施用錳肥對(duì)根際土壤錳有效性及小麥鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響

姚澄，周天宇，易超，史高玲，沈文忠，張緒美，陳未，樊廣萍*，高巖*

（1.江蘇大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212013；2.江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，南京 210014；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長(zhǎng)江下游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210014；4.太倉(cāng)市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，江蘇 太倉(cāng) 215400）

鎘（Cd）是我國(guó)農(nóng)田土壤污染最嚴(yán)重的重金屬元素之一。根據(jù)2014年公布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國(guó)19%的耕地土壤受到污染，其中Cd為首要污染物，其污染點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)7.00%，每年生產(chǎn)的Cd含量超標(biāo)農(nóng)產(chǎn)品已超過1.46×10kg，形勢(shì)十分嚴(yán)峻。小麥?zhǔn)俏覈?guó)僅次于水稻和玉米的主要糧食作物，在糧食生產(chǎn)中具有重要地位。近年來，我國(guó)一些小麥主產(chǎn)區(qū)的Cd污染問題引起了公眾的廣泛關(guān)注。例如，河南省開封市、新鄉(xiāng)市部分區(qū)域小麥籽粒Cd超標(biāo)率可達(dá)100%。長(zhǎng)期Cd脅迫會(huì)影響小麥的正常生長(zhǎng)，導(dǎo)致減產(chǎn)。小麥對(duì)Cd的吸收較為敏感，其根系對(duì)Cd向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)能力遠(yuǎn)高于水稻，平均是水稻的4倍左右，因此極易通過根部吸收大量Cd，并將Cd轉(zhuǎn)移到籽粒中，從而對(duì)我國(guó)居民身體健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。然而，目前研發(fā)的Cd污染農(nóng)田安全利用技術(shù)多針對(duì)水稻，Cd污染麥田的安全利用問題未受到足夠重視，降低小麥體內(nèi)Cd積累面臨極大挑戰(zhàn)。因此，亟待研發(fā)高效、經(jīng)濟(jì)、適用范圍廣的小麥降Cd技術(shù)。

錳（Mn）是植物必需的微量元素之一，主要以Mn的形式被植物吸收，并參與植物體內(nèi)多種生理過程。Mn與Cd在土壤環(huán)境及植物吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程中存在一定的交互作用。在土壤環(huán)境方面，施用錳肥可以提高土壤中有效態(tài)Mn的含量，減少小麥根系對(duì)Cd的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)。在植物吸收轉(zhuǎn)運(yùn)方面，已有研究推測(cè)施用錳肥降低植物Cd吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的主要機(jī)理有兩個(gè)：一是通過Mn、Cd之間的拮抗作用抑制作物對(duì)Cd的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)，Cd會(huì)借助Mn元素的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白或通道（NRAMP和ZIP等）進(jìn)入到植物體內(nèi)，因此Mn、Cd在作物體內(nèi)吸收轉(zhuǎn)運(yùn)過程中常會(huì)發(fā)生拮抗作用；二是Mn能夠通過參與改善作物的氧化還原過程與呼吸作用，提高植物中超氧化物歧化酶等抗氧化物酶的含量，從而緩解Cd的毒害作用。目前，有關(guān)施Mn對(duì)植物吸收Cd的影響已有諸多報(bào)道，但是大多數(shù)集中在水稻、玉米、油菜和超積累作物，關(guān)于小麥體內(nèi)Cd/Mn拮抗作用及施用硫酸錳對(duì)小麥Cd吸收的影響研究相對(duì)較少。另外，緩控釋肥料可保證功能元素肥料的長(zhǎng)效釋放，也是未來現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展方向，而目前關(guān)于緩控釋功能肥料對(duì)小麥Cd吸收的影響研究未見報(bào)道。

