叶面喷施硅硒联合水分管理对水稻镉吸收转运特征的影响

为研究水稻叶面喷施硅硒溶液联合稻田不同水分管理对中轻度镉污染农田水稻镉吸收转运特征的影响,在田间设置4种叶面喷施处理和2种水分管理交互的裂区试验,共8个处理:稻田常规水分管理下,叶面喷施去离子水(W1CK)、硅溶胶(W1Si)、亚硒酸钠溶液(W1Se)、硅硒等体积混合液(W1SS);孕穗后期稻田持续淹水管理下,叶面喷施去离子水(W2CK)、硅溶胶(W2Si)、亚硒酸钠溶液(W2Se)、硅硒等体积混合液(W2SS)。结果表明,叶面喷施硅硒溶液处理和孕穗后期淹水处理对水稻生长和产量性状均没有显著影响。常规水分管理下,与对照W1CK处理相比,W1Si和W1Se处理分别降低水稻糙米中镉含量的71.7%和61.9%(P0.01),同时镉从水稻根到茎的转运系数分别降低27.4%和34.5%,从茎到叶的转运系数分别增加46.5%和55.3%。孕穗后期持续淹水管理下,W2CK处理与W1CK处理相比糙米镉含量降低57.5%(P0.05),而叶面喷施硅硒溶液处理组与W2CK相比,糙米中镉的含量没有显著差异(P0.05)。水稻叶面喷施硅硒溶液和孕穗后期稻田持续淹水,可以有效阻止镉在水稻体内的迁移,显著降低水稻糙米对镉的积累。叶面喷施硅硒联合稻田孕穗后期淹水管理对水稻糙米降镉效果未见协同效应。     

钾硅肥施用对水稻吸收铅、镉的影响

为探讨钾硅肥施用对水稻铅、镉吸收及土壤中铅、镉生物有效性的影响,将施肥和重金属钝化修复良好结合在一起提供依据,采用盆栽试验,研究了钾硅肥施用对水稻生物量、钾素积累量、铅/镉含量和土壤中有效态铅/镉含量及其变化的影响。结果表明,钾硅肥施用可以显著提高水稻植株各部位生物量和钾素累积量,与不施钾处理相比,水稻生物量和钾素积累量分别增加了40.4%~47.0%和170.0%~252.0%;钾硅肥的施用显著降低了水稻茎、叶和籽粒中铅和镉的含量,与施用硫酸钾处理相比,水稻茎、叶、籽粒中铅和镉的含量分别降低了23.6%、35.6%、28.7%和15.6%、29.7%、26.8%,且随着钾硅肥用量的增加,水稻地上各部位铅和镉的含量显著降低,但水稻根部重金属含量并无显著差异。土壤中有效态铅、镉经过一季水稻种植后均有不同程度降低,钾硅肥处理和硫酸钾处理土壤有效铅、镉含量并无明显差异。钾硅肥的施用既满足了水稻对钾素的需求,又降低了水稻地上各部位对土壤重金属的吸收。     

不同生育期施用硅肥对水稻吸收积累镉硅的影响

为探明硅肥对镉污染稻田降低稻米镉的作用机理,完善稻米镉消减的硅肥施用技术,采用田间试验,研究水稻不同生育期(基肥、分蘖期和孕穗期)施用硅肥对水稻吸收积累镉、硅的影响。结果表明:施用硅肥能够提高土壤0.160~0.290个pH单位,降低镉生物有效性,同时,显著增加土壤有效硅含量,增幅为295.3%~399.2%(P0.05);不同生育期施用硅肥中,基施硅肥能够显著增加9.7%的水稻产量,高于其他处理,基施硅肥显著降低了水稻茎秆、叶片、稻壳和稻米中的镉含量,降幅分别为31.9%(P0.05)、65.8%(P0.05)、46.1%(P0.05)和25.3%(P0.05),施硅降低了镉由茎秆向叶片和稻壳的转运,从而降低了稻米镉的积累,同时显著增加茎秆、叶片和稻壳硅含量,增加幅度分别为44.1%(P0.05)、71.5%(P0.05)和28.8%(P0.05)。综上表明,镉污染稻田基施硅肥能够显著增加水稻产量,降低土壤镉生物有效性,阻止镉的迁移转运,减少稻米镉积累,是镉污染稻田修复中推荐的硅肥施用技术。     

