水分管理和施用石灰对水稻镉吸收与运移的影响

通过田间试验,研究了间歇灌溉和全生育期淹水2种水分管理结合水稻分蘖期施用石灰对不同水稻生育期的土壤和水稻各组织中Cd分布与运移的影响。研究结果表明,全生育淹水和施用石灰均能升高土壤p H值,降低土壤中有效态Cd含量;施用石灰能降低土壤中酸可提取态Cd所占比例而残渣态所占比例增加。在全生育期淹水条件下施用石灰有利于改善土壤性状并提高土壤中Fe质量百分含量。与不施用石灰相比,在间歇灌溉条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.86 mg/kg降低到0.56 mg/kg,而在全生育期淹水条件下,施用石灰处理的糙米中Cd质量分数从0.77 mg/kg降低到0.34 mg/kg;无论间歇灌溉还是全淹水处理条件下,施用石灰均增加了水稻总生物量。施用石灰后,在灌浆期,水稻茎叶中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在成熟期,根和稻米中Cd的富集系数显著降低(P0.05);在全生育期淹水条件下,成熟期水稻根到茎叶转运系数和茎叶到米中转运系数均显著降低(P0.05)。水稻糙米中Cd含量与土壤中有效态Cd含量、水稻地上部Cd累积量呈显著正相关,与土壤p H值呈显著负相关。上述研究结果表明,施用石灰能够显著降低稻田土壤中Cd的生物有效性;采用全生育期淹水结合在分蘖期施用石灰是降低稻米中Cd含量有效措施且不会导致水稻减产。     

石灰组配土壤改良剂抑制污染农田水稻镉吸收

为达有效地调控污染稻田水稻糙米对Cd吸收,该研究选取湖南省长株潭地区的湘潭、醴陵和株洲3处不同Cd污染程度田块,研究石灰配施海泡石、钙镁磷肥、有机肥对水稻Cd吸收和累积的影响。结果表明,施用石灰及其组配改良剂均可明显提高土壤pH值,有效降低土壤中酸提取态Cd含量和水稻中Cd含量。与不施用改良剂相比,石灰配施海泡石或有机肥、配施海泡石和有机肥,Cd污染稻田土壤pH值平均升高1.08,0.96和0.93个单位,酸提取态Cd质量分数分别平均降低20.6%,15.6%和21.2%。石灰配施海泡石、有机肥或钙镁磷肥处理下在轻度Cd污染田块中糙米Cd含量较对照分别显著降低了48.3%,46.7%和34.2%,石灰配施有机肥、钙镁磷肥或钙镁磷肥和有机肥处理下在中度Cd污染田块中糙米Cd含量较对照分别显著降低了52.8%,47.8%和37.5%,石灰配施钙镁磷肥和有机肥、有机肥或海泡石处理下在重度Cd污染田块中糙米Cd含量较对照分别显著降低了51.2%,44.6%和42.5%,均低于食品安全国家标准中糙米限量值0.2 mg/kg(GB2762-2017)。相关分析表明,土壤中酸提取态Cd含量与水稻根、茎叶和糙米中Cd含量呈显著正相关关系(P0.05),说明土壤酸提取态Cd含量是影响糙米对Cd吸收的关键因素之一。上述结果说明,石灰配施海泡石、有机肥或钙镁磷肥+有机肥可有效调控污染稻田土壤中Cd进入水稻,实现水稻安全生产。     

紫云英还田对水稻镉和铅吸收积累的影响

通过水稻盆栽试验研究紫云英还田对污染水稻吸收积累镉(Cd)和铅(Pb)的影响.结果表明:(1)与对照(不施肥)相比,纯化肥处理对土壤pH及土壤有效Cd、Pb含量没有显著影响;而紫云英还田可以显著提高土壤pH,显著提高土壤有效Pb的含量,对Cd无显著影响;在紫云英还田的基础上添加石灰虽然可以进一步提高土壤pH,但对土壤有效Cd、Pb含量并没有产生显著影响.(2)施用紫云英可以提高水稻根系对Pb的吸收,地上部分则呈现为分蘖期促进、成熟期抑制的作用,最终可显著降低糙米中的Pb含量.(3)施用紫云英可显著抑制水稻植株地上和地下部分对Cd的积累,尤其是地上部分的Cd含量,无论是分蘖期和成熟期均显著低于对照和纯化肥处理,其中糙米中的Cd含量降幅可达80％.研究结果还表明,紫云英还田不仅可以增加肥力,还可以显著抑制糙米对土壤Cd、Pb的吸收;但紫云英还田量不能太高,以30 000kg/hm2较佳.     

