镉低积累玉米水稻品种的筛选

以近年在沈阳市普遍种植的26个玉米品种和20个水稻品种为材料,在沈阳市中国科学院沈阳应用生态研究所的沈阳农田生态系统国家野外科学观测站(新民屯站区)和沈阳市于洪区闸上村分别进行镉低积累玉米品种和镉低积累水稻品种的筛选。结果表明:玉米籽粒中镉含量在0.004～0.019mg·kg~(-1),水稻籽粒中镉含量在0.035～0.128mg·kg~(-1)。在土壤镉含量为1.30mg·kg~(-1)和0.45mg·kg~(-1)的条件下种植玉米和水稻,玉米籽粒和水稻籽粒中镉最高含量分别为0.019mg·kg~(-1)和0.128mg·kg~(-1),其籽粒均符合食品中污染物限量标准;筛选出低积累玉米品种5个、低积累水稻品种4个,可作为镉污染地区玉米、水稻品种推广种植。     

不同玉米品种对土壤镉富集和转运的差异性

为进一步验证前期筛选出的6个镉(Cadmium, Cd)高、低积累玉米品种对土壤Cd富集和转运的差异性,通过田间试验,研究了6个不同玉米(Zea mays)品种对重金属Cd富集系数(Bio-concentration coefficient, BCF)和转运系数(Transfer coefficient, TF)的差异。结果表明:6个玉米品种在抽丝期和成熟期的根部及地上部生物量、根部、茎叶及籽粒Cd含量、富集系数、积累量和总富集量均存在显著的种间差异(P0.05)。华彩糯3号和广红糯8号的成熟期茎叶Cd含量分别为16.38 mg·kg~(-1)和13.64 mg·kg~(-1),茎叶Cd富集系数分别为7.45和6.20,Cd转运系数分别为1.88和3.02;籽粒Cd含量分别为0.65 mg·kg~(-1)和0.63 mg·kg~(-1),超过了食品安全国家标准(GB 2762—2017)和饲料卫生标准(GB 13078—2017)限值。粤彩糯2号、华玉8号和广紫糯6号茎叶富集系数分别为2.07、1.39和1.85,籽粒Cd含量分别为0.19、0.17 mg·kg~(-1)和0.15 mg·kg~(-1),高于GB 2762—2017但低于GB 13078—2017限值。仲糯1号茎叶和籽粒富集系数分别为1.85和0.032,玉米籽粒Cd含量为0.07 mg·kg~(-1),符合GB 2762—2017。华彩糯3号和广红糯8号可作为Cd高富集玉米品种,不可用作粮食或饲料;仲糯1号可作为Cd低累积玉米品种,可用作粮食或饲料。     

续断菊与玉米间作对作物吸收积累镉的影响

通过盆栽试验,研究了不同镉浓度(0、50、100、200 mg· kg-1)对续断菊(Sonchus asper L.Hill)和玉米间作条件下两种植物镉吸收积累的影响.结果表明:与单作续断菊和玉米相比,间作使续断菊生物量提高了4.8％～64.9％,玉米生物量提高了4％～33％,间作续断菊体内镉含量较单作提高了31.4％～79.7％(100 mg· kg-1镉处理除外).与单作相比,在土壤镉含量为50～200 mg· kg-1内,间作使玉米体内镉含量降低了18.9％～49.6％.单作时,续断菊地上部和根部镉含量都与土壤可溶态镉含量显著正相关(P＜0.05),相关系数分别为0.962和0.976;间作条件下,玉米根、茎、叶中镉含量均与土壤可溶态镉含量显著正相关(P＜0.05),相关系数分别为0.991、0.959和0.977.除对照外,间作使玉米镉有效转运系数降低,三个镉浓度下分别比单作降低了21％、71％和25％不论是单作还是间作,续断菊镉转运系数都高于玉米.研究结果表明,续断菊和玉米间作促进了续断菊对土壤中镉的吸收和积累,同时抑制了玉米体内镉的积累量.     