基于此，本研究通過盆栽試驗(yàn)，以小麥為研究對(duì)象，探究施用不同濃度的常規(guī)錳肥和緩釋錳肥對(duì)小麥不同生育期根際土壤中有效態(tài)Cd/Mn含量以及小麥各部位對(duì)Cd/Mn吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的影響，為探明Mn拮抗小麥吸收轉(zhuǎn)運(yùn)Cd的效果、潛力以及如何優(yōu)化相關(guān)參數(shù)提供理論依據(jù)，同時(shí)為小麥安全生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)一步提升提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤取自江蘇省常熟市兩處相鄰重金屬Cd污染農(nóng)田，兩處農(nóng)田土壤Cd污染濃度分別為0.4 mg·kg和7.27 mg·kg，土壤類型為黃泥土。取表層0～20 cm土壤，經(jīng)風(fēng)干去除雜物后，將低Cd污染土壤與高Cd污染土壤按質(zhì)量比3∶1充分混勻，過孔徑2 mm篩備用?；靹蚝蟮耐寥阑纠砘再|(zhì)見表1。供試小麥品種為揚(yáng)麥16，屬于長(zhǎng)江中下游麥區(qū)主推品種。

表1 供試土壤的基本理化性質(zhì)Table 1 Physical and chemical properties of tested soil

供試錳肥分別為常規(guī)硫酸錳粉末（MnSO·HO）和緩釋硫酸錳顆粒。緩釋硫酸錳由硫酸錳顆粒（含量98%，購(gòu)自山東金潤(rùn)梓生物科技有限公司）包膜而成。包膜材料為水性丙烯酸酯，包膜量為15%，另有包膜量為15%的緩釋尿素，均由江蘇艾薩斯新型肥料工程技術(shù)有限公司提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，將土壤風(fēng)干后裝入塑料盆中，每盆5.0 kg。基肥隨土壤裝盆時(shí)施入，每盆加入4 g氮磷鉀復(fù)合肥（N、PO、KO比例為15∶15∶15）和0.39 g緩釋尿素，至盆栽試驗(yàn)結(jié)束不再追肥。Mn以常規(guī)硫酸錳粉末和包膜緩釋硫酸錳顆粒的形式加入土壤，在表層5～10 cm土壤處充分混勻。設(shè)置Mn的添加濃度為13、26、66 mg·kg，分別記作Mn1、Mn2、Mn3（常規(guī)硫酸錳粉末）和SMn1、SMn2、SMn3（包膜緩釋硫酸錳顆粒），未施加錳肥的處理作為對(duì)照，記作CK。試驗(yàn)共設(shè)7個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)12次。小麥于2021年1月播種，每盆10株，一個(gè)月后間苗留8株，生長(zhǎng)期間定量澆水。

1.3 樣品采集與處理

在小麥拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期和成熟期分別采集7個(gè)處理、3個(gè)重復(fù)共21盆小麥植株和土壤樣品。通過抖落法收集小麥根部附近的土壤，并按不同時(shí)期、不同處理分開進(jìn)行風(fēng)干、磨細(xì)，過10目篩后置于塑料封口袋中備用。將采集的植株樣品分為地上部、根部和成熟期的籽粒，樣品用自來水和去離子水清洗后置于烘箱105℃下殺青30 min，65℃烘干至恒質(zhì)量，測(cè)定各部位干物質(zhì)量。用不銹鋼粉碎機(jī)粉碎烘干樣品，過0.25 mm篩后供分析測(cè)試。

