，并分析丁草胺對(duì)水稻生長的影響，為除草劑的安全使用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤為湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園耘園基地耕層表層（0～30 cm），土壤樣品自然風(fēng)干磨碎，過篩去除草根、石塊以及樹根等備用。供試土壤理化性質(zhì)如下：pH值6.8，土壤有機(jī)質(zhì)14.61 g/kg，全N 1.63 g/kg，全P 0.81 g/kg，全K 20.22 g/kg，CEC12.49 cmol/kg，總Cd 0.8 mg/kg。

供試水稻品種為株兩優(yōu)819，來源于湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院。將水稻幼苗（2葉期）移栽至口徑17 cm、深15 cm的塑料桶中，每桶種2株。

1.2 試驗(yàn)方法

配制不同比例的鎘和丁草胺混合溶液（鎘的濃度均為1 mg/kg;乳油丁草胺濃度梯度為1、2、4、6、8、10 mg/kg;水乳劑丁草胺濃度梯度為1、4、10 mg/kg），詳見表1，分別加入含有1 500 g干燥土的盆栽中，種植水稻，調(diào)節(jié)土壤含水量至田間持水量的50%～60%，培養(yǎng)期60 d。設(shè)置2個(gè)平行，充分混勻一周后，每天監(jiān)測土壤和水稻生長情況，盆栽中水深始終保持離土面2～3 cm。移栽后按15、30、45、60 d取土樣，土樣風(fēng)干研磨過100目篩，待測。

2 結(jié)果與分析

2.1 丁草胺對(duì)土壤鎘有效性的影響

2.1.1 丁草胺不同用量對(duì)土壤中鎘有效性的影響 如圖1所示，在水稻種植15～60 d，土壤中有效態(tài)鎘的含量呈下降趨勢，其中沒有施加丁草胺的處理CK2有效態(tài)鎘的降幅為 23.64%～39.99%，處理D-1、D-2、D-4、D-6、D-8、D-10中有效態(tài)鎘的最大降幅分別為 21.14%、27.07%、19.92%、21.94%、9.91%、19.92%。

施加不同含量丁草胺在水稻種植各時(shí)期均能促進(jìn)土壤有效態(tài)鎘含量的增加。當(dāng)種植15 d時(shí)，施加1、2、4、6、8、10 mg/kg的丁草胺比只施加鎘的空白對(duì)照組CK2土壤有效態(tài)鎘含量分別增加了11.31%、33.14%、39.00%、65.50%、48.06%、59.84%，且土壤有效態(tài)鎘含量隨丁草胺施加量的增加呈先升后降的趨勢，以D-6處理土壤有效態(tài)鎘含量最高。當(dāng)種植30 d時(shí)，仍以D-6處理土壤有效態(tài)鎘含量最高，為 0.48 mg/kg，比其他施加丁草胺的處理高18.15%～87.97%。當(dāng)種植45 d時(shí)，以D-8處理土壤有效態(tài)鎘含量最高，為 0.43 mg/kg，較其他施加丁草胺的處理高3.66%～55.49%。當(dāng)種植60 d時(shí)，土壤有效態(tài)鎘含量隨丁草胺濃度的增加呈上升趨勢，以D-10處理土壤有效態(tài)鎘含量最高，為0.40 mg/kg。綜上所述，施加低濃度丁草胺對(duì)水稻各個(gè)時(shí)期土壤對(duì)有效態(tài)鎘含量均有促進(jìn)作用，而當(dāng)丁草胺施加濃度過高（≥6 mg/kg）時(shí)，這種促進(jìn)作用減弱或有所抑制。