不同小麦品种灌浆期生长和镉积累的差异研究

为了解不同小麦品种灌浆期在镉污染农田中的生长情况和重金属镉积累的差异,本研究以30个小麦品种为材料,探明其在镉污染农田上的生长情况以及镉积累情况。结果表明,30个小麦品种在镉污染条件下能正常生长。不同小麦品种在灌浆期其株高、地上部和根部的生物量均存在着显著的差异,变化范围分别为48.87～77.47 cm、0.89～1.92 g·plant~(-1)、0.05～0.22 g·plant~(-1)。此外,不同小麦品种之间各部位吸收、积累镉的能力也存在明显差异。地上部和根部镉含量的变化范围分别为0.07～0.26、0.37～1.57mg·kg~(-1)。灌浆期镉在小麦体内的分配规律总体上为根地上部。地上部和根部镉积累量的变化范围分别为0.12～0.38、0.04～0.24μg·plant~(-1)。不同小麦品种各部位转运镉的能力存在明显差异,变化范围分别为0.08～0.47,其中淮麦23、冀麦738、宁麦17具有最低的根-地上部转运系数。成熟期的数据表明,淮麦23、冀麦738、宁麦17籽粒中镉的含量均远低于0.1 mg·kg~(-1)DW的国家限量标准,并具有很低的根-地上部转运系数,符合镉低积累小麦的标准。本文初步确定淮麦23、冀麦738、宁麦17作为低转运小麦品种的候选者,为低积累小麦品种的筛选提供科学依据。     

马唐与玉米间作对镉的富集效果研究初探

采用盆栽土培试验,研究了马唐与玉米间作对玉米吸收和积累镉的影响.结果表明,无论是单作玉米还是间作玉米,同一镉浓度处理下,玉米各器官的含镉量均为:根>茎>叶>籽粒;同一器官不同镉浓度处理的镉含量大小顺序为:10 mg>5 mg>0 mg.在没有镉胁迫情况下,单作马唐地上部积累的镉略高与间作马唐;当加入外源镉时,间作马唐积累的镉高于单作马唐,且达到显著水平.马唐对镉的积累量随着镉浓度的增加,马唐地上部积累镉的量也在相应增加.玉米与马唐间作系统,促进了玉米根部对镉的吸收,而籽粒中镉的含量反而有所降低.研究初步表明,玉米与马唐间作之后,能够相互促进对镉的吸收.     

宁夏引黄灌区玉豆间作和带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响

探索间作及带状轮作模式对玉米水氮利用及产量的影响,提出适合宁夏灌区的种植模式。试验于2019—2020年,在宁夏王团旱作节水高效农业试验站开展,设置玉米/大豆间作(IMS)、玉米-大豆带状轮作(RMS)、单作玉米(MM)、单作大豆(SS)4种种植模式。结果表明,与单作玉米相比,带状轮作处理使玉米拔节期至成熟期干物质积累量增加9.58%～11.45%,且与间作相比,干物质积累量增加4.29%～7.53%。带状轮作种植模式下玉米对氮素的积累量、转运量及籽粒贡献率比间作提高2.19%、30.44%和19.86%。带状轮作和间作处理土壤含水量比单作分别提高5.64%和3.98%,且主要分布于0～140 cm土层,带状轮作处理玉米水分利用效率较单作增加38.00%,且比间作增加15.61%。与单作玉米相比,间作处理提高玉米产量11.3%,降低大豆产量51.39%;玉豆带状轮作处理弱化了种间竞争力,使玉米产量提高21.98%,大豆产量下降22.91%。因此,带状轮作种植模式在水分利用效率、干物质积累、氮素转运及产量方面优势明显,可作为宁夏引黄灌区的一种有效替代种植模式。     