1.4 測(cè)試指標(biāo)及方法

土壤（土水比1∶2.5）pH采用pH計(jì)（梅特勒托利多，F(xiàn)E28，德國(guó)）測(cè)定。土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀-外加熱法測(cè)定；全氮含量采用凱氏定氮法測(cè)定；堿解氮含量采用堿解擴(kuò)散法測(cè)定；有效磷含量采用碳酸氫鈉提取，鉬銻抗比色法測(cè)定；速效鉀含量采用乙酸銨提取法測(cè)定。土壤有效態(tài)Cd、Mn含量采用DTPA（二乙基三胺五乙酸）浸提法測(cè)定；土壤Cd、Mn含量采用王水消解，小麥各部位Cd含量采用HNO-HClO（體積比5∶1）消解，土壤和植株消化液以及土壤提取液中的Cd、Mn含量采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（PerkinElmer，NexION-2000，美國(guó)）測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)處理和制圖，使用SPSS 18.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。處理間差異顯著性采用單因素方差分析（ANOVA），Duncan法檢驗(yàn)。采用Pearson相關(guān)系數(shù)表征土壤有效態(tài)Mn含量與各檢測(cè)指標(biāo)之間的相關(guān)性。

小麥根部-地上部Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)=小麥地上部Cd含量/小麥根部Cd含量

小麥地上部-籽粒Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)=小麥籽粒Cd含量/小麥成熟期地上部Cd含量

2 結(jié)果與分析

2.1 施用錳肥對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響

小麥拔節(jié)期、孕穗期、灌漿期和成熟期地上部（不包含籽粒）干質(zhì)量和根部干質(zhì)量以及成熟期籽粒干質(zhì)量變化如表2所示。施用不同濃度和不同種類錳肥對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響存在一定差異。與CK相比，常規(guī)錳肥對(duì)小麥拔節(jié)期的生物量未產(chǎn)生顯著影響；在小麥灌漿期，Mn1、Mn2處理顯著增加了小麥地上部生物量，相比CK增加了21%和17%；在成熟期，常規(guī)錳肥對(duì)小麥地上部生物量的提升效應(yīng)減弱。Mn3處理自孕穗期開始抑制小麥根系的生長(zhǎng)，根系生物量呈現(xiàn)顯著降低趨勢(shì)；而SMn3處理在成熟期顯著增加了根部生物量，增幅為27%，但SMn3對(duì)小麥不同生育期的地上部生物量影響不顯著。SMn1、SMn2處理在小麥拔節(jié)期、孕穗期和成熟期均顯著降低小麥地上部生物量，但在灌漿期，與CK相比小麥地上部、根部生物量均無顯著差異，生物量較前兩個(gè)時(shí)期提升較快。

表2 施用錳肥對(duì)小麥生長(zhǎng)的影響（g·盆-1）Table 2 Effects of manganese fertilizer treatments on the growth of wheat（g·pot-1）

與CK相比，常規(guī)錳肥處理均顯著增加了小麥籽粒質(zhì)量，增幅分別為12%、10%和9%，但隨著Mn濃度的增加，籽粒質(zhì)量增幅并未增加。SMn1、SMn2處理對(duì)小麥籽粒質(zhì)量無顯著影響，但SMn3處理顯著降低了小麥籽粒質(zhì)量，比CK降低了24%。

2.2 施用錳肥對(duì)土壤pH的影響

由圖1可以看出，在小麥各個(gè)生育期，施用錳肥對(duì)土壤pH均未產(chǎn)生顯著影響，但施用硫酸錳肥有降低土壤pH的效應(yīng)，且常規(guī)錳肥對(duì)土壤pH的降低效果集中在小麥生長(zhǎng)前期，緩釋錳肥對(duì)土壤pH的降低效果集中在小麥生長(zhǎng)后期。在小麥拔節(jié)期，施用常規(guī)錳肥使土壤pH與CK相比降低了0.17～0.24；在小麥灌漿期，SMn2、SMn3處理使土壤pH較CK降低了0.05～0.13。

圖1 施用錳肥對(duì)小麥不同時(shí)期土壤pH的影響Figure 1 Effects of manganese fertilizer on soil pH in different growth stages of wheat