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。     

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。     

掺杂硒·硫的硅基叶面阻控剂对水稻富集镉的影响

[目的]研究掺杂硒、硫的硅基叶面阻控剂对水稻富集镉(Cd)的影响.[方法]在中度Cd污染区开展水稻喷施不同用量掺杂硒、硫(7500、9000 mL/hm2)的硅基叶面阻控剂的田间小区试验.[结果]施用掺杂硒、硫的硅基叶面阻控剂,可使稻谷产量增加1.87％～8.97％;稻米Cd含量降低25.93％～46.67％;茎中Cd含量增加14.38％～37.89％,对根、叶中Cd含量的影响不大;Cd从茎到籽实的转运系数显著降低,降幅达34.48％～62.50％.[结论]采用硅、硒、硫耦合原理抑制Cd在水稻植株内的迁移是可行有效的;抑制Cd从茎到籽实的转运是能够显著降低稻米Cd含量的主要原因.     

硅对水稻吸收镉的影响

采用营养液培养的方法,在镉浓度为1.0×10~(-6)mol·L~(-1)时,研究了硅对水稻吸收镉的影响.结果表明:加硅和缺硅处理对水稻的幼苗干物质的积累无明显影响;硅对水稻根系的镉的吸收量也无明显影响,硅明显降低了水稻地上部分镉的吸收量.即硅减少了水稻根部吸收的镉向地上部分迁移的量.     

硅肥与硒肥施用对水稻吸收积累Cd的影响规律研究

采用盆栽试验,研究了铅锌冶炼污染区土壤中基施硅肥和硒肥,对栽种的水稻不同生育期各器官内Cd含量的影响。研究结果表明:施硅肥和硒肥能抑制水稻对Cd的吸收,同时也能抑制根系吸收的Cd向茎叶转移。早稻金优974和晚稻金优297施加硅肥后糙米中Cd含量低于国家标准,稻米中的Cd得到理想控制,硅肥可以作为土壤改良剂控制稻米Cd污染;但基施硒肥的控制效果欠佳。     

叶面喷施硒肥对水稻植株中镉、硒含量分布的影响

在大田生产条件下对镉污染水稻喷施叶面硒肥,研究了外源硒对水稻植株不同部位中镉、硒含量分布的影响。结果表明,喷施叶面硒肥均能有效降低水稻根系、秸秆和籽粒中镉含量,分别较对照降低11.99%~19.85%、33.95%~70.78%和25.93%~47.06%;施用硒肥的处理显著增加了水稻各组织器官中硒含量,水稻根系、秸秆和籽粒中硒含量分别较对照增加150%~300%、366%~450%和162.5%~225%。     

硒对水稻幼苗吸收镉的影响

利用溶液培养的方法,研究不同体积质量分数的硒对镉胁迫下水稻幼苗生长、硒镉吸收、镉转移以及水稻根系 镉外渗量的影响.结果表明:溶液中硒处理体积质量分数小于250μg/L时,硒能缓解镉对水稻生长的毒害作用;当溶 液中硒处理体积质量分数高于500μg/L时,硒对镉胁迫没有缓解作用;当硒处理体积质量分数高于800μg/L,硒与 镉产生协同效应,加重了镉对水稻的毒害作用.随着硒体积质量分数的增加,水稻地上部和根部镉的质量分数显著 下降,地上部降幅大于地下部.在硒处理体积质量分数为800μg/L时,地上部和根部的硒质量分数达到最大.硒 能降低镉的转移系数,抑制镉从水稻根部向地上部的转移,降低地上部镉的累积量.随着溶液中硒体积质量分数的 增加,根系镉外渗量显著减少,溶液中Se体积质量分数大于500μg/L时,镉的外渗量很低.     