不同调理剂对农田镉污染稳定效果及水稻吸收的影响

采集浙江杭州郊区富春江沿岸镉(Cd)污染水稻土，选择前期试验筛选的对土壤Cd钝化效果良好、可显著降低稻米Cd的4种调理剂，开展室内培养试验和温室盆栽试验，探讨不同调理剂种类(袁梦YM、祝天峰ZTF、天象一号TX1、永清YQ)、用量(推荐用量、3倍推荐用量)和调理剂与生石灰配施对污染水稻土Cd的稳定效果及对水稻生长和糙米Cd含量的影响。室内培养试验结果发现，添加调理剂能使土壤pH显著升高，落干条件下土壤pH增幅较淹水条件下更为明显；施用推荐用量调理剂，土壤硝酸铵提取态Cd显著下降，调理剂推荐用量+生石灰处理较调理剂推荐用量处理下降更为显著；总体上，同一调理剂3倍推荐用量处理下硝酸铵提取态Cd降幅更大，表明硝酸铵提取态Cd受土壤pH影响显著，且YM、TX1调理剂对硝酸铵提取态Cd的降低效果较好。盆栽试验结果显示，施用石灰和商品调理剂均可实现水稻稳产或增产，并显著降低水稻糙米Cd含量，与调理剂施用后土壤Cd有效性降低相一致。含钙、能调节土壤pH并辅以有机质和养分的复合调理剂因兼具养分作用，对水稻稳产增产、糙米Cd含量降低更为有效。     

生物有机肥和生物炭对Cd和Pb污染稻田土壤修复的研究

在田间试验条件下,研究施用生物有机肥和生物炭对稻田Cd和Pb污染的钝化修复效果。研究结果表明:施用生物有机肥和生物炭处理可以提高土壤p H值以及土壤养分含量,并显著降低土壤有效态Cd和Pb的含量,且土壤p H值与土壤有效态Cd和Pb的含量呈极显著负相关;生物有机肥和生物炭处理还可以降低水稻体内Cd和Pb的含量,其中水稻糙米Cd降幅达到了22.00%和18.34%,水稻糙米Pb含量的降幅也达到了33.46%和12.31%,且水稻糙米Cd和Pb的含量与土壤有效态Cd和Pb的含量呈显著正相关。综合各处理对土壤p H值、土壤养分含量、土壤有效态Cd和Pb的含量以及水稻Cd和Pb的影响,可以看出生物有机肥和生物炭处理对于Cd和Pb污染稻田土壤有较好的修复效果。     

生物有机肥对土壤-水稻系统中Cd形态及迁移特征的影响

[目的]探究稻田土壤中Cd形态转化与生物有机肥施用量之间的关系,及水稻植株体内各器官Cd的累积分配特征,以期为研究区提供经济安全的水稻生产指导方案。[方法]在湖南省长沙市红壤稻田进行了2 a的田间定位试验,期间设置了0,10,20,30与40 t/hm~2共5个生物有机肥施用量处理,在水稻成熟期采集土壤和水稻样品,分析了生物有机肥对Cd在土壤中形态变化、水稻器官中的分配以及持续效应的影响。[结果]①生物有机肥施用后可将土壤中酸溶态Cd钝化为可还原态Cd,降低了水稻体内Cd的累积、土壤—根系间富集系数和茎秆—籽粒间转运系数。②高施用量生物有机肥处理下2017和2018年土壤酸溶态Cd较CK均显著降低,最大减少幅度分别为22.42%和7.05%,Cd在水稻不同器官含量的分布为:根系茎秆叶片籽粒。③水稻籽粒Cd含量受土壤酸溶态Cd的直接影响,且酸溶态Cd受pH值、土壤有机质和阳离子交换量的调控。[结论]施用生物有机肥可以提高Cd污染稻田土壤肥力和稻谷产量,降低土壤酸溶态Cd的生物有效性。综合总体表现,当施用量为30 t/hm~2时,有机质含量为255.32 mg/kg的秸秆生物有机肥可以发挥出较好的修复作用。     

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

【目的】研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。【方法】盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土(总镉1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理：紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。【结果】1) GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2) GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻...     