2.3 施用錳肥對(duì)土壤Cd、Mn有效性的影響

小麥不同生育期土壤有效態(tài)Cd含量的變化如圖2a所示。施用錳肥在小麥拔節(jié)期與孕穗期對(duì)土壤有效態(tài)Cd含量無顯著影響。在小麥生長(zhǎng)后期，施用常規(guī)錳肥降低了土壤有效態(tài)Cd含量，而施用緩釋錳肥則增加了土壤有效態(tài)Cd含量。在小麥灌漿期，SMn3處理顯著增加了土壤有效態(tài)Cd含量，比CK增加了5%。在小麥成熟期，與CK相比，Mn2、Mn3處理顯著降低了土壤中有效態(tài)Cd含量，降幅均為8%。

施用錳肥后小麥不同生長(zhǎng)期土壤有效態(tài)Mn含量的變化如圖2b所示。CK處理下，土壤有效態(tài)Mn含量隨小麥的生長(zhǎng)逐漸降低。施用常規(guī)錳肥在小麥生長(zhǎng)前期顯著增加了土壤中有效態(tài)Mn含量，但在小麥生長(zhǎng)后期土壤中有效態(tài)Mn含量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。與CK相比，Mn1、Mn3處理分別使拔節(jié)期和孕穗期土壤有效態(tài)Mn含量增加了57%、52%和45%、61%。施用緩釋錳肥在小麥生長(zhǎng)前期對(duì)土壤有效態(tài)Mn的供給明顯低于常規(guī)錳肥，但SMn2、SMn3處理大幅增加了小麥灌漿期和成熟期土壤有效態(tài)Mn含量，分別是CK的3.40、7.25倍和1.27、10.50倍。

圖2 施用錳肥對(duì)小麥不同時(shí)期土壤有效態(tài)Cd和Mn含量的影響Figure 2 Effects of manganese fertilizer on soil available Cd and Mn contents in different growth stages of wheat

2.4 施用錳肥對(duì)小麥根部和地上部Cd、Mn含量的影響

小麥不同生長(zhǎng)時(shí)期各部位Cd、Mn含量的變化如圖3所示。由圖3a可知，小麥根部Cd含量隨著小麥生長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。施用常規(guī)錳肥和緩釋錳肥在小麥拔節(jié)期和孕穗期均顯著降低了小麥根部Cd含量，分別比CK降低了13%～33%和27%～39%。但在小麥生長(zhǎng)后期，施用常規(guī)錳肥和緩釋錳肥均增加了小麥根部Cd含量。在小麥灌漿期，僅SMn1處理顯著降低了小麥根部Cd含量，比CK降低了31%；在小麥成熟期，僅Mn3處理顯著降低了小麥根部Cd含量，比CK降低了32%，并且施用不同濃度緩釋錳肥處理的小麥根部Cd含量均顯著高于施用相應(yīng)濃度常規(guī)錳肥的處理。

由圖3b可知，小麥地上部Cd含量隨小麥生長(zhǎng)呈先下降后上升的趨勢(shì)。地上部Cd含量在小麥拔節(jié)期時(shí)最高，灌漿期時(shí)降到最低，成熟期時(shí)又顯著增加。在小麥拔節(jié)期，施用中、高濃度的常規(guī)和緩釋錳肥均能顯著降低小麥地上部Cd含量，其中SMn2、SMn3處理降幅最高，相比CK均降低31%。在小麥灌漿期，緩釋錳肥處理使小麥地上部Cd含量相比CK顯著降低了15%～26%，且緩釋錳肥處理的小麥地上部Cd含量低于相應(yīng)濃度常規(guī)錳肥處理。在小麥成熟期，施用常規(guī)錳肥和緩釋錳肥均顯著降低了小麥地上部Cd含量，分別比CK降低了19%～43%和26%～35%，且小麥地上部的Cd含量均隨施Mn量的增加呈增加趨勢(shì)。

