不同母质土壤-水稻系统Cd吸收累积特征及差异

通过选取土壤有效态镉(Cd)含量相近、母质不同的水稻土河沙泥(河流冲积物发育)和紫泥田(紫色砂页岩母质发育),添加不同浓度的外源Cd(0,0.5,1,2,5mg/kg)模拟Cd污染稻田土壤进行盆栽试验,研究不同母质稻田土壤Cd胁迫条件下水稻不同生育期对Cd吸收累积的差异,并推算出土壤Cd环境安全临界值。结果表明,水稻生育期2种土壤有效态Cd含量均在分蘖期最高,河沙泥有效态Cd含量平均为0.47mg/kg,紫泥田平均为0.36mg/kg,同一外源Cd水平下,河沙泥土壤有效态Cd含量高于紫泥田。对河沙泥而言,随着外源Cd浓度的增加,水稻总生物量呈现先增加后下降的趋势,当外源Cd浓度为1mg/kg时达到最大生物量,为47.11g/pot;而紫泥田水稻生物量呈现逐渐增加的趋势,但各处理间差异不显著(P0.05)。2种土壤中水稻糙米、谷壳、茎叶、根Cd含量均随外源Cd浓度的增加而增加,整体分布特征为根茎叶谷壳糙米,且河沙泥高于紫泥田;河沙泥水稻平均Cd累积量为51.71μg/pot,紫泥田平均Cd累积量为42.56μg/pot,2种土壤成熟期水稻Cd累积量对比分蘖期分别增加1.45,1.07倍。回归分析表明,河沙泥和紫泥田稻米Cd超标的土壤Cd安全临界值分别为2.03,3.14mg/kg。水稻对Cd的吸收累积特征及土壤Cd安全临界值因土壤母质不同而存在显著差异。     

田间施用石灰和有机肥对水稻吸收镉的影响

通过大田试验探究不同用量的有机肥与石灰对土壤pH、有机质和Cd有效态含量以及不同生育期水稻各器官中积累Cd的动态变化。结果表明:成熟期水稻各器官Cd含量规律为根>茎>叶片>稻壳>糙米。石灰的施用能显著提高土壤pH,在分蘖期时,低用量石灰与高用量石灰处理下土壤pH分别提高1.35,1.84个单位;有机肥的施用可以增加有机质含量,与对照相比,高用量有机肥处理在分蘖期时有机质含量提高6.60 g/kg,在成熟期提高2.72 g/kg。灌浆期是水稻吸收积累Cd的重要时期,石灰和有机肥的施用均能降低灌浆期土壤中有效态Cd含量,高用量有机肥与高用量石灰处理下土壤有效态Cd含量显著降低,分别降低52.05%和46.87%。有机肥和石灰均能显著降低糙米Cd含量,降Cd效果为高用量有机肥>高用量石灰>低用量有机肥>低用量石灰,高用量有机肥处理的效果最好,糙米Cd含量降低68.20%。     

有机物料对土壤中外源镉形态与生物有效性的影响研究

盆栽试验研究稻草与紫云英对土壤中外源Cd形态及其生物有效性的影响结果表明 ,添加稻草与紫云英可降低水稻分蘖期潮土和红壤交换态镉含量 ,且二者在不同土壤的影响不同。 2种有机物料在水稻分蘖期固定作用并不稳定 ,随时间的推移 ,氧化锰结合态和紧有机质结合态吸附的镉将随紧有机质的分解和活性锰的还原被释放出来 ,并向交换态镉转化 ,提高Cd的生物有效性。水稻对外源Cd吸收与Cd在土壤中形态密切相关 ,水稻分蘖期稻草与紫云英均可抑制水稻根和茎叶对外源Cd的吸收 ,至成熟期水稻根、茎叶和糙米中Cd含量迅速增加 ,其根本原因是由于土壤中交换态镉含量提高和紧有机质结合态镉含量降低所致     

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

  【目的】  研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。  【方法】  盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土 (总镉 1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理:紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。  【结果】  1) GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2) GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻根部Cd累积量55.4%和57.8%。与紫云英单独还田(GM)相比,紫云英配施石灰还田(GL)减少了稻米中Cd的累积量,而紫云英配施生物炭还田(GB)提高了成熟期水稻根部Cd富集系数和茎叶–籽粒的Cd转运系数,导致水稻籽粒中Cd含量(0.08 mg/kg)显著高于对照(低于国家稻米Cd含量标准)。3)冗余分析(RDA)和随机森林模型预测结果显示,土壤pH、可溶性有机碳(DOC)和土壤有效磷(AP)是决定土壤Cd生物有效性的最重要的环境因子。  【结论】  紫云英还田提高了水稻产量,配施石灰或生物炭还田可通过提高土壤pH而有效降低土壤有效Cd含量。紫云英配施石灰可减少稻米中的Cd含量,而紫云英配施高量生物炭则会增加稻米Cd污染的风险。     

