不同冬小麦品种镉富集转运及离子组特征差异

为揭示影响冬小麦籽粒镉(Cd)含量品种差异的关键因素,通过大田试验种植3种Cd低积累小麦和2种Cd高积累小麦,研究不同品种各器官Cd的富集转运特征及离子组特征,并通过相关性分析和主成分分析探讨造成不同冬小麦品种籽粒Cd含量差异的关键器官、关键过程及关键元素.结果表明,颖壳、穗轴、节间1和节点1等器官的Cd富集系数,以及...     

基于大田试验的土壤-水稻镉对不同调理剂的响应

为探究土壤调理剂对酸性镉(Cd)污染土壤中Cd的迁移特征的影响,基于大田试验,研究施加天象1号(TX1)、石灰(Li)、硅肥(Si)、诺地康(NDK)和钙镁磷肥(CaMg-P) 5种土壤调理剂对土壤-水稻系统中Cd累积与转运和水稻产量的影响.结果表明：(1)与对照处理相比,各处理土壤pH值提升0.41～0.68个单位,土壤有效态Cd(DTPA-Cd)含量降幅为11.2%～39.7%,其中Li和NDK处理DTPA-Cd差异达显著水平(P <0.05).(2)与空白对照相比,施用土壤调理剂可以显著降低水稻体内Cd总量,根系、其他叶、穗轴、颖壳和糙米中Cd含量均显著低于CK处理(P <0.05),各部位间Cd转运系数表现为TF根-其他节> TF_{根-第一节}> TF_{根-其他叶}>TF_根-穗轴> TF_根-颖壳≈TF_根-剑叶> TF_根-糙米,且糙米Cd含量均符合《食品安全国家标准》(GB 2762-2017)中限量标准(0.2 m...     

微碱性土壤施用烟秆生物炭与磷酸盐降低小麦籽粒镉积累

为探究烟秆生物炭（TSB）和磷酸氢二铵（DHP）对微碱性土壤镉（Cd）迁移转化机制,通过盆栽试验调查了其施用对土壤pH、有效态Cd、Cd赋存形态和小麦Cd积累的影响.结果表明：① TSB和DHP显著降低了土壤有效态Cd含量,10.12 t·hm^-2TSB可降低微碱性土壤（pH 7.8）有效态Cd含量的44%.② TSB和DHP显著改变了土壤Cd的赋存形态,6.75 t·hm^-2和10.12 t·hm^-2TSB分别降低可交换态Cd含量的48%和42%,分别增加铁锰氧化物结合态Cd和有机结合态Cd含量的47%~67%和22%~38%.所有处理均增加了残渣态Cd含量,以TSB和DHP配施增幅最大,为115%~217%.③ TSB和DHP显著降低小麦根系、叶片、叶鞘、茎秆、颖壳和籽粒Cd含量.10.12 t·hm^-2 TSB小麦籽粒Cd含量降低56%,产量不受影响.10.12 t·hm^-2TSB和DHP配施小麦可增产32%,籽粒Cd含量降低53%.结果说明在微碱性土壤上施用TSB和DHP可促进土壤Cd的形态转化,降低土壤Cd的生物有效性,降低小麦籽粒Cd积累.     