由圖3c可知，CK處理下，小麥根部Mn含量隨小麥生長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)。施用常規(guī)錳肥能顯著提高小麥拔節(jié)期根部Mn含量，增幅為20%～88%。在小麥生長(zhǎng)前期，施用緩釋錳肥處理的根部Mn含量低于常規(guī)錳肥處理，但能顯著提高小麥灌漿期和成熟期根部Mn含量，且其對(duì)小麥根部Mn含量的影響顯著高于常規(guī)錳肥處理。在小麥灌漿期和成熟期，SMn1、SMn2、SMn3處理下，小麥根部Mn含量分別為CK的1.54、3.84、4.38倍和2.48、3.78、3.24倍。

不同生育期小麥地上部Mn含量的變化如圖3d所示。小麥地上部Mn含量在拔節(jié)期、孕穗期和灌漿期變化不明顯，而在成熟期大幅上升。在小麥生長(zhǎng)前期，地上部Mn含量隨常規(guī)錳肥施用量的增加而增加，但僅Mn3處理在小麥孕穗期顯著增加了地上部Mn含量。在小麥成熟期，施用常規(guī)錳肥和緩釋錳肥均顯著增加了小麥地上部Mn含量，比CK增加了47%～103%；施用緩釋錳肥處理的小麥地上部Mn含量顯著高于相應(yīng)濃度的常規(guī)錳肥處理，且隨著施用錳肥濃度的增加而增加。

圖3 施用錳肥處理對(duì)小麥各時(shí)期根部和地上部Cd和Mn含量的影響Figure 3 Effects of manganese fertilizer application on Cd and Mn contents in roots and shoots of wheat in different growth stages

2.5 施用錳肥對(duì)小麥籽粒Cd、Mn含量的影響

小麥籽粒中Cd、Mn含量的變化如圖4所示。由圖4a可知，施用錳肥均能降低小麥籽粒中Cd含量，施用常規(guī)錳肥和緩釋錳肥分別使小麥籽粒Cd濃度降低了2%～27%和5%～17%。施用常規(guī)錳肥處理中，小麥籽粒中Cd含量隨著Mn施用量的增加而逐漸降低。所有施錳處理中，僅Mn2、Mn3和SMn2處理顯著降低了小麥籽粒中Cd含量，分別比CK降低了14%、27%和17%。

由圖4b可知，施用錳肥均顯著增加了小麥籽粒中Mn含量。與CK相比，施用常規(guī)錳肥處理使小麥籽粒Mn含量增加了10%～37%，施用緩釋錳肥處理小麥籽粒Mn含量增加了18%～55%。除SMn1處理中小麥籽粒Mn含量顯著低于施用相應(yīng)濃度常規(guī)錳肥處理外，SMn2、SMn3處理中小麥籽粒Mn含量均顯著高于相應(yīng)濃度常規(guī)錳肥處理。

圖4 施用錳肥處理對(duì)小麥籽粒Cd、Mn含量的影響Figure 4 Effects of manganese fertilizer treatments on Cd and Mn contents of wheat grains

2.6 土壤有效態(tài)Mn含量、小麥各部位Cd、Mn含量和Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)的相關(guān)性分析

對(duì)土壤有效態(tài)Mn含量與小麥各部位Cd、Mn含量和小麥根部-地上部Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見表3。在小麥拔節(jié)期、灌漿期和成熟期，土壤有效態(tài)Mn含量與小麥地上部與根部Mn含量均呈正相關(guān)關(guān)系，其中灌漿期和成熟期的土壤有效態(tài)Mn含量與小麥地上部與根部Mn含量的相關(guān)性達(dá)到顯著性水平（＜0.05），尤其在小麥灌漿期，土壤有效態(tài)Mn含量與小麥根部Mn含量呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），表明施用錳肥提高了土壤有效態(tài)Mn含量，并促進(jìn)了小麥根部和地上部對(duì)Mn的吸收。在灌漿期，小麥根部Mn含量與小麥地上部和根部Cd含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；在小麥成熟期，土壤有效態(tài)Mn含量與小麥地上部和根部Cd含量均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且小麥地上部Mn含量與小麥根部Cd含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在小麥4個(gè)生育期，根部Mn含量均與小麥地上部Cd含量和根部-地上部Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明施用錳肥在促進(jìn)小麥根部Mn吸收的同時(shí)，可以拮抗小麥地上部對(duì)Cd的吸收。但在成熟期，小麥根部Mn含量與根部Cd含量呈極顯著正相關(guān)（＜0.01），通過分析小麥籽粒Cd含量與小麥地上部Mn含量以及和小麥地上部-籽粒Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)的相關(guān)性（圖5），發(fā)現(xiàn)小麥籽粒Cd含量與小麥地上部Mn含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（＜0.05），與小麥地上部-籽粒Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（＜0.05）。

