水分管理与施硅对水稻根表铁膜及砷镉吸收的影响

为探明水分管理与施硅对土壤砷（As）/镉（Cd）生物有效性、水稻根表铁膜与As/Cd吸收的影响,以贵州省开阳县某砷镉复合污染水稻土为供试土壤,进行了水稻盆栽种植.设5种水分管理模式：全生育期淹水（T1）;移栽到抽穗后三周（0~105 d）淹水,其余时期湿润灌溉（含水率50%~60%）（T2）;移栽到抽穗前三周（0~65 d）淹水,抽穗到抽穗后三周（84~105 d）淹水,其余时期湿润灌溉（T3）;抽穗到抽穗后三周（84~105 d）淹水,其余时期湿润灌溉（T4）和全生育期湿润灌溉（T5）.硅设不施硅和施硅这2个水平.结果表明,淹水/湿润灌溉较单一淹水或单一湿润灌溉更利于根表铁膜（DCB-Fe）的形成,DCB-As/Cd含量随DCB-Fe含量升高而升高;施硅使土壤pH升高,有效As/Cd含量降低,DCB-As含量增加,除淹水处理外的DCB-Fe/Cd含量降低.淹水时间越短,水稻各部位对Cd积累量越高,对As积累量越低.施硅使水稻各部位生物量升高,As/Cd含量降低.其中根、茎、叶和籽粒的Cd含量分别降低4.23%~31.06%、11.41%~52.90%、1.74%~35.73%和19.25%~39.76%,As含量分别降低1.47%~52.60%、6.12%~63.02%、2.97%~28.41%和16.33%~61.23%.5种水分管理中,施硅结合T3水分管理可以实现水稻生物量最高及水稻对砷镉吸收量最小.因此,根据As/Cd实际污染情况合理进行水分管理与施硅可以有效降低土壤As/Cd生物有效性进而减少水稻对As/Cd的累积,实现农田安全生产.     

风化煤组配改良剂结合水分管理对水稻根际土壤与稻米甲基汞含量的影响

采用以风化煤、碳酸钙与亚硒酸钠为主要原料组配的土壤改良剂,结合稻田水分管理（抽穗扬花期后保持80%田间持水量）,通过盆栽试验和大田试验,研究改良剂和水分管理对稻田水稻土和水稻籽粒中甲基汞含量及水稻生产的影响.结果表明：①土壤改良剂结合稻田水分管理可以显著降低水稻根际土壤与水稻籽粒中甲基汞含量.在盆栽环境中,土壤改良剂+水分管理的处理与对照相比,水稻根际土壤甲基汞含量降低了86.6%,水稻籽粒中甲基汞含量降低了65.2%;在大田环境中,土壤改良剂+水分管理的处理与对照相比,水稻根际土壤甲基汞含量降低了77.4%,水稻籽粒中甲基汞含量降低了60.6%.②土壤改良剂显著提高了土壤pH,在盆栽环境中提高了约0.3,在大田环境中提高了约0.2.同时,土壤改良剂加入土壤后,水稻在湿润状态下有效穗、穗粒数和籽粒产量没有出现显著降低.以上研究结果显示,通过土壤改良剂配合农艺调控措施（水分管理）,能够有效降低汞污染稻田甲基汞暴露风险,且高效绿色,对于实现轻中度汞污染稻田安全利用具有可行性.     

水田土壤中水溶性有机物的产生动态及对土壤中重金属活性的影响:田间微区试验

采用田间微区试验研究不同施肥处理对土壤水溶性有机物 (DOM)的动态变化及其对土壤Cd活性的影响 结果表明 ,与施化肥对照处理相比 ,施用有机肥后土壤中DOM含量明显增加 .但随着水稻的生长DOM呈不断下降的趋势 ,而对照处理的变幅不大 ;在水稻整个生长过程中根际DOM含量不断增加且都高于对应时期土壤DOM的含量 ,并至水稻扬花期最大 ,此时 ,3种处理的根际产生DOM浓度 (DOM浓度以水溶性有机碳 (DOC)计 ,以下同 )分别为 :绿肥与化肥配施处理组 (GM) ( 14 0 2mg·L-1) >猪粪与化肥配施处理组 (PM) ( 11 12mg·L-1) >对照处理组 (F) ( 10 8mg·L-1) .水稻扬花期后 ,各处理的DOM含量不断下降 .试验还指出 ,有机肥施用后根际及土体土壤中交换态及有机结合态Cd含量显著增加 ,是对照处理的 2倍之多 ,同时发现 ,水稻收获后土壤交换态Cd的含量与此时的土壤DOM含量呈明显的正相关 (r土体 =0 92 6 6 ,n =8;r根际 =0 9389 ,n =8) .施用有机肥改良重金属污染土壤应该谨慎     