2.1.2 丁草胺不同劑型對(duì)土壤鎘有效性的影響 如圖2所示，不同劑型丁草胺對(duì)土壤鎘有效態(tài)含量的影響趨勢基本相同，施加了2種劑型丁草胺后，各處理組土壤有效態(tài)鎘含量均隨丁草胺濃度的增加而上升，表明丁草胺對(duì)土壤有效態(tài)鎘有明顯的促進(jìn)作用。丁草胺濃度從1 mg/kg上升到10 mg/kg后，施加丁草胺乳油的處理組土壤有效態(tài)鎘含量在15～60 d增幅為36.65%～57.55%，施加丁草胺水乳劑的處理組增幅13.66%～50.32%，相比之下丁草胺乳油對(duì)土壤有效態(tài)鎘的促進(jìn)作用強(qiáng)于丁草胺水乳劑。這是因?yàn)槿橛椭泻写罅康挠袡C(jī)溶劑，而水乳劑含量較少，而除草劑丁草胺中有機(jī)溶劑是激發(fā)土壤鎘有效性的關(guān)鍵因素。

2.2 丁草胺脅迫對(duì)水稻生長的影響

2.2.1 丁草胺不同用量對(duì)水稻生長的影響 如表2所示，施加不同濃度和不同劑型的丁草胺后，水稻均能正常生長。從表3中可知，僅施加丁草胺的CK1處理，水稻根長、株高和葉綠素等指標(biāo)均比CK0表現(xiàn)要差，同時(shí)這些指標(biāo)的數(shù)值隨著丁草胺濃度的增加而顯著下降，說明丁草胺會(huì)抑制水稻生長，且施加濃度越高，這種抑制作用越明顯。施加10 mg/kg丁草胺乳油的D-10處理，水稻根長、株高、葉綠素含量均是所有處理中的最低值，與CK2相比降幅分別為69.55%、61.63%、41.26%。

2.2.2丁草胺不同劑型對(duì)水稻生長的影響 從表3中還可以看出，與CK2相比，施加2種不同劑型的丁草胺均能抑制水稻根及植株的生長，表現(xiàn)為水稻根長及株高隨丁草胺施加濃度的增加而顯著降低。具體來看，施加了1～10 mg/kg丁草胺乳油后，根長及株高降幅分別為4.52%～69.55%、2.33%～61.63%，而施加1～10 mg/kg丁草胺水乳劑的處理組根長、株高降幅分別為2.26%～59.32%、0.58%～50.39%。結(jié)果表明，隨著丁草胺施加濃度增高，丁草胺乳油對(duì)水稻生長的抑制作用顯然強(qiáng)于丁草胺水乳劑。從葉綠素含量來看，施加10 mg/kg丁草胺乳油后水稻葉片葉綠素含量對(duì)比CK2降幅為41.26%，而施加10 mg/kg丁草胺水乳劑的降幅為25.40%，明顯低于前者，表明丁草胺乳油對(duì)水稻葉綠素的抑制作用也明顯強(qiáng)于丁草胺水乳劑，且丁草胺濃度越高抑制效果越強(qiáng)。綜上所述，丁草胺施用濃度越高，丁草胺乳油對(duì)水稻生長的抑制作用越強(qiáng)于丁草胺水乳劑。這可能是由于乳油劑型中含有更多的有機(jī)溶劑，從而對(duì)植物細(xì)胞造成一定損傷，引起植物形態(tài)改變，導(dǎo)致畸形或阻礙種子萌發(fā)，同時(shí)使葉片葉綠素含量大幅下降，加重藥劑對(duì)植株的藥害作用。