双季稻区镉污染稻田水稻改制玉米轮作对镉吸收的影响

为研究低镉(Cd)污染(Cd为0.35 mg·kg~(-1))稻田改制的农产品安全利用技术,通过双季稻区早-晚稻轮作,玉米-玉米轮作、水稻-玉米轮作和玉米-水稻轮作试验,研究不同轮作制度下土壤有效Cd、作物不同器官Cd含量,Cd富集系数、转移系数和土壤养分的变化。结果表明:不同轮作制度下,水稻根、茎叶和稻米中Cd的平均含量分别为3.66、1.30 mg·kg~(-1)和0.36 mg·kg~(-1);玉米根、茎叶和籽粒中Cd的含量分别为0.50、0.12 mg·kg~(-1)和0.03 mg·kg~(-1);水稻根系、茎叶和籽粒的富集系数平均分别为11.96、4.27和1.19,玉米的分别为1.73、0.50和0.13;水稻的根系向茎叶和茎叶向籽粒转运的转运系数分别为0.36和0.28,玉米的为0.24和0.20;晚稻籽粒Cd含量高于早稻,秋玉米Cd含量高于春玉米;土壤中的碱解氮、有效磷和速效钾不影响作物对Cd的吸收;种植玉米比同季水稻略有增产。研究表明,在Cd轻度污染地区,晚稻改种玉米能保障粮食作物安全,是一种值得推荐的种植制度。     

镉污染农田不同水稻品种对镉的积累特性

在大田试验环境下筛选籽粒镉（Cd）低积累水稻品种，为Cd污染农田安全利用提供技术指导。本试验研究14个水稻品种对Cd的富集、转运特征，并探讨了水稻不同生育时期的Cd积累规律。结果表明，供试水稻品种产量和籽粒Cd含量存在显著差异，综合这两个因素考虑，推荐种植的水稻品种为：甬优538、浙粳优6153、浙粳99、浙辐粳83、秀水121。供试水稻品种籽粒、秸秆的Cd含量的变化范围分别0.13~0.95 mg·kg^-1、1.39~3.84 mg·kg^-1，籽粒Cd的变差大于秸秆Cd，且秸秆的Cd富集能力大于籽粒，说明与Cd吸收能力相比Cd转运能力对籽粒Cd积累的影响更大。通过对籽粒Cd含量聚类将14个水稻品种分为低镉含量组、中镉含量组、高镉含量组。低镉含量组各部位的Cd富集系数和Cd转运系数均低于其他两组，说明低镉含量组水稻品种同时具有较低的Cd吸收能力和Cd转运能力。随着生育时期的推进，植株Cd含量不断提高。并且，齐穗期-成熟期不同类型水稻品种植株Cd含量差异较大，说明齐穗期-成熟期是植株Cd快速积累时期和影响籽粒Cd积累的关键时期。     

大豆/玉米间作下干物质累积动态变化与产量分析

通过采用田间小区试验研究了不同氮素供应水平以及接种根瘤菌对大豆/玉米间作下的干物质积累与产量的影响。试验结果表明,生育前期,间作大豆和玉米与单作之间单株干物质积累量差异不显著;生育后期,间作大豆的单株干物质积累量小于单作时的单株干物质积累量,而间作玉米单株干物质积累量则显著高于单作。在不施氮时,接种根瘤菌处理的大豆在鼓粒期大豆根瘤干质量显著高于未接种处理,而间作大豆的根瘤干质量显著高于单作;在施氮量150kg.hm-2时,接种根瘤菌处理促进了大豆根瘤的生长,但是间作种植大豆根瘤干质量显著低于单作。在经济产量方面,大豆和玉米间作体系中接种根瘤菌显著提高了大豆和玉米的籽粒产量,不施氮处理,接种根瘤菌比不接种根瘤菌处理大豆和玉米经济产量总量平均增加了14.2%,在施氮为150kg.hm-2时,平均相应的增加6.5%。     

不同种植方式的大豆籽粒干物质积累动态及产量分析

本试验选用具高产潜力的两个大豆品种黄大豆(X-46)和绿大豆(X-55),通过采用不同大豆品种的单作及其与同一玉米品种间作两种形式,研究了不同大豆品种单作和间作情况下,大豆籽粒干物质积累的动态规律及其与产量的关系。试验结果表明:不同大豆品种间的干物质积累量存在较大差异,鼓粒期籽粒的生长发育以及干物质积累情况直接影响大豆的最终产量。在单作种植方式下,黄大豆产量显著高于绿大豆;在间作种植方式下,两种大豆的产量差异不明显。两种大豆的产量在单作情况下明显高于间作。     