硅素分期施用对土壤镉形态和水稻镉累积的影响

为了探明硅素运筹对土壤-水稻(Oryza sativa L.)体系中Cd迁移的影响,探索缓解Cd污染土壤中水稻吸收和积累Cd的最佳施硅时期和施硅比例,采用盆栽实验,以稻田土壤为供试土壤,外源添加氯化镉模拟Cd含量为100 mg·kg~(-1)的污染土壤,在施硅总量(56 mg·kg~(-1)土壤)不变的基础上设置基施硅素(C1)、基肥和拔节期硅素1∶1分期施用(C2)和拔节期施硅素(C3)3种处理,以不施硅(CK)为对照,研究硅素分期施用对土壤Cd的形态以及水稻对Cd的吸收、转运和累积的影响。结果表明:与CK相比,C2和C3处理水稻成熟期土壤中Cd含量增加19.4%(P0.05)、18.9%(P0.05),C2和C3土壤可交换态Cd含量降低27.3%(P0.05)、27.1%(P0.05),而土壤残渣态Cd含量分别增加97.7%(P0.05)、111.3%(P0.05)。成熟期各施硅处理水稻的根和糊粉层中Cd含量显著增加,而茎、叶和精米中Cd含量明显降低,其中C1、C2和C3精米的Cd含量分别比CK降低13.8%(P0.05)、35.1%(P0.05)和27.9%(P0.05),茎、叶、精米的Cd转移系数和富集系数也显著降低,而根的Cd富集系数显著升高。此外,本研究还发现土壤各形态Cd含量与水稻根和精米中Cd累积量有着显著的相关关系。综上表明,C2和C3成熟期土壤Cd的有效性显著降低,残渣态Cd显著增加,Cd从土壤向稻株中的转移受到抑制,水稻吸收的Cd大部分累积在根部,降低Cd向地上部各器官的迁移,从而导致精米Cd含量和累积量明显降低,其中C2处理更利于整个生育期土壤可还原态Cd含量的减少和抽穗期土壤中可氧化态Cd含量的增加,利于抽穗前水稻生长发育。C2处理施硅效果好,值得推荐。     

矿物硅肥与微生物菌剂对水稻吸收积累镉的影响

采用室外盆栽试验和田间随机区组试验相结合的方法,研究基施矿物硅肥、微生物菌剂、矿物硅肥与微生物菌剂组配施用,对湖南地区晚稻成熟期内各部位中Cd的含量及产量的影响。结果表明,在盆栽试验中,与CK相比,微生物菌剂处理对水稻根部、茎鞘、谷壳和糙米中Cd含量的抑制效果最佳,降低幅度分别为46.19%、52.46%、38.39%和55.31%,而矿物硅肥处理对叶片中Cd含量的抑制效果最佳,降低幅度为54.39%;在田间随机区组试验中,与CK相比,矿物硅肥处理对水稻根部、茎鞘和叶片中Cd含量的抑制效果最佳,降低幅度分别为73.91%、71.28%和76.77%,而微生物菌剂处理对谷壳和糙米中Cd含量的抑制效果最佳,降低幅度分别为65.52%和69.57%。对于轻度污染土壤,施用三种改良剂后,糙米中Cd含量明显降低,分别为0.09、0.07、0.12 mg·kg~(-1),均能达到国家食品卫生标准(Cd0.2 mg·kg~(-1));水稻产量方面,施用改良剂均能使水稻增产,其中以矿物硅肥+微生物菌剂组配处理的效果最为显著,在盆栽试验和田间随机区组试验中,分别比对照增产28.06%和31.1%。     

不同粒径贝壳粉对水稻吸收镉与硒的影响

为明确不同粒径贝壳粉对土壤镉、硒有效性及水稻吸收累积镉与硒的影响差异,采用田间试验,设置等量不同粒径贝壳粉施用处理,通过测定水稻植株各部位镉和硒含量,结合土壤pH、土壤有效态镉和有效态硒及其价态含量,对比分析不同粒径贝壳粉对水稻吸收累积镉和硒的影响。结果表明:施用贝壳粉可显著提高稻田土壤pH,降低土壤有效态镉含量,且贝壳粉粒径越小,效果越显著,10、60、200目贝壳粉处理的土壤有效态镉含量分别比对照(常规种植)降低8.68%、10.84%和17.50%,同时稻田土壤有效态硒含量得以提高,并以交换态硒为主,贝壳粉粒径越小,越利于交换态硒向+6价硒转化;施用贝壳粉可促进水稻降镉富硒,糙米镉含量比对照降低9.62%～49.02%,硒含量提高4.31～5.58倍,且水稻体内镉含量与硒含量呈显著的负相关性,其中60目和200目贝壳粉处理的糙米镉含量均符合《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762—2017)的要求。研究表明,在实际生产中可选用粒径60目以上的贝壳粉作为镉污染农田稻米降镉富硒的修复材料。     