表3 土壤有效態(tài)Mn含量與小麥各部位Cd、Mn含量和根部-地上部Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis between soil available Mn content，wheat Cd，Mn content and Cd transfer coefficient from roots to shoots

圖5 小麥籽粒Cd含量與成熟期小麥地上部Mn含量、地上部-籽粒Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)的相關(guān)性分析Figure 5 Correlation analysis of wheat grain Cd content with aboveground Mn content and Cd transfer coefficient from shoots to grains in mature wheat

3 討論

3.1 施用錳肥對(duì)小麥生物量的影響

Mn是植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的微量元素，主要以Mn的形式被植物吸收。在本試驗(yàn)中，施用錳肥對(duì)小麥生長(zhǎng)沒有明顯的促進(jìn)作用，特別是緩釋錳肥處理對(duì)小麥根部生長(zhǎng)產(chǎn)生了抑制作用。這與WANG等和HUANG等在堿性土壤上施用高量硫酸錳肥的研究結(jié)果不一致。這可能是因?yàn)楸驹囼?yàn)的供試土壤為酸性土壤，土壤Mn有效態(tài)含量相對(duì)較高，對(duì)小麥生長(zhǎng)有一定的負(fù)面影響。在灌漿期，SMn3處理會(huì)在短時(shí)期內(nèi)釋放大量硫酸錳，土壤有效態(tài)Mn含量顯著增加，從而影響了小麥的正常生長(zhǎng)。

3.2 施用錳肥對(duì)土壤Cd、Mn有效性的影響

土壤中重金屬有效態(tài)含量是影響小麥根部重金屬吸收的重要因素。本研究發(fā)現(xiàn)，施用緩釋錳肥在小麥灌漿期增加了土壤中有效態(tài)Cd含量，這可能與小麥生長(zhǎng)后期緩釋錳肥大量釋放硫酸錳有關(guān)，而常規(guī)錳肥在小麥成熟期降低了土壤有效態(tài)Cd含量（圖2a）。有研究表明，在有氧條件下，土壤中Cd與硫酸根離子能形成可溶于水的CdSO絡(luò)合物，提高Cd的有效性。此外，硫酸鹽可以降低土壤的pH值，Mn氧化和水解也會(huì)降低土壤的pH值，從而增加土壤中Cd的有效性，這與本試驗(yàn)的結(jié)果相一致。本研究中SMn2、SMn3處理在小麥灌漿期降低了土壤pH值（圖1）。常規(guī)錳肥處理在小麥成熟期降低了土壤有效態(tài)Cd含量，可能是因?yàn)樵诤档貤l件下，施用的常規(guī)錳肥隨小麥生長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為氧化錳，增強(qiáng)了對(duì)土壤中Cd的吸附。有研究表明，外源施加Mn能增加土壤中鐵錳氧化物的含量，增強(qiáng)對(duì)Cd固定的能力，改變土壤中Cd的賦存形態(tài)，從而降低土壤中Cd的生物有效性。本研究還發(fā)現(xiàn)，施用錳肥顯著提高了土壤中有效態(tài)Mn含量，其中施用常規(guī)錳肥在小麥生長(zhǎng)前期能顯著提高土壤中有效態(tài)Mn含量，在小麥生長(zhǎng)后期明顯低于緩釋錳肥（圖2b）。這與緩釋肥的釋放特征有關(guān)，基施的緩釋錳肥在小麥生長(zhǎng)前期對(duì)土壤中Mn的供給較常規(guī)錳肥少，隨著緩釋錳肥不斷將Mn釋放到土壤中，在小麥生長(zhǎng)后期會(huì)向土壤供給大量的有效態(tài)Mn。而施用常規(guī)錳肥的處理中，基施的硫酸錳容易轉(zhuǎn)化成氧化錳，從而降低小麥生長(zhǎng)后期土壤中有效態(tài)Mn的含量。

