沈抚灌区耕地重金属Cd、Pb的变化特征分析

选择沈抚灌区东部13个自然村庄的农业种植区，以1500 m间距网格化布点29处，调查研究区历史耕作情况，选取18个停灌时间不同的耕地样点，每个样点按0~20、20~40、40~60 cm采集3层土壤样品，分析测定重金属Cd、Pb的全量及化学形态，并测定了地上作物的茎叶、籽粒中重金属含量，探究研究区不同停灌时间及利用类型耕地土壤中Cd、Pb的分布特征及变化规律。结果表明：0~20、20~40、40~60 cm土壤中Cd含量分别为0.65~1.57、0.66~1.18、0.61~1.18 mg·kg^-1，停灌20~25年的土壤0~20 cm土层Cd含量最高，为1.57 mg·kg^-1；各土层Pb变化范围分别为21.07~38.59、14.97~30.59、15.71~25.66 mg·kg^-1，未随停灌时间发生明显变化；Cd在20~40、40~60 cm土层迁移率分别为0.42~0.50、0.46~0.52，而Pb仅为0~0.34、0~0.68；玉米茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.47、0.02~0.07 mg·kg^-1，水稻茎叶、籽粒中Cd含量分别为0.33~0.89、0.02~0.09 mg·kg^-1，Pb含量分别为1.51~2.32、0.47~0.62mg·kg^-1，Cd、Pb在作物茎叶、籽粒中未随不同耕作方式及停灌时间表现出明显差异；水田土壤可交换态Cd含量占总量的37.33%，旱田可交换态Cd含量占总量的7.82%~13.95%；水田土壤可交换态Pb含量占总量的9.03%，旱田占总量的0.87%~4.18%。研究结果可为重金属污染耕地的利用管理及污染修复提供依据。     

调理剂及农艺措施对污染稻田中水稻吸收镉的影响

【目的】探究水分管理、调理剂措施和组合措施对污染稻田稻米降Cd效果,旨在探索出不显著降低水稻产量前提下,能更高效降低土壤Cd生物有效性和稻米中Cd含量的方法。【方法】在湖南省株洲市选择中度Cd污染稻田开展田间小区水稻试验。试验中水稻种植两季,早稻品种为中嘉早17,晚稻为泰优390。试验分为6组,分别为水分管理（T2）处理、施用硅肥（T3）处理、施用竹炭处理（T4）、施用硅肥结合水分管理（T5）处理、施用竹炭结合水分管理（T6）处理和1个试验对照（T1）,重复3次。【结果】试验各处理对稻田土壤有效态Cd含量均有降低,竹炭结合水分管理（T6）处理对两季水稻土壤均有显著降低,硅肥结合水分管理（T5）处理对晚稻土壤有效态Cd降低幅度最大。试验各处理对水稻各部位Cd含量均有降低效果,在糙米Cd含量方面,5个试验处理中对糙米Cd含量降低幅度以组合措施修复技术效果最好,即硅肥结合水分管理（T5）和竹炭结合水分管理（T6）处理。在水分管理修复技术(T2)中降Cd效果最高为29.23%;在施用调理剂修复技术中,硅肥处理（T3）和竹炭处理（T4）对稻壳和糙米中Cd含量均有显著降低（P＜0.05）作用,其中硅肥处理（T3）糙米最高降Cd幅度为49.23%,竹炭处理（T4）糙米最高降Cd幅度为47.69%;在组合措施中均能显著降低水稻糙米Cd含量,其中硅肥结合水分管理（T5）处理糙米降Cd幅度为60.34%—78.46%,竹炭结合水分管理（T6）糙米降Cd幅度为56.90%—67.69%。同时,本文对土壤有效态Cd含量与水稻各部位Cd含量相关性进行分析,发现水稻籽粒（稻壳与糙米）中Cd含量与土壤有效态Cd含量存在极显著正相关（P＜0.01）,且两个水稻品种规律一致。各处理对水稻各部位富集系数亦有降低效果,以硅肥结合水分管理（T5）处理和竹炭结合水分管理（T6）效果最好。对于水稻各部位向籽粒转运系数降低效果各部位规律不一致,但茎鞘和叶片两个部位向籽粒（稻壳和糙米）转运系数均显著降低,水分管理（T2）处理除外。在水稻产量方面,仅水分管理（T2）处理对中嘉早17有显著降低,其他处理降低幅度不显著,各处理对泰优390处理没有显著影响。【结论】组合措施优于单一水分管理或单一调理剂处理,且在水稻产量没有显著降低情况下对稻米Cd污染稻田稻米降Cd幅度最高达到78.46%,可以进一步确保Cd污染农田安全利用。     

土壤中缓效钾的批量快速测定

通过对NY/T 889—2004标准中前处理方法的改进,建立了批量、快速、准确测定的土壤中缓效钾的方法。以石墨消解代替油浴消煮测定标准土中的有效钾,以验证改进后方法的可行性。结果表明,改进后的方法一次可以测定36个样品,且3 min内沸腾时间对结果无显著影响。因此,改进后的方法操作简单、条件易控制、准确快速,能实现对土壤中缓效钾的批量、快速测定。     