不同铜浓度下玉米间作豌豆对土壤铜的吸收效应研究

为探讨玉米间作模式对铜污染土壤的修复效果,通过盆栽实验研究了玉米||豌豆和玉米单作种植模式对不同铜浓度(0、100、200、400、600 mg·kg^-1)处理下玉米地上部与地下部的铜含量与铜累积量、铜富集与转运系数、土壤全铜和有效铜含量的影响。结果表明:在间作和单作模式中玉米地上部铜含量最高的处理均为铜浓度200 mg·kg^-1,而玉米地上部铜含量最低的处理在单作模式下是铜浓度600 mg·kg^-1,间作模式下是100 mg·kg^-1。相同铜浓度下,间作模式的玉米地上部铜含量均显著低于单作模式,其中降幅最大的为铜浓度100 mg·kg^-1,降幅为49.4%;而间作模式的玉米地下部铜含量均显著高于单作模式,其中增幅最大的为铜浓度100 mg·kg^-1,增幅为105.4%。间作模式的玉米地上部富集系数均显著低于单作,而地下部富集系数均显著高于单作。从种植系统整体来看,除铜浓度400 mg·kg^-1处理外,其余各处理中间作玉米铜累积量均低于单作玉米,但差异不显著。除铜浓度0 mg·kg^-1和400 mg·kg^-1处理外,其余各铜浓度处理下,间作玉米富集系数均低于单作玉米,且所有间作模式的玉米转运系数均显著低于单作玉米。相同铜浓度下,不同玉米种植模式对土壤全铜和有效铜没有产生显著影响。总的来说,玉米间作豌豆能增加玉米地下部铜含量,降低玉米地上部铜含量,在提高间作系统总的铜累积量的同时,降低了铜元素从玉米地下部向地上部的转运。     

铜胁迫和间作对玉米抗氧化酶活性及丙二醛含量的影响

为探讨红壤地玉米-豌豆间作种植模式对铜污染的响应机制,通过盆栽试验,研究了不同铜浓度(0、100、200、400、600 mg·kg-1)对玉米单作和玉米间作豌豆条件下植株生物量、铜含量、玉米抗氧化酶活性[超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)]及丙二醛含量(MDA)的影响。结果表明:在高Cu2+浓度(600mg·kg-1)胁迫下,间作玉米地上部和地下部干重较单作分别提高了20%和36.6%,与单作相比,随着Cu2+浓度升高(100、200、400、600 mg·kg-1),间作模式下玉米地上部铜含量分别降低了86.81%、44.57%、22.01%、11.11%,而地下部铜含量则分别提高了78.89%、24.79%、35.29%、13.31%,且差异均达到显著水平。在不同Cu2+浓度胁迫下,玉米叶和根中的SOD、POD、CAT活性和MDA含量均随着Cu2+浓度的增加而提高,仅Cu2+浓度达到600mg·kg-1时玉米体内的CAT活性有所下降。间作条件下玉米根的SOD活性较单作提高了48.07%~117.27%,间作玉米叶的SOD活性较单作提高了11.30%~46.90%。不同种植模式对Cu2+胁迫条件下的玉米POD活性均没有显著影响。在Cu2+(0~400mg·kg-1)胁迫下,间作玉米叶的CAT活性较单作均显著提高,分别提高了71.37%、140.40%、229.80%和161.75%,间作玉米根的CAT活性与单作无显著差异。间作玉米根的MDA含量较单作降低了26.13%~64.53%;在100、200 mg·kg-1Cu2+胁迫下,间作玉米叶的MDA含量较单作降低了0.30%和26.24%,但在400、600 mg·kg-1Cu2+胁迫下,间作玉米叶的MDA含量较单作提高了32.62%和93.51%。综上所述,在一定范围的Cu2+胁迫条件下,玉米根和叶中的抗氧化酶活性及MDA含量均有所提高来维持正常生长,间作模式在Cu2+胁迫下对玉米根和叶的抗氧化酶系统能起到一定的保护作用。     