紫云英还田对水稻镉和铅吸收积累的影响

通过水稻盆栽试验研究紫云英还田对污染水稻吸收积累镉(Cd)和铅(Pb)的影响.结果表明:(1)与对照(不施肥)相比,纯化肥处理对土壤pH及土壤有效Cd、Pb含量没有显著影响;而紫云英还田可以显著提高土壤pH,显著提高土壤有效Pb的含量,对Cd无显著影响;在紫云英还田的基础上添加石灰虽然可以进一步提高土壤pH,但对土壤有效Cd、Pb含量并没有产生显著影响.(2)施用紫云英可以提高水稻根系对Pb的吸收,地上部分则呈现为分蘖期促进、成熟期抑制的作用,最终可显著降低糙米中的Pb含量.(3)施用紫云英可显著抑制水稻植株地上和地下部分对Cd的积累,尤其是地上部分的Cd含量,无论是分蘖期和成熟期均显著低于对照和纯化肥处理,其中糙米中的Cd含量降幅可达80％.研究结果还表明,紫云英还田不仅可以增加肥力,还可以显著抑制糙米对土壤Cd、Pb的吸收;但紫云英还田量不能太高,以30 000kg/hm2较佳.     

阻隔主要外源输入重金属对土壤-水稻系统中镉铅累积的影响

土壤-水稻系统中重金属输入输出调控对稻田污染防治和水稻安全生产具有重要意义。该文研究稻草移除、截断大气沉降、清洁水灌溉等调控措施对稻田土壤-水稻系统中重金属Cd和Pb的累积与运移特征的影响。结果表明,稻草移除、截断大气沉降和清洁水灌溉均能明显降低污染土壤中有效态重金属含量和水稻中重金属的累积量。与稻草还田对照处理相比,除种植早稻后的土壤有效态Pb含量外,稻草移除处理下土壤中有效态Cd、Pb含量均略有降低,且在该处理下,早稻糙米中Pb含量与晚稻糙米中Cd、Pb含量显著降低,降幅分别为3.6%、10.4%和32.4%;稻草移除+截断大气沉降处理下,土壤中有效态Cd、Pb含量均不同程度地下降,种植晚稻后的土壤有效态Pb含量显著降低,除早稻的根和糙米中Cd含量外,其余早晚稻水稻各部位Cd、Pb含量均显著降低,水稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为32.8%、36.8%和32.2%、24.8%,晚稻糙米Cd、Pb累积量分别显著降低66.3%和22.2%;稻草移除+清洁水灌溉处理下,种植早晚稻后的土壤有效态Cd、Pb含量平均下降幅度分别为11.7%和15.9%,早晚稻各部位Cd、Pb含量降低幅度较大,早晚稻根和茎叶Cd、Pb含量平均降幅分别为38.34%、30.35%和43.4%、13.2%,晚稻糙米中Cd、Pb累积量降幅分别为39.4%、67.2%。分析水稻地上部的Cd、Pb富集与转运系数表明,稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉等控源措施可显著降低Cd、Pb在水稻地上部位的富集系数,减少地上部位重金属的累积量。上述结果表明,采用稻草移除结合截断大气沉降或清洁水灌溉措施可进一步降低土壤中有效态Cd、Pb含量和水稻中Cd、Pb富集。因此,控制区域大气污染,净化农田灌溉水等控源措施,同时施行稻草移除等输出污染农田土壤中重金属等策略,可有效实现污染农田土壤安全利用和水稻安全生产。     

干旱区绿洲土壤Cd、Pb单一与复合污染下芹菜重金属累积特征研究

通过盆栽模拟试验,研究了干旱区绿洲土壤Cd、Pb单一与复合污染下,芹菜各部位对Cd、Pb的吸收累积与迁移规律。结果表明:在Cd、Pb单一与Cd-Pb复合污染下,芹菜根部和茎叶部对重金属的吸收与累积随着土壤重金属浓度的增大而增加。在复合污染下,Pb对Cd在芹菜体内吸收与累积的影响作用不明显;而Cd抑制了芹菜根部和茎叶部对Pb的吸收与累积。芹菜茎叶部对Cd、Pb的吸收与相应处理下土壤Cd与Pb有效态含量呈显著线性关系。Pb对土壤中Cd的有效态含量没有影响,Cd降低了土壤中Pb的有效态含量。不同处理下,芹菜根部对Cd、Pb的吸收大于茎叶部,Cd比Pb更易在芹菜体内吸收与累积并向地上部分迁移。     