3.3 施用錳肥對(duì)小麥根部和地上部Cd、Mn含量的影響

本研究發(fā)現(xiàn)，施用錳肥顯著增加了土壤中有效態(tài)Mn的供給，促進(jìn)了小麥拔節(jié)期、灌漿期和成熟期根部對(duì)Mn的吸收（圖3c），進(jìn)而抑制了小麥地上部和根部對(duì)Cd的吸收。這與WANG等的研究結(jié)果一致，基施硫酸錳肥促進(jìn)了小麥根部Mn吸收，顯著降低了小麥Cd吸收。大量研究表明，土壤中Cd主要被小麥根系吸收，然后從根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。Mn與Cd在作物根細(xì)胞中具有共同的轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)，即主要借助位于作物根部表皮細(xì)胞質(zhì)膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Nramp5）從土壤進(jìn)入小麥根部細(xì)胞中，隨后Cd主要通過木質(zhì)部（轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白TaHMA3等）從根部向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。由于轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（Nramp5）基因的表達(dá)量在作物體內(nèi)數(shù)量有限，且不受Mn濃度的影響，所以過量的Mn會(huì)和Cd競(jìng)爭(zhēng)這些載體。本試驗(yàn)中，基施錳肥顯著降低了小麥根部Cd吸收，可能是因?yàn)镸n與Cd會(huì)競(jìng)爭(zhēng)同一轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，并且在Mn和Cd共存條件下，Mn會(huì)優(yōu)先結(jié)合細(xì)胞膜上的載體蛋白，從而對(duì)Cd的吸收產(chǎn)生拮抗作用，進(jìn)而抑制小麥對(duì)Cd的吸收。相關(guān)性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在小麥全生育期，根部Mn含量與地上部Cd含量、根部-地上部Cd轉(zhuǎn)移系數(shù)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步表明施用錳肥對(duì)小麥Cd吸收具有良好的拮抗效果。

從不同生育期小麥地上部Cd含量的變化趨勢(shì)來看，拔節(jié)期小麥地上部Cd含量最高，在孕穗期和灌漿期逐漸降低，在灌漿期至成熟期又逐漸上升（圖3b）。這表明小麥拔節(jié)期和灌漿期至成熟期是抑制其Cd吸收的關(guān)鍵時(shí)期，與前人的研究結(jié)果一致。姜麗娜等通過大田試驗(yàn)研究Cd在小麥體內(nèi)的吸收、分配和積累規(guī)律，結(jié)果表明，灌漿期和拔節(jié)-抽穗期Cd吸收量及吸收速率顯著高于其他時(shí)期，是Cd污染控制的關(guān)鍵時(shí)期。