坡缕石钝化与喷施叶面硅肥联合对水稻吸收累积镉效应影响研究

采用盆栽试验,研究了坡缕石钝化与喷施叶面硅肥联合处理对水稻吸收累积Cd效应的影响。试验结果表明,单独喷施叶面硅肥能够增加水稻产量,可以不同程度地降低水稻地上部Cd含量及Cd从根系向地上部的转运能力。与空白对照相比,糙米、颖壳和秸秆中Cd含量最大可分别降低34.9%、30.1%和34.0%,且在水稻不同生育期喷施硅肥对Cd在地上部累积的抑制效果依次为分蘖期+齐穗期分蘖期齐穗期。盆栽试验中添加1.0%的坡缕石后能够显著降低土壤中Cd的生物有效性,糙米、颖壳、秸秆以及根系中Cd含量分别比空白对照降低39.5%、28.6%、35.3%和20.9%。坡缕石钝化处理并联合在水稻分蘖期和齐穗期分别喷施0.1%~0.4%叶面硅肥结果表明,钝化处理与叶面阻Cd联合能更加有效地降低水稻地上部对Cd的吸收,其中稻米、颖壳和秸秆中重金属Cd含量最大分别可降低58.1%、63.3%和68.7%,糙米中Cd含量可由对照的0.43 mg·kg-1降到低于稻谷Cd的食品安全国家标准限量值0.20 mg·kg-1以下,但对根系中重金属Cd的含量降低仅为17.8%,与坡缕石单一钝化相比无显著差异。     

镉污染耕地大豆安全生产模式的探究

为探索大豆在我国南方镉（Cd）污染耕地上安全可行的种植模式,本研究通过低积累品种筛选,结合钝化剂施用,在镉污染安全利用区[土壤总镉含量为（0.49±0.04）mg·kg^-1,pH为6.31]开展田间试验。结果表明：各品种大豆籽粒镉含量均未超过国家限量标准,其中浙农6号、浙鲜9号、浙鲜12号和浙鲜19号具有镉低积累性状。将上述4个品种在镉污染严格管控区[土壤总镉含量为（1.69±0.25）mg·kg^-1,pH为4.65]开展不同钝化剂施用量对大豆镉积累能力影响试验,发现1 500 kg·hm^-2钝化剂施用下,4个品种大豆籽粒镉含量下降30.4%~79.0%,其中浙鲜9号、浙鲜12号籽粒镉含量降至0.13 mg·kg^-1,符合国家食品安全限量标准（0.2mg·kg^-1）。3 000 kg·hm^-2钝化剂施用量下大豆籽粒镉积累能力与1 500 kg·hm^-2无显著差异。1 500 kg·hm^-2钝化剂处理分别使浙农6号、浙鲜9号和浙鲜12号的产量提高了14.7%、16.7%、16.1%。研究表明,施用1 500 kg·hm^-2钝化剂可使浙鲜9号与浙鲜12号大豆籽粒中镉含量降低至国家食品安全限量标准内。     

长期不同耕作方式与秸秆还田对稻田镉生物有效性的影响

以湖南省典型双季稻区的土壤-水稻系统为研究对象,通过长期田间连续定位试验,研究不同耕作方式和秸秆还田对土壤-水稻系统镉生物有效性的影响。试验采用随机区组设计,共设4个处理:翻耕+秸秆不还田(CT);翻耕+秸秆还田(CTS);旋耕+秸秆还田(RTS);免耕+秸秆还田(NTS)。结果表明:NTS处理增加了土壤阳离子交换量,降低了粉粒的比例。NTS处理土壤总镉和离子交换态镉含量分别为(0.48±0.01)mg·kg~(-1)和(0.39±0.01)mg·kg~(-1),与CTS和RTS处理均无显著差异,但显著高于CT处理。NTS处理早稻和晚稻糙米总镉含量分别高达(0.30±0.04)mg·kg~(-1)和(0.60±0.07)mg·kg~(-1),超过0.20 mg·kg~(-1)的国家食品安全标准(GB 2762—2017),且显著高于其他处理。水稻糙米中总镉含量和土壤总镉、碳酸盐结合态镉和铁锰氧化物结合态镉含量显著正相关。研究表明,耕作强度越弱土壤中镉的生物有效性越高,秸秆还田相对于不还田处理增加了镉的生物有效性。耕作方式和秸秆还田通过影响土壤镉生物有效性进而影响水稻镉含量,免耕秸秆还田增加了土壤和水稻糙米中的镉,带来了镉超标的安全问题。     