X射线荧光光谱法快速检测原料公干鱼中的镉

旨在建立一种基于X射线荧光光谱法快速检测原料公干鱼(原料鱼)中镉的方法。应用X射线荧光光谱法快速检测原料鱼初始样及干燥样中的镉含量,对快速检测与标准检测结果的相关性进行了分析;考察了对原料鱼进行快速干燥处理的可行性;采用原料鱼的标准测定值对X射线荧光光谱仪进行校正后,考察了快速检测方法的精密度、检测限、准确度等性能参数。结果表明:X射线荧光光谱法能准确测定原料鱼干燥样中的镉,检测限达0.088 mg/kg,线性范围为0.088~1.286 mg/kg,相对标准偏差低于10%。该快速检测方法测定单个样品只需40 min左右,可满足现场对原料鱼中镉的快速测定要求,为防控原料鱼食品中镉超标风险提供了一种高效的筛查手段。     

X射线荧光光谱法快速测定稻谷中的镉

探索了一种对稻谷中重金属镉的快速、直接的测定方法,以适用稻谷集中收购、存储和流通过程中快速检测的的需要。样品无需前处理,直接磨成粉状即可上机测定。该方法采用X射线荧光光谱分析的原理,样品中的待测元素受激产生特征X射线,并由高性能探测器接收,得到镉元素的信号强度,然后根据信号强度与浓度的比例关系,经过软件处理自动计算样品中镉的含量,20min内完成精确定量。检出限可达到0.034mg/kg,实物标样标准偏差为0.016。此方法简单快速,并且准确性高,重现性好,可广泛应用于稻谷中镉的快速检测。     

不同施肥措施对灰枣园土壤速效养分含量的影响

为了探讨灰枣生长期内不同施肥处理措施对枣园土壤速效养分含量的影响情况,于2014年3月采用不施肥、常规施肥和施用不同种类生物肥共3大类9种处理进行田间试验,并于同年7~10月在灰枣不同生长期测定了各处理区域土壤中的碱解氮、速效磷、速效钾、有机质这4种养分的含量,研究了不同施肥处理下灰枣不同成熟期土壤各养分的动态变化情况。结果表明,不同处理、不同成熟期土壤各养分含量间均有差异,施用生物肥可以显著提高土壤中各养分的含量。     

叶面阻隔联合土壤钝化对水稻镉吸收转运的影响

为了探讨叶面阻隔联合钝化对水稻镉吸收转运的影响，实现重金属污染农田稻米安全生产，采用大田试验的方式，选用氨基酸螯合硒营养液肥和活性硅肥作为叶面阻隔剂，硅钙肥和贝壳粉作为土壤钝化剂，在田间共设置7个处理：水稻常规种植（CK），叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥（Se400），叶面喷施活性硅肥（Si1000），叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥的同时分别基施硅钙肥（Se400GG）和贝壳粉（Se400BK），叶面喷施活性硅肥的同时分别基施硅钙肥（Si1000GG）和贝壳粉（Si1000BK）。水稻成熟后对水稻籽粒、颖壳、秸秆、根四部分的镉含量进行检测。结果表明：与对照处理相比，各处理水稻籽粒中镉含量均不同程度降低，且叶面阻隔联合土壤钝化处理的效果更好。Se400GG处理水稻籽粒镉含量下降最明显，降幅为88.13%，水稻籽粒镉含量为（0.18±0.01）mg·kg^-1，低于大米镉限量值0.2 mg·kg^-1（GB 2762—2017）；其次是Si1000GG处理，水稻籽粒镉含量下降了56.77%；单独叶面阻隔的两个处理Si1000和Se400效果较差，水稻籽粒镉含量仅下降了18.28%和9.03%。水稻籽粒镉含量降低的主要原因是水稻各部位的富集系数和转运系数减小，Se400GG和Si1000GG处理水稻根到秸秆的转运系数下降了84.93%和72.60%，水稻籽粒的富集系数下降了87.88%和56.06%，而Se400和Si1000处理水稻根到秸秆的转运系数仅下降46.58%和38.36%，水稻籽粒的富集系数仅下降12.12%和15.91%。可见，叶面阻隔联合钝化技术，尤其是叶面喷施氨基酸螯合硒营养液肥的同时基施硅钙肥能更有效地阻隔水稻对镉的吸收和转运，降低水稻籽粒镉的含量，是值得在镉低污染稻田推广应用的技术。     

Reduction in cadmium accumulation in japonica rice grains by CRISPR/Cas9-mediated editing of OsNRAMP5