2.3 丁草胺對(duì)水稻鎘吸收的影響

2.3.1 水稻鎘吸收特性分析 由圖3可知，水稻地下部分鎘的積累明顯高于地上部分。與CK2相比，丁草胺對(duì)水稻鎘吸收有明顯的促進(jìn)作用。水稻地下部分鎘含量變化與丁草胺施加濃度有關(guān)，施加1、2、4 mg/kg丁草胺的處理，水稻地下部分積累的鎘含量分別比CK2增加39.73%、43.60%、35.71%，差距較小，變化較平緩;當(dāng)丁草胺施加濃度為6～10 mg/kg，水稻地下部分積累的鎘含量隨丁草胺濃度的增加而顯著上升，其中當(dāng)丁草胺施加濃度達(dá)到10 mg/kg時(shí)，水稻地下部分積累的鎘含量達(dá)到峰值13.59 mg/kg，比CK2增加了102.23%，說明高濃度丁草胺對(duì)水稻地下部分鎘積累的促進(jìn)作用更強(qiáng)。而水稻地上部分鎘含量主要受高濃度（≥8 mg/kg）丁草胺影響，當(dāng)丁草胺施加濃度 ≤6 mg/kg時(shí)，水稻地上部分鎘含量差異不顯著，當(dāng)丁草胺濃度為8、10 mg/kg時(shí)，水稻地上部分積累的鎘含量分別為2.48、2.67 mg/kg，比CK2分別增加了1.76、1.95 mg/kg，總的來說，丁草胺的施加顯著促進(jìn)了水稻植株對(duì)鎘的積累。

由圖4可知，丁草胺濃度為1 mg/kg時(shí)，施加丁草胺乳油的處理其地下部鎘含量略高于施加丁草胺水乳劑的處理，地上部相反，而在2種不同劑型丁草胺施加濃度都為4 mg/kg時(shí)，施加丁草胺乳油的處理相較于施加丁草胺水乳劑的處理其地下部分積累的鎘含量高于水乳劑，而地上部分則相反。從表3中可以看出，水稻鎘的富集系數(shù)隨丁草胺濃度的增加而上升，施用10 mg/kg丁草胺比施用1 mg/kg丁草胺培育的水稻2種劑型鎘富集系數(shù)分別上升了61.82%、57.41%，說明施用丁草胺能促進(jìn)水稻對(duì)鎘的積累。從表3中還可以看出，在丁草胺施加濃度較低（1 mg/kg）時(shí)，丁草胺乳油組的水稻鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)低于丁草胺水乳劑組，當(dāng)丁草胺施加濃度增加至4 mg/kg時(shí)，丁草胺乳油組的水稻鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)反而高于丁草胺水乳劑組，但再施加更多的丁草胺后2種劑型對(duì)水稻鎘含量轉(zhuǎn)運(yùn)的影響差異較小，轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)僅相差0.01。

2.3.2 丁草胺對(duì)水稻鎘吸收影響機(jī)制 目前關(guān)于鎘等重金屬和丁草胺在土壤及植株中的交互作用研究較少。Moon等[9]研究了Cd、Pb、Cu和Zn對(duì)土壤中丁草胺降解的影響，結(jié)果表明各試驗(yàn)中不同濃度的重金屬對(duì)丁草胺的降解均有不同程度的抑制效應(yīng)，Cd、Pb和Cu對(duì)土壤丁草胺降解速率的影響，主要是由于一些具有降解丁草胺能力的微生物的生物活性受到這些重金屬離子的抑制所致。而丁草胺降解被抑制會(huì)增加丁草胺在土壤中的滯留時(shí)間，對(duì)土壤中鎘含量也有一定影響，施加過量丁草胺則會(huì)導(dǎo)致水稻生長緩慢，進(jìn)而影響水稻對(duì)土壤中鎘的吸收[10]。筆者的試驗(yàn)結(jié)果表明，施加丁草胺會(huì)使水稻吸收的鎘大量積累于地下部分，且對(duì)水稻鎘的積累有明顯的促進(jìn)作用。隨丁草胺濃度的增加，水稻地下部分鎘積累的增長速度顯然超過地上部分，且丁草胺乳油對(duì)水稻鎘吸收的促進(jìn)作用強(qiáng)于丁草胺水乳劑。

