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福建菜后稻氮磷钾施肥指标研究

李娟, 章明清, 姚宝全, 孔庆波

李娟, 章明清, 姚宝全, 孔庆波. 福建菜后稻氮磷钾施肥指标研究[J]. 福建农业学报, 2013, 28(2): 113-119. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2013.02.005
引用本文: 李娟, 章明清, 姚宝全, 孔庆波. 福建菜后稻氮磷钾施肥指标研究[J]. 福建农业学报, 2013, 28(2): 113-119. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2013.02.005
LI Juan, ZHANG Ming-qing, YAO Bao-quan, KONG Qing-bo. NPK Fertilization for Rice on Fields in Fujian after Vegetable Harvest[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2013, 28(2): 113-119. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2013.02.005
Citation: LI Juan, ZHANG Ming-qing, YAO Bao-quan, KONG Qing-bo. NPK Fertilization for Rice on Fields in Fujian after Vegetable Harvest[J]. Fujian Journal of Agricultural Sciences, 2013, 28(2): 113-119. DOI: 10.19303/j.issn.1008-0384.2013.02.005

福建菜后稻氮磷钾施肥指标研究

基金项目: 

福建省科技计划项目——省属公益类科研院所基本科研专项(2011R1024-1)

国际植物营养研究所(IPNI)项目(Fujian-11)

福建省自然科学基金(2011J01112)

详细信息
    作者简介:

    李娟(1977-),女,硕士,副研究员,主要从事平衡施肥和施肥与环境研究(E-mail:lj-95@163.com);章明清(1963-),男,博士,研究员,主要从事平衡施肥和施肥与环境领域研究(E-mail:zhangmq2001@163.com)

  • 中图分类号: S511

NPK Fertilization for Rice on Fields in Fujian after Vegetable Harvest

  • 摘要: 为建立福建菜后稻氮磷钾施肥指标,在福建省蔬菜主产区进行63个菜后稻氮磷钾肥效田间试验。结果表明,菜后稻的空白区产量与平衡施肥产量之间满足线性关系,菜田对稻谷产量的平均贡献率为79.1%,施用氮磷钾平均增产16.5%、6.7%和9.0%。“极高”土壤肥力等级的碱解氮、Olsen-P和速效钾含量分别为>230mg.kg-1、>54 mg.kg-1和>140 mg.kg-1,“中低”土壤肥力等级则分别为<200 mg.kg-1、<19mg.kg-1和<74mg.kg-1,“高”土壤肥力等级的相应指标范围则介于二者之间。“极高”土壤肥力等级的超高产水稻经济施肥量为N 150kg.hm-2、P2O545kg.hm-2和K2O 92kg.hm-2,“高”土壤肥力等级的普通水稻品种经济施肥量为N 62kg.hm-2、P2O520kg.hm-2和K2O 57kg.hm-2,“中低”土壤肥力等级则为N120kg.hm-2、P2O537kg.hm-2和K2O 40kg.hm-2。土测值与菜后稻的推荐施肥量之间满足指数模型,建立了不同土壤肥力等级的土测值与推荐施肥量的回归方程式,达到了因土施肥的目的。
    Abstract: Sixty-three field experiments to determine the rice′s responses to NPK fertilizations after vegetable harvest were conducted to establish the optimal fertilization indices for the province.The rice yield under the blank and balanced fertilization showed a linear function mathematically.The average contribution rate of soil nutrients to the rice yield was 79.1%,and the average yield increases attributed to the N,P and K applications were 16.5%,6.7% and 9.0%,respectively.The critical indices of alkali-hydrolyzable N,Olsen-P and available K in the soils of "extremely high fertility" were greater than 230 mg·kg-1,54 mg·kg-1 and 140 mg·kg-1,respectively;less than 200 mg·kg-1,19 mg·kg-1 and 74 mg·kg-1,respectively,in the soil of "low-to-medium fertility";and,in between in the soil of "high fertility".In general,the economic application rates for the soils of extremely high fertility were N 150 kg·hm-2,P2O5 45 kg·hm-2,and K2O 92 kg·hm-2;N 62 kg·hm-2,P2O5 20 kg·hm-2 and K2O 57 kg·hm-2 for the soils of high fertility;and N 120 kg·hm-2,P2O5 37 kg·hm-2 and K2O 40 kg·hm-2 for the soils of low-to-middle fertility.The correlation between the soil analytical results and the recommended fertilizations fitted an exponential model,which would provide a guideline for appropriate fertilization.
  • 铅(Pb)是一种灰色重金属,广泛存在于人类和动物生活环境中,与之相关的行业达数十种,如电池[1]、有色金属冶金[2]、染料、印刷、防腐剂以及化妆品[3]等。铅也是一种具有神经毒性的重金属,是常见的环境污染物之一,它在机体的沉积会随着剂量和时间的增加而增加[4]。因此,对人类和动物都有毒害作用,特别是对机体的神经系统、生殖系统、呼吸系统和泌尿系统都有不良影响[5]。2013年12月,国家环保部发布了《铅、锌工业污染物排放标准》(GB 25466-2010),规定铅的排放标准为小于1.0 mg·L-1。但近年来,随着工业废气、废水和废渣以及与日俱增的汽车尾气的排放,铅通过空气和食物链大量进入人体,造成多种疾病。Pb2+也会进入植物体内,多积累于根部分裂生长旺盛的部位,破坏细胞内的染色体[6],同时,也会引起植物体一系列生理代谢紊乱[7]