硅对水稻吸收镉的影响

通过盆栽试验,以水稻土为供试土壤,采用完全因素试验设计方法,研究硅对土壤中外源镉的活性及其对水稻吸收镉的影响。结果表明,外源镉的添加量越大,水稻根、茎叶和糙米中镉含量越大;在外源镉的添加量为2和5 mg.kg-1时,施硅可降低水稻根、茎叶和糙米中的镉含量;随着施硅量的增加,水稻各部位的镉含量呈现降低趋势,且水稻根部和茎叶的镉含量比例上升,糙米的镉含量比例减少;土壤中的可交换态、碳酸盐结合态镉含量呈降低趋势,铁锰氧化物态、有机结合态和残渣态镉含量呈增加趋势。硅降低土壤中镉对水稻毒害的机制之一是硅改变了土壤中镉的形态,降低了镉的活性和生物有效性。     

硅锌互作对水稻幼苗镉吸收转运特性的影响

以湘早籼24幼苗为实验材料,通过添加不同浓度巯基硅和硫酸锌的水培试验,对水稻幼苗中总Cd含量、各亚细胞组分Cd含量、必需元素及可溶性蛋白的变化进行了研究,旨在探讨根际环境中添加Si和Zn离子抑制水稻Cd吸收转运的互作机理。结果表明:在含Cd 2.7μmol·L~(-1)的营养液中添加0.05 mmol·L~(-1)和0.1 mmol·L~(-1)的巯基硅能使水稻根系的Cd含量分别下降5.4%和34.7%,使地上部的Cd含量分别下降3.5%和51.8%。Si和Zn共存时对Cd的抑制作用更加明显,同时添加0.2 mmol·L~(-1)Zn和0.05mmol·L~(-1)或0.1 mmol·L~(-1)的巯基硅,使水稻幼苗根系中的Cd含量分别下降27.4%和68.9%,使地上部的Cd含量分别下降78.0%和88.0%。Si-Zn互作使得根系细胞壁组分中的Cd分配比例和地上部胞液组分中的Cd分配比例显著下降;同时还促进了根系对K、Ca、Fe、Zn等元素的吸收以及向地上部的转运。在Cd胁迫环境中,添加Si和Zn能显著提高根系中可溶性蛋白的含量,但对地上部的可溶性蛋白含量无显著影响。这些结果说明,增加根际环境中的Si和Zn浓度能促进根系对Cd的固定和根细胞中可溶性蛋白的合成,通过促进必需元素的吸收转运,显著抑制根系原生质体对Cd的吸收和向地上部的转运。     

碱性缓释肥对水稻吸收积累Cd的影响

选择长株潭地区典型化工点源污染、污水灌溉面源污染和大气沉降面源污染的镉(Cd)污染稻田,研究碱性缓释肥对稻田土壤有效Cd、水稻Cd含量的影响。结果表明:与常规施肥相比,北山、梅林桥、大同桥三个试验点施用碱性缓释肥的水稻产量增加290.8(+3.9%)~605.0(+7.3%)kg·hm~(-2),平均增产467.8 kg·hm~(-2)(+5.7%,P0.05);三个试验点施用石灰和碱性缓释肥均能提高土壤p H,降低土壤有效Cd含量,其效果为碱性缓释肥小于石灰;三个试验点施用石灰和碱性缓释肥均能显著降低水稻稻米和茎叶Cd含量,在北山、大同桥酸性土壤中碱性缓释肥降低稻米Cd含量的效果优于石灰,两地的稻米Cd含量分别较施用石灰下降0.023mg·kg~(-1)(-13.5%)和0.080 mg·kg~(-1)(-26.7%),梅林桥偏中性的土壤上则为石灰降低稻米Cd含量的效果优于碱性缓释肥。     

水稻镉、铅、砷低含量基因型的筛选

筛选低重金属含量水稻品种或减少水稻对种植土壤中重金属的吸收是控制稻米重金属含量的最直接有效的办法.本研究采用ICP-MS法测定了78份水稻品种的糙米中镉(Cd)、铅(Pb)、砷(As)含量.同时比较其中的20份品种在3个试验点的糙米Cd,Pb,As含量.结果表明:水稻籽粒中Cd,Pb,As的积累存在着明显的品种差异,其中Cd和Pb积累的基因型明显较As积累的基因型丰富;相关性分析表明,糙米中Cd和Pb含量存在极显著相关性(P＜0.01);筛选得到Cd,Pb含量低的基因型5个,Cd,As含量低的基因型1个,As,Pb含量低的基因型2个,Cd,Pb,As含量均低的基因型1个;土壤Cd,Pb,As含量对糙米Cd,Pb,As含量有较明显的影响;且糙米Cd,Pb和As含量对土壤环境的反应也各不相同.