Cadmium (Cd) intake is harmful to human health and Cd contamination in rice grains represents a severe threat to those consuming rice as a staple food. Knockout of Cd transporters is a promising strategy to reduce Cd accumulation in rice grains. OsNRAMP5 is the major transporter for Cd and manganese (Mn) uptake in rice. Nevertheless, it is uncertain whether knockout of OsNRAMP5 is applicable to produce low Cd rice without affecting plant growth and grain yield. In this study, we adopted CRISPR/Cas9-based gene editing technology to knock out OsNRAMP5 in two japonica varieties. We generated three independent transgene-free osnramp5 mutants and investigated the effect of osnramp5 mutations on Cd accumulation and plant growth. Hydroponic experiments showed that plant growth and chlorophyll content were significantly reduced in osnramp5 mutants at low Mn conditions, and this defective growth in the mutants could be fully rescued by supply of high levels of Mn. Cd and Mn accumulation in both roots and shoots was markedly reduced in the mutants compared to that in wild-type plants. In paddy field experiments, although Cd in flag leaves and grains was greatly reduced in osnramp5 mutants, some agronomic traits including plant height, seed setting rate, and grain number per panicle were affected in the mutants, which ultimately caused a mild reduction in grain yield. The reduced plant growth in the mutants can be attributed to a marked decrease in Mn accumulation. Our results reveal that the manipulation of OsNRAMP5 should be treated with caution: When assessing the applicability of osnramp5 mutants, soil pH and soil water content in paddy fields need to be taken into consideration, since they might affect the levels of available Mn in the soil and consequently determine the effect of the mutation on grain yield.     

田间烤烟叶片缺钾症状与钾积累及土壤供钾水平关系

基于田间正常施肥烟株生长中期中、上部叶通常出现缺钾症状的现象,以烤烟品种K326为材料在砂质壤土上进行了田间试验,定期观察无钾(即K0,仅按常规施用氮磷肥,K_2O用量为0 kg·hm~(–2))、常规施肥但中后期出现缺钾症状(即CF,按常规施用氮磷钾肥,K_2O用量为364 kg·hm~(–2)但中后期仍有缺钾症状)、常规施肥且正常生长(即CK,按常规施用氮磷钾肥,K_2O用量为364 kg·hm~(–2)但中后期无缺钾症状)3处理烟株移栽后生长情况(特别是叶片缺钾症状的出现情况),并及时采集和测定了相应烟株的干物质、钾含量及根区土壤速效钾含量,以阐明正常施肥烤烟中、上部叶出现缺钾症状的可能原因。结果表明:(1)CF和K0烟株在移栽后33 d前叶片均未出现缺钾症状;但根区土壤速效钾含量移栽后42 d低于99.86 mg·kg~(–1)时,K0烟株第8～第15叶陆续表现缺钾;CF烟株根区土壤速效钾含量移栽后57 d低于131.1mg·kg~(–1)时,第12～第16叶也相继缺钾,而其他叶位叶片正常。(2)从移栽至42 d,CK和K0烟株干物质和钾素累积量虽皆明显增加,但K0烟株总量偏低趋势愈发显著;至移栽后57 d期间,CK和K0烟株前述两个指标继续增加,但此期CF干物质累积有相似的增加趋势,而钾素累积与出现缺钾症状前相比(即移栽后42 d时CK)则略有减少;(3)移栽后42 d至57 d,CF烟株上、中部叶和K0烟株上部叶钾净输出明显,而茎中净输入显著,其他器官或部位总体持平或略有增加;CK烟株上部叶钾素输入、输出维持平衡,其他器官有净增加。(4)生长期间,CK烟叶钾含量皆表现出随叶位上升而呈总体下降,K0烟叶前期有相似规律,但移栽后42 d、57 d呈"上升-下降-上升",CF于移栽后57 d为"下降-上升"趋势。上述结果说明,K0烟株移栽后42 d中部叶开始缺钾是钾整体吸收不足所致,后期则兼有上部叶钾净输出原因;CF烟株出现中、上部叶缺钾而下部叶正常则有3个原因,一是后期体内干物质累积持续增加导致的稀释;二是此期整株钾累积不仅未增加,且有下降;三是CF烟株中、上部叶钾净输出增加。     

钝化材料对农田土壤Cd形态及微生物群落的影响

为探讨钝化剂对土壤Cd生态风险和土壤微生物群落结构的影响，通过田间试验，在轻度Cd污染水稻田中施加钝化剂（海泡石、石灰、秸秆生物炭和螯合铁肥）开展相关研究。结果表明：施加钝化剂使土壤pH值提高0.17~1.29个单位，Cd的可交换态减少29.79%~64.48%。施加海泡石、石灰、秸秆生物炭使得微生物群落的多样性指数（ACE、Chao1、Shannon）增加，但螯合铁肥不利于微生物群落的生长，多样性指数均减少。土壤微生物群落随钝化剂的施加发生显著改变，变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门相对丰度有所增加，芽单胞菌门、绿弯菌门、螺旋体菌门相对丰度均降低。相关性分析表明，pH和Cd是影响微生物群落的关键因素，此外Cd形态也对微生物群落产生了影响。研究表明，施用钝化剂可降低土壤中重金属Cd的潜在生态风险，改变土壤微生物群落结构，使多种微生物群落得到抑制或增强。