叶施L-半胱氨酸对水稻镉和矿质元素含量的影响

为评估将L-半胱氨酸（L-Cys）作为水稻降Cd叶面调理剂的可行性,通过湖南的田间试验,采用小区试验法研究了L-Cys对水稻籽粒中Cd和矿质元素含量的影响,并通过检测水稻各营养器官的Cd分布和Cd赋存形态的变化,探究了L-Cys调控水稻籽粒Cd积累的作用机制.结果表明,在开花期叶面喷施一次L-Cys即可使水稻籽粒Cd含量显著降低,同时提高其Mg和K的含量,对Ca、Mn和Zn的含量无显著影响.L-Cys的降Cd效果随喷施浓度增加而增强,当浓度为10 mmol·L^-1时,籽粒中Cd含量降至我国食品安全标准0.2 mg·kg^-1以内,降幅达59.2%,同时显著降低了水稻营养器官穗轴、第一节、穗颈、旗叶、第二节间、第二节、第二叶、基部茎叶和根中的Cd含量,降幅分别为58.3%、56.0%、62.7%、67.0%、59.3%、61.5%、60.2%、54.9%和50.3%.水稻不同部位间的Cd转移因子显示,第一节是水稻营养体拦截有害元素Cd的关键器官.叶面喷施L-Cys提高了Cd从旗叶到第一节和第二节间到第一节的转移因子,增幅最高达105.4%和45.8%,并抑制了Cd从第一节继续向上到穗颈的转运,降幅最高达27.5%.在水稻第一节中,L-Cys处理同时降低了无机态、水溶态和残渣态Cd的含量,并提高了其中残渣态Cd的比例至94.4%.由此可见,叶面喷施L-Cys能够降低水稻各营养器官Cd积累量,并促进水稻中Cd向第一节的转运及其对Cd的固定作用,进而提高关键器官第一节对Cd的拦截能力,最终显著抑制Cd向籽粒中的转运积累,同时,叶面喷施L-Cys不降低水稻籽粒中矿质营养元素的含量,具有较好的应用前景.     

叶面调理剂对复合污染农田小麦籽粒Cd、As和Pb累积的阻控效应

针对麦田土壤镉（Cd）、砷（As）和铅（Pb）复合污染问题,采用田间小区试验,于拔节期、孕穗期和灌浆初期对小麦进行叶面单独和混合喷施Zn（0.2% ZnSO₄）、Mg（0.4% MgSO₄）和Mn（0.2% MnSO₄）处理,以期探究叶面调理剂对小麦籽粒Cd、As和Pb累积的阻控效应,最终筛选出适用于北方重金属复合污染区有效阻控小麦籽粒中Cd、As和Pb累积的叶面调理剂.结果表明,与对照相比,叶面喷施Zn+Mg+Mn复配溶液能够显著降低小麦籽粒中Cd、As和Pb含量,降幅分别为18.96%、23.87%和51.31%,TF_{籽粒/秸秆}分别降低了14.62%、27.73%和47.70%,该叶面调理剂能够通过抑制Cd、As和Pb从小麦茎叶到籽粒的转运进而降低其在籽粒的累积;研究还发现,对照的籽粒中Cd和As主要分布在中心胚乳（34.08%~37.08%）,而Pb主要分布在果皮和种皮（27.78%）.喷施Zn+Mg+Mn复配溶液可显著降低Cd和As在糊粉层含量,分别比CK降低81.10%和82.24%,而Pb除果皮和种皮、中心胚乳外,各层次Pb含量均显著降低（降幅为42.85%~91.15%）,各层次面粉只有糊粉层（P2）重金属含量与Zn含量呈显著负相关.综上所述,对于北方石灰性土壤Cd、As和Pb中度复合污染农田,于小麦拔节期、孕穗期和灌浆初期各喷施一次Zn+Mg+Mn复配的叶面调理剂,可有效阻控Cd、As和Pb在小麦籽粒尤其是糊粉层的累积.在此基础上,可通过去除麦麸来进一步降低重金属尤其是Cd的污染,保证小麦安全生产和粮食安全.     

