外部条件对水稻镉吸收的影响研究进展

综述了土壤环境、土壤酸碱度和氧化还原电位、水稻根系分泌物、水分管理模式、温度对水稻镉吸收积累的影响,提出可以从农田镉生物修复技术的系统研究、降镉综合栽培技术研究、Cd胁迫对水稻生长发育、生理生化及品质的影响机理等方面开展进一步研究.     

水分管理对水稻镉吸收的影响

以晚稻品种玉针香和湘晚籼12号为供试材料,研究了3种水分灌溉方式(W1,长期淹水灌溉;W2,湿润灌溉;W3,阶段性湿润灌溉)对水稻糙米镉含量的影响。结果表明,在水稻生长的3个关键时期(分蘖期、灌浆期、成熟期),各部位镉含量、富集系数均以W3处理最高,W1处理最低;玉针香糙米镉含量W1处理分别比W2、W3处理低56.52%和66.67%,且W1处理与W3处理间存在显著差异;湘晚籼12号糙米镉含量W1处理分别比W2、W3处理低65.22%和52.94%,但各处理间差异不显著。可见,长期淹水灌溉是一项能够有效降低糙米镉含量的农艺措施。     

蘖肥运筹对水稻镉吸收的影响

为初步探究蘖肥施用时间对水稻Cd(镉)吸收的影响及其机制,以不施氮肥(F1)处理为对照,并设置1个氮肥均作基肥处理(F5),研究蘖肥施用时间[移栽后7 d(F2)、14 d(F3)和21 d(F4)]对水稻品种株两优819、陆两优996 Cd含量、Cd的亚细胞分布以及铁锰氧化物膜形成量的影响。结果表明,与对照相比,施用蘖肥总体能显著降低水稻分蘖期以及成熟期各部位Cd含量;与F5处理相比,施用蘖肥总体上可降低成熟期各部位Cd含量,就糙米而言,施用蘖肥处理Cd含量分别较F1和F5处理降低25%～46%和7%～33%,F3、F4处理降低Cd含量效果较好;水稻产量以F3处理最高,F2、F4处理也较高,三者间差异不显著。从根表铁锰氧化物膜形成量来看,与F1和F5处理相比,施用蘖肥总体上能明显增加水稻根表铁锰氧化物膜形成量,同时也提高了根表铁锰氧化物膜表面吸附的Cd含量,且2个品种均以F3、F4处理较高;铁锰氧化物膜形成量的增加使得分蘖期进入水稻各亚细胞组分的Cd含量均较F1处理明显降低。综合考虑,水稻生产中应根据品种特性,于移栽后14～21 d施用分蘖肥,以达到降低糙米Cd含量、提高水稻产量的目的。     

齐穗期施肥对水稻镉积累的影响

为探究在齐穗期施肥对水稻Cd积累的影响,完善对镉的防控技术,采用田间小区试验,在齐穗前施肥量(基肥、分蘖肥和穗肥)一致条件下,设4个粒肥水平(T1,齐穗期施用尿素77.59kg/hm2;T2,齐穗期施用尿素116.39kg/hm2;T3,齐穗期施用尿素155.18kg/hm2;T4,齐穗期施用尿素193.75kg/hm2),在水稻成熟后采集植株样品进行相关指标测定。结果表明,施用粒肥均可提高水稻产量,增加水稻地上部干物质积累;玉针香和湘晚籼12号均在T4处理下增产效果最佳,较CK(全生育期不施氮肥)分别增产18.66%、34.59%。不同处理对水稻Cd积累存在显著差异,2个品种的根系和茎秆Cd含量在T1处理下最低,且与T4处理和CK差异显著,T4处理下最高;2个品种的糙米Cd含量均以T1处理最低,但玉针香以T4处理最高,而湘晚籼12号以T3处理最高,湘晚籼12号糙米Cd含量T1处理显著低于CK。从提高水稻产量和品质安全综合来看,建议大田生产中,粒肥施用量以77.59kg/hm2较适宜。     

