外源锌对水稻植株镉的累积差异分析

通过水稻威优46盆栽种植试验,研究了外源Zn施用(0,40,80,160 mg/kg 4个水平)对Cd中度(0.72mg/kg)和重度(5.26mg/kg)污染土壤中Cd生物有效性及水稻Cd累积的差异。结果表明:施Zn对各检测指标存在影响,但土壤Cd总量仍是土壤Cd活性和水稻Cd累积差异变动的主控因素。在Cd中度污染土壤中,施Zn降低了土壤交换态Cd含量1.9%~17.0%,但水稻根表铁膜、根和糙米中Cd含量随Zn施用浓度的增大而增大,糙米Cd含量从0.09mg/kg上升到0.17mg/kg,相关分析显示糙米Cd含量与土壤交换态Zn含量显著正线性相关。在Cd重度污染土壤中,施Zn增大了土壤交换态Cd含量2.1%~4.8%,但降低了水稻各部位中Cd含量,当施Zn浓度超过80mg/kg时,糙米Cd含量可从对照组的0.45mg/kg降低到0.12mg/kg,符合国家食品污染物限量标准(GB 2762-2017)的要求,相关分析显示糙米Cd含量与土壤交换态Zn含量显著负线性相关。对2种Cd污染程度的土壤,施Zn均可增大Cd在水稻地下部的累积率,从而降低水稻地上部Cd的累积率。在Cd重度污染土壤中,可通过施Zn降低糙米Cd含量,施Zn量80mg/kg是试验中最佳施用量;但在Cd中度污染土壤中,施Zn有增大糙米Cd含量的风险。     

有机肥对酸性稻田土壤Cd赋存形态的影响途径和机制

以堆肥后的菜籽饼为有机肥,通过水稻田间试验,研究了有机肥对土壤有机质(OM)、pH、微生物量碳、氮(MBC、MBN)、3种酶活性(酸性磷酸酶,ACP、脲酶,UA、脱氢酶,DH)及土壤Cd的赋存形态的影响,利用通径分析研究了有机肥对土壤Cd赋存形态的影响途径和机制。结果表明:(1)施用有机肥能显著提高土壤OM含量和土壤pH,显著增加土壤中可还原态Cd(Red-Cd)和可氧化态Cd(Oxi-Cd)含量,降低土壤酸可提取态Cd(Aci-Cd)含量。(2)施用有机肥能不同程度增加土壤ACP、UA及DH活性,提高土壤MBC和MBN含量。(3)通径分析结果表明,施用有机肥降低土壤Aci-Cd含量主要是通过提高土壤OM含量、DH活性和MBC含量这3个途径完成。土壤OM含量、土壤DH活性和MBC含量的决策系数分别为0.846,0.257,-0.276,均达到显著水平,是有机肥施用下影响土壤Aci-Cd含量的主控因子。     

菜籽饼对土壤可溶性镉含量和水稻镉累积的影响

为菜籽饼肥在镉污染地区的安全利用提供参考,在镉污染程度为1.33mg/kg的土壤中施用不同添加量[0(对照)、0.5%和1.0%]的菜籽饼,进行水稻(湘晚籼12号和威优46号)种植盆栽试验,测定水稻分蘖期、孕穗期、灌浆期、蜡熟期和成熟期5个时期的土壤孔隙水的可溶性有机碳(DOC)、可溶性有机氮(DON)和土壤可溶性镉含量及各时期水稻各部位的生物量和镉含量。结果表明:1)施用菜籽饼后,土壤孔隙水中DOC、DON和土壤可溶性镉含量均迅速显著上升,在水稻分蘖期达到最大值,之后在分蘖期到孕穗期显著下降,并随着水稻生育期的延长趋于稳定。2)施用菜籽饼均能不同程度地促进水稻生长并增加水稻对镉的吸收和累积,与对照相比,施用0.5%～1.0%的菜籽饼,湘晚籼12号和威优46号两个水稻品种体内镉累积量在分蘖期、孕穗期、灌浆期、蜡熟期和成熟期分别增加0.09～1.94μg/株和0.71～0.44μg/株、0.86～2.53μg/株和1.16～1.12μg/株、3.54～4.65μg/株和2.19～0.49μg/株、2.30～3.26μg/株和0.70～1.08μg/株、3.07～8.72μg/株和1.01～7.54μg/株。3)土壤孔隙水中DOC、DON与可溶性镉含量之间存在极显著的正相关关系。在一定程度的镉污染稻田土壤中种植水稻,施用菜籽饼可能会通过增加土壤孔隙水中可溶性镉的含量,促进水稻对镉的累积,增加稻田中镉对人体健康的风险。     