3.4 施用錳肥對(duì)小麥籽粒Cd、Mn含量的影響

本研究中，施用錳肥均顯著增加了小麥籽粒中Mn含量（圖4b），這與以往大量的研究結(jié)果相一致。另外，本研究發(fā)現(xiàn)施用錳肥均能降低小麥籽粒Cd含量，但降低效果不明顯，僅Mn2、Mn3和SMn2處理顯著降低了小麥籽粒中Cd含量（圖4a）。這很可能與本研究的供試土壤為Cd重度污染土壤，且土壤偏酸性有關(guān)。此外，也可能是施用錳肥抑制了小麥生長(zhǎng)，導(dǎo)致小麥組織損傷，運(yùn)輸機(jī)能受損，從而減少了Cd向地上部和籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。WANG等的研究表明，在重度堿性Cd污染土壤上基施500、1 000、2 000 mg·kg的硫酸錳能顯著降低小麥籽粒中Cd含量，但仍不能達(dá)到國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)，說明在重度污染土壤中，單一施用錳肥無法實(shí)現(xiàn)小麥安全生產(chǎn)。

進(jìn)一步分析本研究小麥籽粒中Cd含量降低的原因，發(fā)現(xiàn)常規(guī)錳肥處理中，籽粒中Cd含量與成熟期土壤中有效態(tài)Cd含量呈正相關(guān)關(guān)系，證明常規(guī)硫酸錳主要通過提高土壤中氧化錳的含量來降低土壤中Cd有效態(tài)，進(jìn)而降低籽粒中Cd含量。緩釋錳肥處理中，籽粒中Cd含量與小麥地上部Mn含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（＜0.05），說明緩釋錳肥主要通過后期釋放大量Mn，與Cd產(chǎn)生拮抗作用，降低小麥籽粒Cd含量。因此可以推測(cè)，在小麥Cd吸收的關(guān)鍵時(shí)期（即拔節(jié)期和灌漿-成熟期），可通過施用錳肥來達(dá)到降低土壤中Cd有效性和拮抗小麥Cd吸收的雙重效果。在以后的研究中需要進(jìn)一步優(yōu)化錳肥的施用方式和施用時(shí)期，以實(shí)現(xiàn)Cd污染土壤的安全利用。此外，雖然土施錳肥可以降低作物籽粒Cd含量，但是單獨(dú)基施錳肥無法保證小麥籽粒的Cd含量達(dá)到國(guó)家Cd安全限量標(biāo)準(zhǔn)。目前有大量研究表明葉面噴施錳肥、鋅肥能有效降低作物籽粒中Cd含量。陶雪瑩等發(fā)現(xiàn)葉面噴施4、8、12 mmol·L的MnSO和ZnSO能使小麥籽粒Cd含量降低9.28%～35.25%；尹曉輝發(fā)現(xiàn)噴施葉面錳肥可以有效增強(qiáng)葉面光合作用，調(diào)節(jié)多種酶的活性，增強(qiáng)作物的抗逆性，從而減少地上部Cd向籽粒的轉(zhuǎn)運(yùn)。因此，建議在小麥Cd吸收關(guān)鍵期（拔節(jié)期以及灌漿-成熟期）組合葉面噴施錳肥和鋅肥，既能抑制小麥根系Cd向地上部的遷移，也能抑制Cd向小麥籽粒的轉(zhuǎn)移。

4 結(jié)論

（1）施用錳肥可降低土壤pH值，同時(shí)顯著提高土壤中有效態(tài)Mn含量。常規(guī)錳肥在小麥生長(zhǎng)前期對(duì)土壤有效態(tài)Mn的供給高于緩釋錳肥；緩釋錳肥在生長(zhǎng)后期顯著提高了土壤中有效態(tài)Mn含量。

（2）基施錳肥促進(jìn)了小麥根部對(duì)Mn的吸收，降低了小麥根部對(duì)Cd的吸收，減少了小麥根部Cd向地上部的轉(zhuǎn)移。

（3）施用26、66 mg·kg常規(guī)錳肥和26 mg·kg緩釋錳肥顯著降低了小麥籽粒中Cd含量，降幅分別為14%、27%和17%。

（4）在中、重度Cd污染土壤中，單施錳肥不能保證小麥的安全生產(chǎn)，需要同時(shí)采取更多有效措施或綜合農(nóng)藝技術(shù)，進(jìn)一步降低Cd在小麥籽粒中的積累。