    微核(micronucleus,MCN)是指细胞中独立于主核之外的小核,主要是由外界环境因素作用细胞后,导致细胞染色体断裂或丢失,形成无着丝粒的片段,或在有丝分裂后期移动滞后的染色体,从而在子代细胞形成时,在细胞质中形成1个或数个微核[8]。微核被广泛用作生物标志物,与多种和遗传相关的疾病都有良好的相关性,尤其是在指示人类癌症的发生、发展及其治疗等方面得到了人们的普遍认同[9]。蚕豆是一种经典的遗传学研究材料,蚕豆微核试验具有快速、简便、经济、重复性好和灵敏度高的优点,而且其检测结果与动物试验结果具有高度的一致性[10],因此,在化学诱变、环境监测、辐射损伤及多种化学品风险评价等领域被广泛应用。为此,本文研究Pb2+对蚕豆根尖细胞的毒害作用,探索高量铅污染对植物体细胞微核形成及异常分裂的诱导效应,以期为发现、减少和排除铅污染提供参考。

    蚕豆选用市售2016年新种优质青皮蚕豆;醋酸铅、盐酸、无水乙醇、碱性品红、苯酚等常用试剂均为国产分析纯或生化试剂。

    蚕豆根尖微核试验的方法参见Kanaya等[11]并进行适当改良。用蒸馏水对挑选出来的饱满无虫害、大小均一的蚕豆进行浸种催芽,将醋酸铅用蒸馏水配制成质量浓度为0.5、1、5、10、30 mg·L-1的溶液,对照用蒸馏水,按试验方法分别处理蚕豆根尖6、12 h,恢复培养后用卡诺固定液固定,70%乙醇溶液于4℃冰箱中保存备用。6 mol·L-1的盐酸溶液室温酸解,改良石碳酸品红染液染色,每个处理镜检3个根尖,每个根尖至少计数1 000个细胞,统计其中具有微核的细胞数。根据下式计算平均微核率(micronucleus rate,MCN‰)及微核指数(micronucleus index,MI)。

    \begin{array}{l} {\rm{微核千分率}}\left( {\mathit{MCN}{\rm{‰}}} \right) = \left( {{\rm{含有微核的细胞数/观察的细胞总数}}} \right) \times 1000\\ {\rm{微核指数}}\left( {\mathit{MI}} \right) = {\rm{处理组样本的微核率/对照组样本的微核率}} \end{array}

    微核指数即污染指数(pollution index,PI),当0<PI<1.5为基本无污染;1.5≤PI<2.0为轻度污染;2.0≤PI<3.5为中度污染;PI≥3.5为重度污染[12]

    数据采用SPSS 13.0软件进行统计分析,Microsoft Excel 2003作图。

    醋酸铅处理蚕豆根尖细胞可诱导产生微核,细胞内出现单微核、双微核以及三微核等,且在蚕豆根尖细胞有丝分裂各时相中均能观察到微核。同时,显微镜下还能观察到染色体畸变,如染色体丢失、染色体断片、染色体滞后等现象(图 1),说明醋酸铅处理对蚕豆根尖细胞遗传物质造成不同程度的损伤所用。

    图  1  处于细胞不同分裂时期的微核及染色体异常情况(×400)
    注:A为处于细胞间期的微核;B为处于细胞分裂前期的微核;C为处于细胞分裂末期的微核;D为染色体分配不均;E为染色体丢失;F为细胞分裂末期染色体断片;G为细胞分裂末期染色体滞后;H为双微核。左下角的内嵌图为箭头所示处放大。
    Figure  1.  Micronucleus V.faba after lead acetate treatment (×400)

    表 1可知,处理液质量浓度和微核率之间呈现明显的剂量-效应关系,即随着染毒剂量的增加,蚕豆根尖细胞微核率逐渐升高,说明不同质量浓度的醋酸铅溶液对蚕豆根尖细胞的遗传物质具有不同程度的毒害作用。在染毒6 h的条件下,当醋酸铅溶液质量浓度低于30.0 mg·L-1时,各处理组间细胞微核率无显著性差异(P>0.05);当醋酸铅溶液质量浓度为30.0 mg·L-1时,该处理组较对照组、0.5、1.0 mg·L-1处理组的微核率分别高6.60‰、5.96‰和4.66‰,达到显著性差异水平(P<0.05),表明30 mg·L-1的醋酸铅溶液在处理蚕豆根尖6 h后具有显著的诱变效应,对蚕豆的危害比较严重。