硒与黄腐酸组配对水稻镉吸收的影响

以Cd污染水稻土为研究对象,采用盆栽试验研究不同用量Se(0.5,1.0 mg/kg)与黄腐酸(0.6,1.2 g/kg)组配对水稻吸收积累镉的影响,并探讨其作用机理,以期为Cd污染稻田的安全利用提供科学依据。结果表明:单施Se可使土壤pH提高0.08～0.23个单位,土壤CaCl_2提取态Cd含量降低8.6%～20.9%,水稻地上部各器官Cd含量显著降低29.4%～39.5%,单施Se能有效降低水稻吸收Cd,并阻控Cd向地上部以及籽实中的转运。单施黄腐酸能显著降低土壤pH,但对土壤CaCl_2—Cd含量、水稻各器官Cd和Se含量(除低量黄腐酸处理叶片和糙米Cd含量外)及水稻各器官Cd的分配无显著影响。Se与黄腐酸组配对土壤pH的影响取决于二者的用量,黄腐酸与高量Se组配处理显著降低CaCl_2提取态Cd 16.5%～21.9%。Se与黄腐酸组配处理能显著减少水稻Cd的吸收及向地上部和籽粒的转运,更为有效地降低稻米Cd含量,高量Se与黄腐酸组配的2个处理与对照相比,稻米Cd含量分别降低38.1%和50.2%。总体来看,施Se能有效降低稻米Cd含量,而Se与黄腐酸配合施用降Cd效果更佳。     

有机物料对土壤中外源镉形态与生物有效性的影响研究

盆栽试验研究稻草与紫云英对土壤中外源Cd形态及其生物有效性的影响结果表明 ,添加稻草与紫云英可降低水稻分蘖期潮土和红壤交换态镉含量 ,且二者在不同土壤的影响不同。 2种有机物料在水稻分蘖期固定作用并不稳定 ,随时间的推移 ,氧化锰结合态和紧有机质结合态吸附的镉将随紧有机质的分解和活性锰的还原被释放出来 ,并向交换态镉转化 ,提高Cd的生物有效性。水稻对外源Cd吸收与Cd在土壤中形态密切相关 ,水稻分蘖期稻草与紫云英均可抑制水稻根和茎叶对外源Cd的吸收 ,至成熟期水稻根、茎叶和糙米中Cd含量迅速增加 ,其根本原因是由于土壤中交换态镉含量提高和紧有机质结合态镉含量降低所致     

炭基微生物菌剂对红壤性水稻土-水稻系统中Cd行为的影响

为探讨炭基微生物菌剂使土壤Cd生物活性降低和水稻对Cd吸收减少的可能性，采用盆栽试验，以单施NPK化肥为对照（CF），对比分析了石灰、牡蛎壳粉和炭基微生物菌剂对Cd污染红壤性水稻土土壤化学性质、土壤Cd形态分布和水稻Cd吸收迁移的影响。结果表明，添加石灰和牡蛎壳粉均可显著提高土壤pH值（增加0.31～0.86个单位），添加炭基微生物菌剂能提高土壤总有机碳（TOC）含量，较CF增幅为10.04%(P<0.05)。添加石灰、牡蛎壳粉和炭基微生物菌剂均对生物有效Cd(DTPA有效态、酸可提取态)含量有显著的降低作用。与对照相比，添加石灰、牡蛎壳粉和炭基微生物菌剂处理的DTPA有效态Cd含量分别显著降低了24.97%、19.52%和17.13%(P<0.05)，同时促进土壤Cd从酸可提取态向残渣态转化。此外，添加炭基微生物菌剂对水稻成熟期的根系、茎叶和籽粒的干物质积累均具有较明显的促进作用。与对照相比，石灰和炭基微生物菌剂处理后糙米Cd含量分别降低了42.83%和54.57%(P<0.05)，糙米对土壤Cd的生物富集系数（BCF）降低了41.57%和53.93%(P<0...     