不同磷肥对水稻根表铁膜及砷镉吸收的影响——以石灰岩黄壤性水稻土为例

为寻求砷(As) 镉(Cd)复合污染稻田安全利用的有效措施,以贵州石灰岩区As、Cd复合污染黄壤性水稻土为材料,采用盆栽试验,研究了6种磷肥对土壤As、Cd有效性、水稻根表铁膜及As、Cd吸收的影响.结果表明:与对照相比,羟基磷灰石(HAP)、生物酶活性磷肥(BCP)、钙镁磷肥(CMP)处理使土壤pH值显著提高,磷酸二氢钙(MCP)、磷酸二氢钾(MKP)、过磷酸钙(SSP)处理使土壤pH值显著降低.所有磷肥处理均降低了土壤有效Fe含量,其中HAP、MCP、CMP的降低效果显著.HAP显著降低了土壤有效Cd和有效As含量;MCP和BCP显著提高土壤有效Cd含量,但对土壤有效As无显著影响;SSP显著降低了土壤有效Cd含量,但显著提高土壤有效As含量.不同磷肥使水稻根表铁膜数量提升0.6%~27.1%,铁膜数量与铁膜中Cd、As含量分别呈极显著(R²=0.555**)和显著(R²=0.525*)正相关关系.MCP、MKP、BCP显著降低了糙米Cd、As含量,HAP、SSP、CMP显著降低了糙米Cd含量,但对糙米As含量无显著影响.磷肥均使Cd叶→颖壳的转运系数下降,MKP、MCP能抑制As从根到茎的转运,BCP能抑制As从叶到颖壳的转运.磷肥降低水稻糙米Cd、As含量与铁膜数量增加、水稻体内Cd、As转运变化有关.     

P对小麦Cd和As吸收与转运的影响

为了探究磷（P）对小麦幼苗镉（Cd）和砷（As）吸收转运生理机制的影响,通过水培试验,以百农207为供试材料,研究了Cd和As胁迫条件下,外源供P和缺P处理对小麦幼苗生长、根系形态、光合参数、抗氧化系统、离子含量和根茎转移系数的影响.结果表明,与缺P处理相比,外源P供应显著增加As胁迫下小麦幼苗叶绿素的含量,促进根系的生长发育,提高了生物量,而对Cd胁迫下小麦幼苗的生长影响不显著.外源P供应时显著增加了Cd胁迫条件下根系的P和Cd含量,降低了地上部的P和Cd含量;同时显著提高了As胁迫条件下地上部的P和As含量以及As向地上部的转移系数.因此,供P与否对小麦幼苗Cd和As毒害的影响表现出明显的差异性;As胁迫时,外源供P提高了As向地上部的转运能力以及根系的CAT活性,降低了As对小麦的毒害,从而促进了小麦幼苗生物量的累积;而在Cd胁迫条件下,P与Cd之间表现出一定的协同效应,外源供P在一定程度上加重了Cd对小麦的毒害效应.     

不同配比复合材料对农田镉污染土壤的修复效果

通过盆栽试验研究了3种不同配比复合材料SC(石灰+有机复混肥以2∶3配施)、LS(硫酸亚铁+石灰以1∶1配施)和LB(硫酸亚铁+生物炭以1∶1、1∶2、1∶3、1∶4和1∶5配施)在不同添加量下对土壤Cd的生物有效性、小麦各部位Cd累积分布及产量的影响.结果表明:①添加3种复合材料均显著降低了土壤有效态Cd含量,降幅分别为50. 2%～81. 8%(SC)、29. 4%～48. 1%(LS)和18. 7%～42. 2%(LB);添加3种复合材料显著提高了土壤pH值,增幅分别为1. 37～2. 28(SC)、0. 41～0. 86(LS)和0. 14～0. 17(LB)个单位.②Cd在小麦各部位的累积分布规律为根叶茎颖壳籽粒,小麦各部位对Cd的转运能力表现为根颖壳茎叶.③与对照相比,添加0. 67%的SC显著增产56. 4%,添加0. 67%的LS显著增产51. 2%;添加复合材料LB可显著提高小麦产量,增幅为39. 6%～51. 2%.④相关分析表明,土壤pH值与土壤有效态Cd、小麦各部位Cd含量呈显著负相关关系;土壤有效态Cd含量与小麦各部位Cd含量呈显著正相关,相关系数分别为0. 711(籽粒)、0. 817(颖壳)、0. 593(茎)、0. 630(叶)和0. 622(根);同时,小麦各部位Cd含量之间也存在显著或极显著正相关关系.⑤综合比较,添加0. 93%的SC使土壤pH增幅最大为2. 28个单位;土壤有效态Cd含量降幅最大为81. 8%.因此,添加0. 93%的SC最适用于农田Cd污染土壤的修复治理.     