    表  1  醋酸铅溶液对蚕豆根尖细胞微核率的影响
    Table  1.  Effect of lead acetate treatment on micronucleus occurrence rate in root-tip cells of V. faba
    质量浓度/
    (mg·L-1)
    6 h 12 h
    微核率/‰ 污染指数 污染程度 微核率/‰ 污染指数 污染程度
    0 2.31±1.428 a 1.00 基本无污染 1.58±1.094 Aa 1.00 基本无污染
    0.5 2.95±1.026 a 1.28 基本无污染 3.70±0.776 ABab 2.34 中度污染
    1.0 4.25±0.862 a 1.84 轻度污染 7.21±0.561 Bbc 4.56 重度污染
    5.0 4.88±3.492 ab 2.11 中度污染 8.53±3.143 BCc 5.40 重度污染
    10.0 6.02±1.963 ab 2.61 中度污染 8.35±1.182 BCc 5.28 重度污染
    30.0 8.91±3.154 b 3.86 重度污染 12.63±3.189 Cd 7.99 重度污染
    注:表中数据后不同小写字母表示组间差异显著(P<0.05),不同大写字母表示组间差异极显著(P<0.01)。
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    表 1还可看出,在染毒12 h的条件下,当醋酸铅溶液质量浓度为0.5 mg·L-1时,与对照组及1.0 mg·L-1处理组的微核率无显著性差异(P>0.05),表明此时蚕豆受到的影响较小;当醋酸铅溶液质量浓度为1.0~10.0 mg·L-1时,各处理组间微核率无显著性差异(P>0.05),但均极显著高于对照组(P<0.01);当醋酸铅溶液质量浓度为30 mg·L-1时,其微核率显著高于其余各处理组(P<0.05),且极显著高于对照组及0.5、1.0 mg·L-1处理组(P<0.01),表明此时蚕豆根尖细胞受到了极大的伤害。此条件下,仅0.5 mg·L-1处理组为中度污染,其余处理组均属于重度污染。

    图 2可知,相同质量浓度的醋酸铅溶液处理蚕豆根尖时,12 h处理组的蚕豆根尖细胞微核率明显高于6 h处理组,且只有当醋酸铅溶液质量浓度为1 mg·L-1时,12 h处理组的蚕豆根尖细胞微核率较极显著高于6 h处理组(P<0.01),推测蚕豆根尖细胞的遗传物质在1 mg·L-1醋酸铅溶液处理下对时间的延长较为敏感。由此表明,Pb2+染毒剂量越高,处理时间越长,对蚕豆细胞的毒害作用就越大,诱变效应也随之增强。

    图  2  不同处理时间对蚕豆根尖细胞微核率的影响
    Figure  2.  Effect of treatment time on micronucleus occurrence rate in root-tip cells of V. faba

    铅是一种植物生长非必需且毒性较大的重金属元素[13],也是对人体有毒性的微量元素之一[14],由于人类各种频繁的活动使环境受到了广泛的铅污染,铅摄入量过高对植物、动物及人类的细胞都具有极其严重的毒害作用。蚕豆根尖细胞的本底微核率是微核试验成功的关键因素之一,有学者认为在正常情况下,本底微核率应低于10‰[15],本研究中各组本底试验均已小于3‰,表明试验结果可信性较高。研究结果表明,低量的Pb2+(0.5 mg·L-1)短时间内(6 h)对蚕豆的根尖细胞无明显的遗传毒害作用,其PI=1.28,属于基本无污染。吴丽娜等[16]的研究表明,Pb2+在0.05~3.0 mg·L-1时染毒6 h未发现铅对蚕豆根尖细胞存在致突变性作用,与本研究结论一致。但当Pb2+为1 mg·L-1时,微核率为4.25‰,较其在同等条件下的试验结果高0.5‰,这可能与供试材料、试验试剂等有一定关系。本研究中,用30 mg·L-1的Pb2+染毒6 h,微核率显著高于对照组,曹德菊等[17]的研究也得到了相似的结论,表明Pb2+为10 mg·L-1时,表现出稳定的、强度较大的诱变效应,且当Pb2+达25 mg·L-1时,产生显著的毒害作用,与本研究结论一致。

    试验显示,醋酸铅处理蚕豆根尖细胞可诱导产生微核,且诱导作用与染毒剂量呈现正比关系,同时,微核率随着染毒时间的延长而升高,由此推断,Pb2+对细胞的作用时间越长,其在机体细胞内的积累就越多,毒性就越高,这与毛学文等[6]的研究结论相似。

    在正常情况下,细胞具有一定的自我修复DNA损伤或染色体的能力,但如果所处环境的胁迫作用超过了DNA或染色体的自我修复能力,则会形成染色体断片,由于其无着丝点,在有丝分裂的过程中得不到纺锤丝的牵引,不能到达两极的子细胞核中,留在细胞质中便形成了微核[18]。本研究观察到,醋酸铅处理对蚕豆根尖细胞有丝分裂的影响包括染色体形态和结构的变化,如染色体断片、染色体桥、染色体移动滞后等现象,由此表明,机体内Pb2+的沉积会表现出一定的遗传毒性,且毒性呈剂量-效应关系,即随着体内富集剂量的增加,对个体产生的伤害将会越来越严重。因此,应该严格控制铅的排放,以免对环境及人体造成危害。

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出版历程
  • 收稿日期:  2012-10-09
  • 刊出日期:  2013-02-17

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