翻压紫云英对双季稻产量、镉吸收及转运的影响

  【目的】  探讨紫云英在水稻生产中的增产降镉（Cd）效应以及降Cd的生理机制。  【方法】  5年田间微区定位试验设4个处理:不施任何肥料(CK)、翻压紫云英(GM)、单施化肥(F)和紫云英翻压配施化肥(F+GM),翻压紫云英的处理冬闲田种植紫云英,作为绿肥在早稻插秧前翻压还田。在双季稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集水稻植株样品,分为根、茎叶、籽粒3个部分,测定其Cd含量。  【结果】  1)与CK相比,F+GM与F处理5年水稻产量显著增加,GM处理从2017年起增产显著;与F处理相比,F+GM处理5年水稻均增产,其中2016与2020年显著增产。2）翻压紫云英对水稻同一部位在不同时期的降Cd效应不同。早稻GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于CK,晚稻则无显著差异;早稻的GM处理茎叶Cd含量在灌浆期显著低于CK,晚稻的无显著差异;早稻的GM处理籽粒Cd含量在灌浆期和成熟期均显著低于CK（分别降低85.7%和57.6%）,晚稻的无显著差异。早稻的F+GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于F处理,晚稻的则无显著差异;早稻的F+GM处理茎叶Cd含量在分蘖期显著低于F处理,晚稻的无显著差异。3）翻压紫云英下水稻不同时期Cd转运有差异。早稻分蘖期F+GM处理的根–茎叶Cd转运系数显著高于CK与F处理,成熟期GM处理的茎叶–籽粒Cd转运系数显著低于CK,降幅为52.2%;晚稻则无显著差异。4）F+GM和GM处理根与籽粒Cd累积量均较低,其根部累积量显著低于F处理;GM处理早稻籽粒Cd累积量显著低于F处理;而F+GM晚稻茎叶Cd累积量则显著高于CK。F+GM与GM处理籽粒Cd分配比例低于CK与F处理,F+GM处理的茎叶Cd分配比例高于F处理,GM处理的茎叶Cd分配比例高于CK。5）早稻各处理的土壤总Cd含量差异不显著,晚稻则表现为GM处理显著低于CK。早稻的GM与F+GM处理土壤有效Cd含量显著低于CK,晚稻的则无显著差异。  【结论】  翻压紫云英可增加水稻产量,同时具有较好的降Cd效应。翻压紫云英的降Cd生理机制为:一是可降低土壤有效Cd含量,从而降低水稻Cd含量;二是可降低茎叶–籽粒间的Cd转运系数,减弱向籽粒的转运能力,降低水稻籽粒中Cd的累积,进而生产出Cd含量低于国家安全限量的稻米。     

Effect of water management on cadmium and arsenic accumulation by rice (Oryza sativa L.) with different metal accumulation capacities

Purpose

Water management affects the bioavailability of cadmium (Cd) and arsenic (As) in the soil and hence their accumulation in rice grains and grain yields. However, Cd and As show opposite responses to soil water content, but information, particularly on irrigation, is missing on a field scale. The purpose of the present study was therefore to find a water management regime that can lower accumulation of both Cd and As in grain without yield loss.

Materials and methods

Two rice (Oryza sativa L.) cultivars, A16 and A159, with different grain Cd accumulation capacities were employed in field plot experiments with four water management regimes comprising aerobic, intermittent, conventional practice and flooded. The dynamics of Cd and As bioavailability in the soil and Cd and As concentrations in roots, straw and grains were determined at the early tillering, full tillering, panicle initiation, filling and maturity stages of crop growth.

Results and discussion

The lower water content regimes (aerobic and intermittent) mostly led to higher soil HCl-extractable Cd than the higher soil water content regimes (conventional and flooded). HCl-extractable As in contrast was favoured by the higher soil water content treatments. Conventional and flooded irrigation accordingly gave higher plant As concentrations but lower Cd compared to aerobic and intermittent irrigation. Cd concentrations in roots and straw of both varieties increased with growth stage, especially in aerobic and intermittent regimes, while As concentrations in plants showed little change or a slight decrease. As the water irrigation volume increased from aerobic to flooded, brown rice Cd decreased from 1.15 to 0.02 mg?kg^?1 in cultivar A16 and from 1.60 to 0.05 mg?kg^?1 in cultivar A159, whereas brown rice As increased. Aerobic and flooded treatments produced approximately 10–20 % lower grain yields than intermittent and conventional treatments. Cultivars with low Cd accumulation capacity show higher brown rice grain As than those with high Cd uptake capacity.

Conclusions

Of the four water management regimes, the conventional irrigation method (flooding maintained until full tillering followed by intermittent irrigation) ensured high yield with low Cd and As in the brown rice and so remains the recommended irrigation regime.     

有机和常规施肥模式的土壤养分特征及对不同食味型粳稻产量和品质的影响

为探究有机栽培对稻田土壤养分及不同食味型水稻产量和品质形成的影响,本研究以味优高产型粳稻(南粳46和苏香粳100)和味中高产型粳稻(常农粳8号和淮香粳15号)为材料,设置有机和常规2种栽培模式,对多个关键生育期(分蘖期、抽穗期、灌浆结实期和成熟期)的0~10 cm和10~20 cm土层养分含量及不同食味型粳稻的产量和品质进行比较。结果表明,分蘖期到成熟期,0~10 cm和10~20 cm土层速效磷和速效钾含量均表现为常规栽培<有机栽培;除成熟期外,有机栽培下0~10 cm和10~20 cm土层碱解氮和有机质含量在各生育时期均显著大于常规栽培。有机栽培较常规栽培降低了2种食味型粳稻的穗数,降幅均为20%左右,但提高了味中高产粳稻每穗粒数,分别提高了5.60%和6.35%,并降低了味优高产粳稻每穗粒数,分别降低了2.17%和2.52%。通径分析表明,栽培方式和品种对穗数均表现为负效应,其中栽培方式影响最大,品种较栽培方式对千粒重和结实率的影响最大。另外,有机栽培显著改善了2种食味型粳稻的外观品质、食味品质和RVA谱特征值。相关性分析表明,土壤碱解氮含量与直链淀粉含量呈显著负相关、与蛋白质含量呈显著正相关;而速效磷和速效钾含量均与直链淀粉和蛋白质含量呈显著负相关。本研究结果为优化水稻有机栽培技术、提高稻米的产量和品质提供了理论依据。     