翻压紫云英对双季稻产量、镉吸收及转运的影响

  【目的】  探讨紫云英在水稻生产中的增产降镉（Cd）效应以及降Cd的生理机制。  【方法】  5年田间微区定位试验设4个处理:不施任何肥料(CK)、翻压紫云英(GM)、单施化肥(F)和紫云英翻压配施化肥(F+GM),翻压紫云英的处理冬闲田种植紫云英,作为绿肥在早稻插秧前翻压还田。在双季稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集水稻植株样品,分为根、茎叶、籽粒3个部分,测定其Cd含量。  【结果】  1)与CK相比,F+GM与F处理5年水稻产量显著增加,GM处理从2017年起增产显著;与F处理相比,F+GM处理5年水稻均增产,其中2016与2020年显著增产。2）翻压紫云英对水稻同一部位在不同时期的降Cd效应不同。早稻GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于CK,晚稻则无显著差异;早稻的GM处理茎叶Cd含量在灌浆期显著低于CK,晚稻的无显著差异;早稻的GM处理籽粒Cd含量在灌浆期和成熟期均显著低于CK（分别降低85.7%和57.6%）,晚稻的无显著差异。早稻的F+GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于F处理,晚稻的则无显著差异;早稻的F+GM处理茎叶Cd含量在分蘖期显著低于F处理,晚稻的无显著差异。3）翻压紫云英下水稻不同时期Cd转运有差异。早稻分蘖期F+GM处理的根–茎叶Cd转运系数显著高于CK与F处理,成熟期GM处理的茎叶–籽粒Cd转运系数显著低于CK,降幅为52.2%;晚稻则无显著差异。4）F+GM和GM处理根与籽粒Cd累积量均较低,其根部累积量显著低于F处理;GM处理早稻籽粒Cd累积量显著低于F处理;而F+GM晚稻茎叶Cd累积量则显著高于CK。F+GM与GM处理籽粒Cd分配比例低于CK与F处理,F+GM处理的茎叶Cd分配比例高于F处理,GM处理的茎叶Cd分配比例高于CK。5）早稻各处理的土壤总Cd含量差异不显著,晚稻则表现为GM处理显著低于CK。早稻的GM与F+GM处理土壤有效Cd含量显著低于CK,晚稻的则无显著差异。  【结论】  翻压紫云英可增加水稻产量,同时具有较好的降Cd效应。翻压紫云英的降Cd生理机制为:一是可降低土壤有效Cd含量,从而降低水稻Cd含量;二是可降低茎叶–籽粒间的Cd转运系数,减弱向籽粒的转运能力,降低水稻籽粒中Cd的累积,进而生产出Cd含量低于国家安全限量的稻米。     

水分管理和施用石灰对水稻镉吸收与运移的影响

通过田间试验,研究了间歇灌溉和全生育期淹水2种水分管理结合水稻分蘖期施用石灰对不同水稻生育期的土壤和水稻各组织中Cd分布与运移的影响。研究结果表明,全生育淹水和施用石灰均能升高土壤p H值,降低土壤中有效态Cd含量;施用石灰能降低土壤中酸可提取态Cd所占比例而残渣态所占比例增加。在全生育期淹水条件下施用石灰有利于改善土壤性状并提高土壤中Fe质量百分含量。与不施用石灰相比,在间歇灌溉条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.86 mg/kg降低到0.56 mg/kg,而在全生育期淹水条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.77 mg/kg降低到0.34 mg/kg;无论间歇灌溉还是全淹水处理条件下,施用石灰均增加了水稻总生物量。施用石灰后,在灌浆期,水稻茎叶中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在成熟期,根和稻米中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在全生育期淹水条件下,成熟期水稻根到茎叶转运系数和茎叶到米中转运系数均显著降低(P0.05)。水稻糙米中Cd含量与土壤中有效态Cd含量、水稻地上部Cd累积量呈显著正相关,与土壤p H值呈显著负相关。上述研究结果表明,施用石灰能够显著降低稻田土壤中Cd的生物有效性;采用全生育期淹水结合在分蘖期施用石灰是降低稻米中Cd含量有效措施且不会导致水稻减产。     