2.4 丁草胺對(duì)水稻糙米鎘含量的影響

由表4可知，丁草胺乳油組在丁草胺施加濃度為1、4、10 mg/kg時(shí)，水稻糙米的鎘含量分別比CK2增加57.14%、228.57%、342.86%，而丁草胺水乳劑組鎘濃度處理分別比CK2增加71.43%、171.43%、371.43%。這表明丁草胺能顯著促進(jìn)水稻糙米對(duì)鎘的積累，且施加濃度越高促進(jìn)效果越明顯。

3 結(jié) 論

盆栽模擬水稻種植試驗(yàn)結(jié)果顯示，在土壤中施加丁草胺會(huì)提高土壤鎘的有效性，其中施加2、4、6 mg/kg的丁草胺后，土壤有效態(tài)鎘含量分別比未施加丁草胺的對(duì)照（CK2）增加33.14%、39.00%、65.50%，尤其是丁草胺濃度為6 mg/kg時(shí)，土壤有效態(tài)鎘含量達(dá)到峰值，為0.49 mg/kg，若丁草胺濃度超過6 mg/kg，則對(duì)土壤有效態(tài)鎘的促進(jìn)作用會(huì)減弱。丁草胺乳油對(duì)土壤有效態(tài)鎘的促進(jìn)作用明顯強(qiáng)于丁草胺水乳劑。施加丁草胺會(huì)抑制水稻生長，且施加濃度越高抑制作用越明顯，施加10 mg/kg乳油丁草胺后，水稻的根長、株高、葉綠素等指標(biāo)均表現(xiàn)最差，其數(shù)值分別比CK2低69.55%、61.63%、41.26%。丁草胺乳油對(duì)水稻生長量的抑制作用強(qiáng)于丁草胺水乳劑。施加丁草胺會(huì)使水稻吸收的鎘大多積累在根部，并有利于水稻根部對(duì)鎘的吸收，且隨丁草胺濃度的增加水稻地下部分鎘積累的增長速度明顯快于地上部分。丁草胺乳油對(duì)水稻植株鎘吸收的促進(jìn)作用強(qiáng)于丁草胺水乳劑。丁草胺能促進(jìn)水稻糙米對(duì)鎘的積累，施加濃度越高促進(jìn)效果越明顯。

參考文獻(xiàn)：

[1] 洪靜波. 鎘與菲復(fù)合污染土壤的微生物生態(tài)毒理效應(yīng)研究[D]. 上海：上海交通大學(xué)，2005.

[2] 廖自基. 環(huán)境中微量重金屬元素的污染危害與遷移轉(zhuǎn)化[M]. 北京：科學(xué)出版社，1989.

[3] 王連生. 環(huán)境健康化學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，1994.

[4] 周東美，王慎強(qiáng)，陳懷滿. 土壤中有機(jī)污染物-重金屬復(fù)合污染的交互作用[J]. 土壤與環(huán)境，2000，9（2）：143-145.

[5] 李文明，朱天穩(wěn)，邢繼偉. 農(nóng)田土壤重金屬污染與防治[J]. 農(nóng)民致富之友，2013（18）：37-38.

[6] 羅千植，王楊松. 鎘金屬污染對(duì)土壤環(huán)境的影響及防治對(duì)策[J]. 農(nóng)家科技（下旬刊），2016（9）：361.

[7] 余保文，朱 誠. 丁草胺對(duì)鎘脅迫條件下水稻生長、鎘積累及活性氧代謝的影響[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（9）：1878-1886.

[8] 李麗君. 丁草胺和高效氯氰菊酯對(duì)2種海洋微藻的生態(tài)毒性效應(yīng)研究[D]. 廣州：暨南大學(xué)，2006.

[9] Moon Y H. Effects of heavy metal on the degradation of fenitrothion， IBP and butachlor in flooded soil[J]. Journal of Horticultural Sciences，1990，33（2）：138-142.

[10] 王一茹，劉長武，牛成玉，等. 丁草胺在水體中的光解和稻田中歸趨的研究[J]. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1996，16（4）：32-36.

（責(zé)任編輯：張煥裕）