不同施肥结构对酸性黄棕壤修复效果研究

利用3年田间定位试验,研究了不同施肥结构对酸性黄棕壤酸性、交换性能以及微生物区系的影响。结果表明:连年施用有机肥以及配施石灰和白云石粉均能显著降低土壤中交换性酸和交换性Al~(3+)的含量,提高土壤pH,且不同施肥结构对修复黄棕壤酸性的效果为有机肥配施石灰有机肥配施白云石粉有机肥;连年施用有机肥以及配施石灰主要提高了土壤中交换性Ca~(2+)含量,而配施白云石粉则主要提高了土壤中交换性Mg~(2+)含量;有机肥配施石灰和白云石粉均降低了土壤中真菌的数量,但提高了土壤中细菌/真菌比、放线菌/真菌比以及细菌和放线菌数量,改善了土壤微生物群落结构,增加了烟叶的产量和产值。     

赤泥和有机肥对镉、铅在水稻中吸收分布的影响

通过大田正交试验,研究添加赤泥和有机肥对Cd、Pb在土壤-水稻系统中分布规律的影响。结果表明,添加赤泥或有机肥后,水稻根际土壤pH值升高0.36~1.90个单位,根际土壤中Cd、Pb含量分别降低2.73%~26.25%和7.15%~34.26%,糙米中Cd和Pb含量分别降低23.24%~55.90%和11.76%~29.41%,其中单施赤泥效果最好,其次是配施,单施有机肥最差。添加赤泥和有机肥后,水稻各器官中Cd和Pb含量显著降低,不同生育期Cd和Pb的贡献率明显改变,且添加量及施肥方式(单施、配施)也有显著影响。与CK相比,降Cd效果最好的是单施赤泥4 000 kg·hm~(-2),降幅为55.90%;降Pb效果最好的是赤泥(4 000 kg·hm~(-2))与有机肥(1 000 kg·hm~(-2))配施,降幅为29.41%。由于土壤中Cd(超标65倍)、Pb(超标7倍)污染程度较高,糙米中Cd、Pb含量仍超过食品污染物限量(GB 2762—2012)。因此,在重金属污染程度较高的稻田,仅通过添加土壤调理剂不能达到安全生产的目的。     

有机无机肥配施锌肥和石灰对双季稻产量及土壤养分特性的影响

在南方典型双季稻种植区,通过2年试验综合评价在有机无机肥配施基础上施用锌肥和石灰对双季稻产量与土壤养分特性的影响,以期提出培肥土壤和提高水稻产量的理想施肥模式。设置有机肥+无机肥(T1)、锌+有机肥+无机肥(T2)、石灰+有机肥+无机肥(T3)、锌+石灰+有机肥+无机肥(T4)4个处理,测定了土壤有效锌、碱解氮、有效锌含量和pH,分析了水稻产量和土壤综合肥力。结果表明:(1)相比T1处理,T2处理显著提高了早晚稻千粒重和结实率,显著增产8.7%,而T3处理不利于水稻稳产,显著降低了千粒重,并在第2年减产(5.6%)显著;T4处理表现出来的产量规律与T3处理类似,均于第2年表现减产。(2)施用锌肥、石灰均有利于提高土壤有效磷和碱解氮含量,石灰显著提高土壤pH,但T3、T4处理土壤有效锌含量显著下降,较T1处理分别下降39.0%和31.9%,而连年施用锌肥有利于有效锌的提高,T2较T1处理土壤有效锌含量提高22.2%。(3)土壤综合肥力表现为T2T4T1T3,施用锌肥相比石灰更有利于提高土壤肥力。综上所述,施用锌肥能显著提高土壤速效养分含量,增产显著,而连年施用石灰显著降低了土壤中有效锌含量。因此,在缺锌土壤中需慎施石灰,而长期施用石灰的土壤,应追施锌肥。综合土壤养分含量和水稻产量评价,有机+无机+锌肥的施肥模式为理想施肥模式。