根施伯克氏菌对小麦镉吸收转运的两段式阻控作用

为评估将伯克氏菌Y4（Burkholderia sp.Y4）作为污染农田小麦降镉（Cd）菌的可行性,通过微生物高通量测序、土壤Cd逐级提取、小麦Cd亚细胞分布和赋存形态检测等手段,分析了菌株Y4处理下根际土壤微生物群落和Cd有效态变化,以及小麦根、基节、节间和籽粒Cd含量及其转运特征.结果表明,根施菌株Y4显著降低了小麦根部和籽粒Cd含量,与对照处理相比降幅分别为7.7%和30.3%.小麦营养器官Cd含量及Cd转移因子结果显示,菌株Y4处理使Cd从基节向节间的转移因子降低79.3%,小麦节间Cd含量也随之降低50.9%.Cd赋存形态研究发现,菌株Y4处理增加了根和基节中残渣态Cd占比,降低了根系中无机态和水溶态Cd的含量,并提高了基节中残渣态Cd含量.进一步检测Cd的亚细胞分布发现,根细胞壁和基节细胞液中Cd含量增幅分别达21.3%和98.2%,可见菌株Y4处理提高了根细胞壁和基节细胞液对Cd的固定能力.深入研究根际土壤发现,菌株Y4处理使小麦成熟期根际伯克氏菌的相对丰度由9.6%提高至11.5%,并改变了土著微生物的群落结构,提高了Gemmatimonadales、Pseudomonadales和Chitinophagales等相对丰度,并降低了Acidobacteriota等相对丰度.同时,施加菌株Y4提高了根际土pH值,增幅达8.3%;降低了土壤中的可交换态Cd、碳酸盐结合态Cd和铁锰氧化物结合态Cd含量,其降幅分别达44.4%、21.7%和15.9%,而残渣态Cd比例高达53.6%.根施菌株Y4提高了土壤中硝态氮和铵态氮的含量,增幅可达22.0%和21.4%,并且碱解氮含量也有一定程度提高.由此可见,根施菌株Y4不但提高了土壤氮素可利用性,同时能够通过降低根际土壤中Cd有效性、提高小麦根和基节的Cd拦截固定能力,“两段式”阻控污染土壤中Cd向小麦籽粒的转运积累.故伯克氏菌Y4作为小麦降Cd促生菌剂具有一定的应用潜力.     

不同有机物料对水稻根表铁膜及砷镉吸收转运的影响

通过盆栽试验研究了油菜秸秆、蚕豆秸秆、泥炭、猪粪堆肥和生物炭这5种有机物料对贵州石灰岩黄壤区某砷（As）和镉（Cd）复合污染稻田土壤As/Cd有效性、水稻根表铁膜及As/Cd吸收转运的影响.结果表明,施用有机物料显著提高了有机质和水稻生物量;除油菜秸秆对土壤pH值影响不明显外,施用有机物料显著提高土壤pH值,使土壤有效Cd含量降低34.77%~82.69%;猪粪堆肥和生物炭使土壤有效As含量显著提高,油菜秸秆和泥炭处理使土壤有效As含量显著降低;施用有机物料有助于水稻根表铁膜的形成,并使其中Cd、As含量分别提高17.73%~151.03%和28.49%~94.86%,使水稻糙米Cd含量降低15.87%~79.45%,As含量降低27.04%~82.51%,降幅以生物炭处理最大;有机物料还显著降低Cd在根-茎-叶-籽粒的转运系数及As从茎向籽粒转运系数.相关分析表明,土壤pH、有效Cd和铁膜Cd含量是影响籽粒Cd累积的主要因素,土壤pH、有机质和铁膜As含量是影响籽粒As累积的主要因素.有机物料通过改变土壤pH、有机质含量及铁膜中As和Cd含量,影响水稻对As和Cd的吸收和转运.     