氮肥对双季稻根表铁膜形成及双季稻镉积累的影响

为探究淹水条件下氮肥比例对水稻根表铁膜形成量及对镉吸收转运的影响,开展大田试验,选取早稻株两优819（低镉品种）、陆两优996（高镉品种）和晚稻湘晚籼12号（低镉品种）、玉针香（高镉品种）为试验材料,以水稻全生育期施氮量为180 kg·hm^-2,设3个氮肥比例,基肥：蘖肥：穗肥：粒肥分别为4：4：2：0（T1）、8：0：2：0（T2）、6：0：2：2（T3）及不施氮处理（CK）。水稻分蘖期和乳熟期,整株采集水稻,测定植株各部位镉含量和根膜铁、镉含量;成熟期测定根、茎叶、糙米镉含量。结果表明,不同稻季低镉品种根膜铁含量为分蘖期>乳熟期,高镉品种根膜铁含量及镉吸附量为乳熟期>分蘖期。株两优819、陆两优996和玉针香乳熟期根膜镉含量以T1、T2处理时较CK有所降低,T3处理时最高,湘晚籼12号以不施氮情况下最高,T2处理下最低。高镉品种陆两优996不同时期根膜铁含量与根膜镉含量显著正相关（P<0.05）,高镉品种玉针香分蘖期根膜铁含量与根膜镉含量显著正相关（P<0.05）,乳熟期根膜铁含量与叶、穗镉含量显著负相关（P<0.05）。水稻根和茎、叶镉含量随生育期的延长而增加,施氮可降低早稻成熟期各部位镉含量,提高晚稻根和茎、叶镉含量。不同稻季糙米镉含量在氮处理下显著降低,施氮量一致情况下,改变氮肥比例对低镉品种株两优819和湘晚籼12号糙米镉含量无明显影响,高镉品种陆两优996和玉针香糙米镉含量以T3处理降低最明显,较CK分别降低52.72%和74.13%。由此可知,淹水条件下,可依据水稻品种,结合水稻镉积累关键生育期,制定合理的氮肥比例以降低糙米镉含量。     

施用石灰降低污染稻田上双季稻镉积累的效果

【目的】研究在不同镉（Cd）污染程度稻田上施用石灰（CaO）的效果以及双季稻稻米Cd积累的差异,为早、晚稻季下不同污染程度稻田上的稻米安全生产提供参考。【方法】在湖南省选取43个县（区）的典型Cd污染稻田作为试验点,以常规栽培作为对照,研究施用石灰（1 200 kg·hm^-2）后,轻度污染（土壤有效镉≤0.2 mg·kg^-1）、中度污染（0.2 mg·kg^-1土壤有效镉≤0.4 mg·kg^-1）、重度污染（0.4 mg·kg^-1土壤有效镉≤0.6 mg·kg^-1）和严重污染（土壤有效镉>0.6 mg·kg^-1）稻田土壤pH、土壤有效镉含量、稻米Cd含量以及稻米富集系数的变化。【结果】（1）从Cd污染稻田整体的角度分析,相比常规栽培,施用石灰能够极显著降低早、晚稻米Cd含量均值,降幅分别为31.0%和28.6%。（2）从不同稻季下不同污染程度稻田的角度分析,相比常规栽培,施用石灰能够降低早稻季中度、重度和严重污染稻田的稻米Cd含量均值,降幅分别为37.0%、38.7%（P＜0.05）和22.6%;施用石灰能够降低晚稻季轻度、中度、重度和严重污染稻田的稻米Cd含量均值,降幅分别为2.0%、31.3%（P＜0.05）、31.8%和22.9%。不同污染程度稻田施用石灰后能够提高土壤pH,降低土壤有效镉含量,使稻米Cd富集系数明显下降,实现对稻米Cd含量的调控。【结论】施用石灰能够有效调控早稻季的轻度、中度、重度以及晚稻季的轻度Cd污染稻田的稻米Cd含量均值,降至限量标准（0.2 mg·kg^-1）以下。因此,以石灰施用为基础,结合其他降Cd措施,实施“分稻季分污染程度”和“晚稻优先于早稻”的治理思路,能提高大田生产上稻米Cd含量调控的稳定性并降低治理成本。     

不同类型高粱对重金属镉吸收积累的动态变化

为了探寻利用高粱修复镉污染土壤的可行性和有效方法,为快速高效修复土壤重金属污染提供理论依据和经验,本研究在湖南农业大学浏阳市综合教学实验基地和湘阴农科所2个环境下分析了4个高粱品种在5个生育期间植株中镉吸收积累特性和动态变化。方差分析表明成熟期高粱根部的镉含量和镉积累量主要受土壤的影响,品种间差异较小;地上部分镉含量和镉积累量在品种间达到极显著水平。4个高粱品种苗期地上和根系部分的镉含量分别为3.75 mg/kg和7.60 mg/kg,都显著高于其它生长阶段。高粱地上部分镉积累量在抽穗期达到最高值,2个生物质高粱地上部分镉积累量都超过65 g/hm2,是甜高粱的2～4倍。但成熟期4个品种地上部分镉积累量为23.35～33.39 g/hm2,差异较小。上述研究显示,通过筛选镉积累量高的生物质高粱品种并适时收获,同时提高高粱复种指数对有效、快速修复镉污染土壤具有积极意义。     