石灰石和海泡石组配对水稻糙米重金属积累的影响

为了研究组配改良剂(石灰石+海泡石,LS)对于重金属Pb、Cd、Cu和Zn复合污染稻田的修复效果,在湘南某矿区附近稻田中进行了组配改良剂的田间试验。结果表明:施用0~1.8 kg m-2的组配改良剂LS使土壤pH和CEC显著增加,使土壤中Pb、Cd、Cu和Zn交换态含量显著降低。土壤Pb、Cd、Cu和Zn交换态含量的降低是pH升高,土壤胶体的CEC增加及土壤吸附能力增强的共同作用。施用组配改良剂LS显著降低了3个水稻品种(黄华占、丰优9号、Ⅱ优93)糙米中Pb、Cd和Cu的累积量,最大降幅分别为55.8%、66.9%、37.4%,而对糙米中Zn的含量没有明显影响。当LS施用量为1.8 kg m-2时,能使丰优9号糙米中Cd含量(0.195 mg kg-1)达到国家食品中污染物限量标准(0.20 mg kg-1)以下。土壤中交换态Pb、Cd和Cu含量的降低是糙米中重金属累积量减少的原因。土壤交换态Pb、Cd和Cu含量的对数值(lnC交换态)与其糙米中含量(lnC糙米)的对数值之间存在显著的线性相关关系。     

菜籽饼堆肥对水稻土壤Cd有效性及Cd在水稻全生育期转运与累积的影响

为研究菜籽饼堆肥对土壤Cd有效性和在水稻体内迁移转运与累积的影响,在Cd污染(Cd=0.72 mg/kg)土壤中施用不同添加量(0.75%,1.5%,3.0%)的菜籽饼堆肥,以未添加菜籽饼堆肥为对照(CK),并进行水稻盆栽种植试验。结果表明:(1)菜籽饼堆肥进入稻田土壤后会显著降低土壤中TCLP提取态Cd含量,在熟化期施用0.75%～3.0%的菜籽饼堆肥,与对照相比土壤TCLP提取态Cd含量下降了45.1%～68.7%。但水稻的种植会影响菜籽饼堆肥对土壤中TCLP提取态Cd含量的降低效果,使其含量随着水稻生育期的延长逐渐上升,但仍低于同时期的对照土壤。(2)施用菜籽饼堆肥能显著提高水稻产量,但同时也增加水稻糙米中Cd含量。与对照相比,施用0.75%～3.0%的菜籽饼堆肥,水稻糙米中Cd含量为0.04～0.14 mg/kg,低于国家食品中污染物限量标准(GB 2762—2012, Cd0.2 mg/kg)。同时,每株水稻产量分别增加3.6～4.3 g/株,约为1 620～1 935 kg/hm~2。(3)施用菜籽饼堆肥会提高Cd在水稻体内的转运能力,同时显著提高水稻成熟期各部位Cd累积量,特别是地上部分。总体来说,施用菜籽饼堆肥增加水稻糙米中Cd含量,但依然保持在较低水平,满足中轻度Cd污染地区水稻的安全生产。但在Cd污染程度更高或者土壤Cd活性更强的土壤中施用菜籽饼堆肥,种植水稻糙米Cd含量可能高于国家食品中污染物限量标准。因此,在保证稻米安全的前提下对Cd污染稻田应该谨慎施用菜籽饼堆肥。     

复合改良剂对镉砷化学形态及在水稻中累积转运的调控

为治理镉砷污染农田土壤,选取湘南某矿区镉砷复合污染稻田土壤,以水稻盆栽实验研究了复合改良剂HZB(羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭)对土壤中镉(Cd)、砷(As)赋存形态以及水稻累积转运Cd和As的影响。结果表明,施用HZB能提高土壤p H 0.19~0.79个单位,阳离子交换量增加22.1%~60.4%;施用HZB使活性较大的酸提取态Cd含量降低了6.5%~22.9%,促进了Cd向难溶态的转变,可使有机结合态Cd增加2.5%~56.5%;施用HZB促进活性As向难溶型的钙型As转化,钙型As含量增加2.8%~53.3%,也可使交换态As含量降低7.0%~39.5%,但当施用量超过4.0 g kg-1时则会增加交换态As含量。水稻根系对Cd的富集系数在0.65~1.21之间,对As的富集系数在0.033~0.049之间,富集Cd的能力大于As;谷壳对Cd的转运能力最大,而根系对As的转运能力最大;施用HZB有降低水稻根系富集Cd和As的能力。施用0.5~2.0 g kg-1的HZB能降低水稻地上各部位中Cd和As含量;在2 g kg-1施用水平,水稻糙米中Cd和As含量均低于0.2 mg kg-1,达到国家食品污染物限量标准。