施氮对小麦硒(Ⅵ)吸收、转运和分配的影响

为揭示施氮对小麦硒吸收,转运和分配的影响,通过合理施氮提高小麦硒的利用效率提供理论参考,本研究通过盆栽试验,设置Se1(0.74 mg·kg~(-1))和Se2(2.60 mg·kg~(-1))两个硒酸盐处理;每个硒水平又设为N1(100 mg·kg~(-1))和N2(200mg·kg~(-1))两个氮水平,分别测定了小麦拔节期和成熟期各器官生物量及硒含量.结果表明,升高氮水平使Se1和Se2处理小麦籽粒产量分别提高了13.2%和24.0%.与氮素施用量无关,升高外源硒水平能显著提高小麦各器官中硒含量(P0.01),且以N1处理时效果更显著;Se1处理升高氮水平对小麦硒吸收的促进作用大于Se2处理,Se1和Se2处理升高氮水平使得小麦籽粒硒含量分别提高了22.6%和12.1%.各器官中硒总量占植株硒总量的百分比的大小顺序与富集系数相同,依次为茎叶籽粒颖壳根,升高氮水平促进了小麦根部对硒的吸收和富集,以及营养生长阶段硒向地上部的运移,并使Se1和Se2处理小麦籽粒中的硒总量占植株硒总量的百分比分别提高了11.1%(P0.05)和25.9%(P0.05).因此,施用氮肥可以调控硒的有效性,缺硒地区合理升高氮水平提高了小麦产量及硒含量,而在富硒或硒中毒地区合理施氮肥可缓解硒对小麦的毒害作用.     

基于贝叶斯理论的小麦籽粒镉铅超标风险预测

对农作物污染风险进行预测具有重大意义.基于贝叶斯定理及数据分布特征,建立了贝叶斯风险预测模型,并使用区域大田调查土壤-小麦重金属含量数据,预测小麦籽粒Cd和Pb超标风险并验证该模型的准确度.结果表明,该模型预测小麦籽粒Cd超标风险时相对偏差较小,以小麦籽粒Cd含量为变量的预测相对偏差仅为(2.66±1.87)%,以土壤DTPA-Cd含量和土壤Cd全量为变量时预测相对偏差则分别为(5.11±3.77)%和(5.88±3.87)%, 3个变量均能使预测结果与真实超标概率的平均相对偏差小于10%.预测小麦籽粒Pb超标风险时,仅小麦籽粒Pb含量的预测相对偏差小于10%.数据来源、数据分布特征和变量的选择是影响贝叶斯风险预测模型预测相对偏差的重要因素.该模型基于大田数据的先验分布,能够有效反映大田生产条件下小麦籽粒重金属与土壤因子间的相互关系,预测较准确,具有应用潜力.     

冬小麦吸收重金属特征及与影响因素的定量关系

冬小麦是我国主要粮食作物之一,保障农产品质量安全是农业生产的重要环节.冬小麦吸收重金属受多种因素的影响,为明确田间条件下冬小麦吸收重金属特征及小麦籽粒中重金属含量与土壤理化性质及土壤重金属含量的定量关系,在小麦收获时通过对我国华北小麦主产区50个不同重金属污染程度田块的土壤和小麦进行点对点采样,分析土壤重金属含量、土壤pH、土壤有机质(OM)、土壤阳离子交换量(CEC)、小麦籽粒和秸秆中重金属的含量,研究小麦吸收重金属特征及土壤理化性质对小麦吸收重金属的影响,并通过多元回归分析研究土壤重金属和理化性质与小麦籽粒重金属间的定量关系.结果表明,所采麦田土壤Cd含量范围为0.150～2.66 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒Cd含量范围为0.033～0.39 mg·kg~(-1);土壤Pb含量范围为4.68～371 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒Pb含量范围为0.27～2.4 mg·kg~(-1);土壤As含量范围为3.00～21.3 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒As含量范围为0.044～0.18 mg·kg~(-1);小麦Cd、 Pb和As的超标率分别为55%、 100%和0,与之对应的土壤Cd、 Pb和As的超标率分别为52%、 13%和0.土壤Cd含量与小麦籽粒Cd含量呈极显著正相关(P0.01),相关系数r=0.663(n=50);土壤全Pb含量与小麦Pb含量呈显著正相关(P0.05),相关系数r=0.348(n=50);土壤As含量与小麦As含量相关性不显著;小麦籽粒对土壤Cd、 Pb和As的富集系数均值分别为0.17、 0.027和0.008 9,转移系数均值分别为0.52、 0.27和0.22;小麦对重金属的富集系数和转移系数均表现为CdPbAs.小麦秸秆中重金属含量高于对应籽粒中重金属含量2～5倍.土壤pH、有机质(OM)和阳离子交换量(CEC)也影响小麦籽粒Cd含量.将土壤Cd含量、土壤pH、有机质(OM)和阳离子交换量(CEC)与小麦籽粒Cd含量进行多元回归分析,得到4个小麦籽粒Cd含量预测方程,其相关系数r均达到极显著水平(P0.01),其中包括全部变量在内的预测方程的相关系数最高,r=0.810(n=50),可以较好地预测小麦籽粒Cd含量.     