大田生产条件下不同品种水稻植株中镉的分布特点

通过4个水稻品种在大田生产条件下的试验,研究分析了水稻植株Cd积累和分布的特点。结果表明,水稻的根系是吸收Cd的主要器官,也是Cd的主要储存场所,无论在水稻分蘖期还是成熟期都很明显;在水稻成熟期,籽粒（糙米）中Cd的含量显著地低于其他器官,水稻植株器官中Cd的分布情况大致为：根〉鞘＞叶＞茎＞糙米,但随着品种的不同而有所变化;根据4个水稻品种在成熟期的植株Cd积累量的分析,9311是植株高累积Cd的水稻品种,Jia－48和Jia－51的糙米中Cd的积累很低;水稻品种间对于Cd的吸收和累积能力有显著的差异,但水稻类型间（粳稻与籼稻间）Cd含量没有显著差异,因此不能按照水稻类型来选育糙米中低Cd积累品种,应针对品种选育出糙米中低Cd积累的高产优质水稻品种。     

镉污染水稻土中水稻氮素营养的SPAD诊断

治理和安全利用重金属污染水稻土过程中,氮素营养的快速诊断是制定合理施肥措施的基础。叶绿素测定仪SPAD已广泛应用于非污染耕地土壤中玉米、小麦和棉花等作物的氮素营养诊断,然而针对镉污染条件下的不同类型水稻土,SPAD在诊断水稻氮素营养的适应性方面仍然缺乏系统研究。本研究采集了我国水稻主产区的21种典型水稻土,以德农2000为供试水稻品种,设置无镉污染、轻度镉污染、重度镉污染处理的水稻盆栽试验,研究水稻叶片SPAD值对镉污染水稻土氮素供应诊断和水稻产量预测的能力。结果表明:水稻土类型影响了水稻叶片SPAD值对不同水平镉污染的响应,土壤p H是主控因子,其相对影响的平均值为20%。水稻叶片SPAD值与不同生育期水稻籽粒氮素含量显著正相关,其中拔节期的相关系数最大;同时水稻叶片SPAD值与水稻营养生长期(苗期至拔节期)土壤溶液总氮和铵态氮含量呈显著正相关,且不受镉污染程度和土壤类型的影响。总体上,不同生育期(尤其是拔节期)水稻叶片的SPAD值可以表征镉污染条件下不同类型水稻土氮素养分供应对水稻氮素营养的影响。     

Distribution and Accumulation of Copper and Cadmium in Soil–Rice System as Affected by Soil Amendments

The effects of seven amendments on the distribution and accumulation of copper and cadmium in a soil–rice system were investigated using a pot experiment. Results showed that application of limestone, calcium magnesium phosphate (Ca–Mg–P fertilizer), calcium silicate (silicon fertilizer), Chinese milk vetch, pig manure, and peat significantly decreased the concentrations of Cu and Cd in rice roots by 24.8–75.3% and 9.7–49.9%, respectively. However, no significant difference was observed between zinc sulfate (zinc fertilizer) and the control treatment. The concentrations of Cu and Cd in different parts of rice followed the order: root > straw > grain, and all amendments restrained the transfer of Cu and Cd from rice root to stem. Copper and Cd concentrations in rice stems at the tillering stage were the highest, and then decreased from the tillering stage to the heading stage. However, they increased again at the ripening stage. The results also showed that application of amendments changed Cu and Cd solubility in soil and decreased their bioavailability, which resulted in the reduction of Cu and Cd uptake by rice. Significant correlations between the concentrations of Cu and Cd in soil solutions and in rice stems were found. The result demonstrated that limestone has the best efficiency among all the amendments used in reducing Cu and Cd contamination to rice production.     

硒肥对水稻生长及其重金属累积的影响

以大田水稻作为研究对象,分析了不同硒肥量对水稻生长特性及重金属(砷、铬、镉、铅)累积的影响,探讨了通过施硒降低重金属在水稻可食部分含量的可行性。结果发现:施用不同量硒肥(30、60和120 kg/hm2)对水稻分蘖数、株高、单株干物重和产量有促进作用,但差异不显著。施用120 kg/hm2硒肥显著增加了大米中的总硒、无机硒及有机硒的含量,并使有机硒比例增加了16.6%。施用120 kg/hm2硒肥有效抑制了水稻穗部铬和镉的累积量(53%和45%),而对铅无明显抑制作用。施用硒肥促进了硒向精米、糠中转移,同时有效降低了精米中镉、铬、铅的累积量。