粒肥施用时期对水稻镉积累的影响初探

探索生育后期氮肥施用对水稻镉积累的影响,为稻米镉消减提供技术支持。采用大田小区试验,以杂交稻株两优819(早稻)和常规稻湘晚籼12号(晚稻)为试验材料,设粒肥用量占总氮20%的不同生育期施粒肥处理,分别为始穗期施粒肥(F1)、齐穗期施粒肥(F2)、灌浆期施粒肥(F3)及不施粒肥处理(CK)。试验结果表明,合理施用粒肥可显著提高晚稻籽粒生物量,齐穗期和灌浆期施用粒肥显著提高了早稻籽粒生物量。不同生育期施粒肥对降低籽粒富集系数、镉在植株内转运系数存在显著差异;不同生育期施粒肥水稻成熟期各部位镉含量不同,施粒肥提高了早稻根系和茎叶的镉含量,但显著降低了籽粒镉含量,其值表现为CKF1F3F2;晚稻的根系镉含量在始穗期施粒肥处理显著提高,茎叶镉含量均显著大于CK,灌浆期施粒肥处理的籽粒镉含量有小幅度降低;与CK相比,早晚稻籽粒镉含量最大降幅分别为44.87%,22.31%。可知,不同生育期施粒肥对早晚稻籽粒的镉含量影响有差异,齐穗期施粒肥可显著降低早稻籽粒的镉含量,灌浆期施粒肥能降低晚稻籽粒的镉含量。     

混合绿肥还田对双季稻干物质积累及产量的影响

2018年4月至2019年11月,以早稻品种中早39、晚稻品种玉针香为材料,设计6个处理,分别为不施用绿肥还田(CK)、施用紫云英还田(T1)、施用紫云英及黑麦草还田(T2)、施用紫云英及油菜还田(T3)、施用箭舌豌豆及黑麦草还田(T4)、施用箭舌豌豆及油菜还田(T5),研究豆科与非豆科绿肥混合还田对双季稻叶片光合特性、干物质积累与分配规律及产量的影响。结果表明：与CK相比,绿肥还田明显降低早稻生育前期叶片净光合速率和群体干物质积累,显著促进早、晚稻生育后期干物质积累,提高剑叶净光合速率,2年双季稻平均增产2.88%~14.74%;与T1相比,T3、T5处理有利于早、晚稻高光效群体形成,早、晚稻成熟期干物质积累量显著增加,剑叶净光合速率维持在较高水平;豆科与非豆科绿肥混合还田对双季稻有效穗数、结实率和产量有显著影响,双季稻有效穗数、结实率与产量呈显著正相关(P＜0.05);与CK相比,T3处理的产量最高,达17.13 t/hm2,2年双季稻产量平均增加14.74%。紫云英与油菜混合还田能有效提高双季稻生育后期叶片叶绿素含量,延缓剑叶净光合速率下降,促进双季稻干物质积累与分配,显著提高成熟期干物质积累量和稻谷产量,是比较适宜的绿肥混合还田模式。     

种植制度对水稻籽粒铅、镉含量的影响

为比较不同种植制度对水稻籽粒铅、镉含量及变化的影响,从2016年开始,在衡阳和岳阳地区实施为期3 a的大田定位试验,探究稻-稻-紫云英、稻-稻-冬闲和稻-稻-油菜3种不同种植制度下,水稻籽粒中铅和镉含量的高低及其变化趋势。结果表明,各种植制度的水稻籽粒铅、镉含量变化呈现出先升高后降低的趋势。实施种植制度3 a后,相比于稻-稻-冬闲,稻-稻-油菜种植制度显著降低了早稻和晚稻籽粒镉含量,平均降低幅度分别为23.90%和47.30%,稻-稻-紫云英和稻-稻-冬闲之间没有显著差异;相比于其他种植制度,稻-稻-紫云英种植制度会显著提高早稻和晚稻籽粒中铅含量,平均提高幅度分别为50.42%和80.49%,稻-稻-冬闲和稻-稻-油菜之间没有显著差异。研究发现,与种植第一年相比,3 a后稻-稻-油菜种植制度能够显著提高衡阳和岳阳的土壤pH(增幅分别为8.60%和10.33%),并显著降低土壤有效态铅含量(衡阳地区除外)和有效态镉含量,稻-稻-紫云英种植制度会增加土壤的有效态铅含量(增幅分别为17.51%和13.32%)。从季别来看,湖南地区水稻品种早39在晚稻季收获的籽粒镉含量要显著高于早稻季118.93%～429.11%,而在早稻季收获的籽粒铅含量要显著高于晚稻季10.71%～59.20%。综合考虑,在南方重金属污染的多熟制地区,应选择稻-稻-油菜种植制度作为主流的种植制度。