河南某污灌区土壤-作物-人发系统重金属迁移与积累

开展污灌区土壤-作物-人发系统(SCHS)重金属迁移与积累研究,对于维护农田生态系统和人体健康具有重要意义.以河南某污灌区为例,采集土壤和小麦籽粒样品各27份、人发样品355份,用原子吸收法测定Cu、Zn、Pb、Cd含量,用二乙基二硫代氨基甲酸银分光光度法测定As含量,开展重金属在SCHS中的迁移与积累探讨.结果表明,污灌区土壤和小麦籽粒发生了不同程度的重金属污染.土壤Cu、Zn、Pb、Cd和As平均含量分别为40.63、203.47、22.10、1.84、26.87 mg·kg-1,小麦籽粒中上述重金属平均含量分别为10.10、25.83、0.87、0.56、0.35 mg·kg-1,都高于对照区.污灌区人发中上述重金属平均含量分别为14.11、143.13、13.24、0.19、1.97 mg·kg-1,高于对照区,人发多数重金属含量随年龄增长呈增加趋势,男性高于女性.污灌区人发对小麦籽粒重金属的富集系数(BAF人发/小麦)远大于小麦籽粒对土壤重金属的富集系数(BAF小麦/土壤),人发对大多数重金属的放大作用显著.在SCHS中,大多数重金属沿土壤→小麦籽粒→人发的迁移与积累曲线呈不规则"V"形,长期污灌样点的土壤和小麦籽粒重金属污染程度、人发重金属含量都高于"清污"混灌的样点.     

紫云英还田配施石灰对水稻镉吸收转运的影响

采用田间小区试验,研究了紫云英(CMV)与石灰(L)单施及两者配施(CMVL)对土壤Cd有效性、水稻根表胶膜及Cd吸收转运的影响.结果表明:L与CMVL处理土壤pH值分别显著提高2.11～2.43和1.68～2.48个单位、二乙烯三胺五乙酸提取态(DTPA-Cd)含量分别显著降低18.88％～40.53％和20.74％...     

田间施用锌肥对小麦籽粒镉累积的影响及施用风险

锌（Zn）和镉（Cd）的交互作用是近年来小麦Cd污染防治的重要研究方向.以华北地区典型小麦田为研究对象,通过田间试验,探究Zn肥对土壤-小麦系统Cd污染的控制效果和施用风险.结果表明,低用量Zn处理下,济源和开封两地小麦籽粒Cd含量均呈下降趋势,与对照相比下降幅度分别为33.4%和25.3%.高用量Zn处理下,两地小麦籽粒Cd含量不降反升,与低用量Zn处理下小麦籽粒Cd含量相比增幅为22.4%和34.2%.施Zn后两地土壤Zn总量和有效态含量均有显著升高,且造成了土壤Cd的部分活化.典型相关分析（CCA）显示,当土壤ω（Zn）小于200 mg ·kg^-1时,土壤Zn是土壤-小麦系统Cd富集的主要影响因子,而当土壤ω（Zn）大于200 mg ·kg^-1时,土壤Cd的活化是影响小麦籽粒Cd富集的主要原因.回归分析显示土壤Cd/Zn降至0.0089时（低用量Zn）,Zn和Cd表现出拮抗效应,土壤Cd/Zn降至0.0078时（高用量Zn）,Zn和Cd表现出协同效应.针对区域Cd污染特征,调整Zn肥用量可以提高污染防治效率并避免加剧Cd污染危害.