广西镉地球化学异常区水稻籽粒镉含量预测模型研究

为了解广西镉地球化学异常区土壤对水稻籽粒镉含量的影响,更进一步从局部有限的土壤-水稻"点"的研究拓展到镉异常区域范围内"面"的研究,共采集土壤-水稻样品656件,采用逐步多元回归分析建立不同镉浓度等级下水稻籽粒重金属Cd含量预测模型。结果表明:研究区土壤呈中性(pH均值为6.8),属矿质土壤(OM均值为39.53 g·kg~(-1)),全量镉和有效态镉含量范围分别为0.078～7.893 mg·kg~(-1)和0.028～5.875 mg·kg~(-1);根据《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017),稻米Cd超标率为13.6%;不同Cd浓度等级下最佳预测模型分别为:G1(0.5 mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=1.561-3.782 lg(pH)+1.825 DTPA-Cd;G2(0.5～1.0mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=5.145-0.280 pH-2.448 lg(OM)+1.039 lg(DTPA-Cd);G3(1.0～2.0 mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=1.074-0.208 pH-0.029OM+0.589 DTPA-Cd;G4(2.0～3.0 mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=-0.897-0.026 OM+0.785 DTPA-Cd;G5(3.0 mg·kg~(-1)):lg(Cd-G)=0.791~(-1).322 lg(OM)。总体上,广西镉异常区土壤中Cd整体偏高,已经对水稻安全种植产生影响,预测模型能够较好地预测稻米中镉的累积量,为广西镉异常区内其他水稻产地的安全生产提供参考。     

Effects of maize-soybean relay intercropping on crop nutrient uptake and soil bacterial community

Maize-soybean relay intercropping is an effective approach to improve the crop yield and nutrient use efficiency, which is widely practiced by farmers in southwest of China. To elucidate the characteristics of different planting patterns on crop nutrient uptake, soil chemical properties, and soil bacteria community in maize-soybean relay intercropping systems, we conducted a field experiment in 2015–2016 with single factor treatments, including monoculture maize(MM), monoculture soybean(MS), maize-soybean relay intercropping(IMS), and fallow(CK). The results showed that the N uptake of maize grain increased in IMS compared with MM. Compared with MS, the yield and uptake of N, P, and K of soybean grain were increased by 25.5, 24.4, 9.6, and 22.4% in IMS, respectively, while the N and K uptakes in soybean straw were decreased in IMS. The soil total nitrogen, available phosphorus, and soil organic matter contents were significantly higher in IMS than those of the corresponding monocultures and CK. Moreover, the soil protease, soil urease, and soil nitrate reductase activities in IMS were higher than those of the corresponding monocultures and CK. The phyla Proteobacteria, Acidobacteria, Chloroflexi, and Actinobacteria dominated in all treatments. Shannon's index in IMS was higher than that of the corresponding monocultures and CK. The phylum Proteobacteria proportion was positively correlated with maize soil organic matter and soybean soil total nitrogen content, respectively. These results indicated that the belowground interactions increased the crop nutrient(N and P) uptake and soil bacterial community diversity, both of which contributed to improved soil nutrient management for legume-cereal relay intercropping systems.     

三叶草(Trifolium repens)用于土壤镉污染的修复潜力

通过温室盆栽试验法,研究了土壤镉(Cd)污染下三叶草对土壤Cd的富集特征及土壤Cd的净化能力等,以期为三叶草对土壤Cd的生态修复提供依据。结果表明:三叶草具有较好的Cd耐受性,总生物量增加值介于2.0~3.7 g。随着土壤Cd处理浓度增加,三叶草根、茎、叶中Cd含量分别高达178.6、101.3、130.9 mg·kg-1,富集系数(BF)分别介于9.7~17.9、3.0~10.1、3.1~13.1,富集能力大小总体表现为根叶茎,转运系数(TF)值均≥1(除T2处理),表明三叶草有较强的Cd富集能力,且能较好地将Cd转运至地上部位;三叶草根、茎、叶对Cd的吸收量均随着土壤Cd处理浓度的升高而递增,地上部位(茎、叶)吸Cd百分率(占总吸Cd量)最高达87.2%,对土壤Cd净化率最高达6.2%。因此得出三叶草具有作为Cd超积累植物的较好潜力,可以进行污染区域美化改造和Cd污染修复。