钝化剂对农田土壤Cd有效性及不同水稻品种吸收Cd的研究

为从源头保障农产品质量安全,做好农田土壤镉污染修复,在镉污染农田上研究施加TX土壤调理剂、NL土壤调理剂、生物炭、石灰、硅肥5种钝化剂对土壤pH、有机质、Cd有效态含量、Cd不同形态的影响,并探讨钝化剂对4个不同水稻品种的产量以及水稻各器官吸收Cd的影响,筛选降解Cd效果较优的钝化剂和籽粒吸收Cd较少的水稻品种。结果表明:与对照处理相比,施加TX、NL土壤调理剂、生物炭、石灰、硅肥处理土壤中Cd有效态含量分别降低了59.4%、29.9%、22.8%、22.4%、54.4%。施加钝化剂降低了土壤中弱酸提取态和可还原态含量,增加了可氧化态和残渣态含量。其中,TX土壤调理剂处理的弱酸提取态占比降幅最大为11.9%,残渣态占比增幅最大为15.4%。施加钝化剂可提高水稻产量和抑制水稻各器官（根、茎、籽粒）对Cd的积累,其中施加TX土壤调理剂的效果最优,淮稻5号、扬粳805、扬粳103、南粳9108的产量分别提高了14.2%、18.6%、9.2%、29.2%,籽粒中Cd含量分别显著降低了80.5%、82.8%、65.4%、55.6%。对照处理中,淮稻5号、扬粳805、扬粳103、南粳9108籽粒Cd含量分别为0.836,0.853,1.047,1.22 mg/kg。只有种植淮稻5号和扬粳805同时配施TX土壤调理剂处理,籽粒Cd含量分别为0.163,0.147 mg/kg,符合GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》。推荐淮稻5号和扬粳805品种为适应于苏中地区的重金属低积累水稻品种,再结合施用合适钝化剂可在重金属Cd中轻度污染土壤上推广应用以保障农产品安全。     

改良剂对根际土壤-水稻系统中镉运移的影响

稻田镉(Cd)污染治理是我国目前农田重金属污染治理的重点和难点.铁的氧化还原过程对Cd在土壤-水稻系统中的运移发挥着极其重要的作用.从铁循环调控入手,研发阻控稻米Cd累积的钝化技术及产品,势必能为农田重金属污染治理提供新的解决途径.本研究以自主研发的改良剂为对象,通过野外田间试验,研究改良剂对Cd从根际土壤向根表铁膜迁移及在水稻不同组织器官间转运的影响,探索铁循环影响Cd在根际土壤-水稻系统中运移的机制.结果表明,改良剂施用促进了根际土壤中铁硫化物的形成,其与Cd共沉淀显著减少了分蘖期、拔节期和灌浆期根际土壤中乙酸铵浸提态Cd(NH4AcCd)的含量;成熟期排水烤田致使铁硫化物被氧化,其对Cd的释放显著增大了根际土壤中NH4Ac-Cd的含量;铁硫化物形成减弱了Fe(Ⅱ)从根际土壤向根表的迁移能力,铁膜中铁(DCB-Fe)的含量随之减小,铁膜对Cd的吸附能力减弱导致分蘖期和灌浆期铁膜中Cd(DCB-Cd)的含量显著减小;改良剂施用有效减弱了根系对Cd的转运能力,增大了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在根系的分布比例,而减少了拔节期、灌浆期和成熟期Cd在茎叶、以及成熟期Cd在糙米中的分布比例.本研究成果将为后期改良剂的研发及应用提供理论依据,对解决稻田Cd污染治理难题具有重要意义.     

控释尿素对污染土壤镉有效性的影响

通过培养试验,研究了普通尿素(PU)、硫包膜尿素(SCU)和树脂包膜尿素(PCU)在最大田间持水量(湿润)和60%田间持水量(适宜湿度)对污染土壤Cd有效性的影响.结果表明,不同水分条件下包膜尿素对土壤Cd有效性的影响差异显著.培养60d后水溶态Cd含量最大田间持水量下均显著低于60%田间持水量下.最大田间持水量下施用PU、SCU和PCU均降低了水溶态Cd含量,降低程度为PCU>PU>SCU;施用SCU和PCU均降低了有效态Cd含量,降低程度为SCU>PCU. 60%田间持水量下施用PU和PCU均降低了水溶态Cd含量,降低程度为PU>PCU;施用PU、SCU和PCU均降低了有效态Cd含量,降低程度为PCU>PU>SCU.不同控释尿素和水分含量对水溶态Cd的影响较有效态Cd的影响更加突出.最大田间持水量下水溶性SO42-含量与有效态Cd含量呈显著正相关;60%田间持水量下铵态氮含量与水溶态Cd含量呈显著负相关,硝态氮含量与有效态Cd含量呈显著负相关.在Cd污染的酸性土壤旱作中,湿润状态下宜施用SCU,适宜湿度下宜施用PCU,以降低土壤Cd的有效性.     

水稻根际与非根际土壤硫素赋存形态转化及其迁移规律

在未污染及重金属污染水稻土上施用不同硫肥处理,通过池栽试验研究硫在水稻根际与非根际土壤中迁移规律及其赋存形态的影响.结果表明,在水稻生育期内,根际与非根际土壤溶液Eh、pH和pe+pH范围分别在93~283 mV和83~254 mV之间、7.5~8.4和7.7~8.4之间、9.1~13.2和9.1~12.5之间.根际土Eh总体上高于非根际土,根际土pH总体上低于非根际土.在根际土壤中,水溶性硫(占总无机硫的41%~81%,下同)吸附性硫(9%~34%)盐酸可溶性硫(8%~24%)盐酸挥发性硫(2%~8%).在分蘖期和抽穗扬花期,水溶性硫和吸附性硫的质量分数,施用石膏处理的显著性高于单质硫处理的;对未污染水稻土,其质量分数显著性高于污染水稻土的.在非根际土壤,水溶性硫(40%~69%)盐酸可溶性硫(18%~41%)盐酸挥发性硫(6%~16%)吸附性硫(0.7%~7.5%).根际土与非根际土壤的无机硫质量分数分别为223~738mg·kg~(-1)和68~128 mg·kg~(-1),土壤有机硫质量分数分别为574~1 647 mg·kg~(-1)和108~391 mg·kg~(-1),总硫的质量分数分别为825~2 287 mg·kg~(-1)和200~477 mg·kg~(-1).水稻根际土中,无机硫和有机硫分别占总硫20%~40%和60%~80%;非根际土为18%~46%和54%~82%.水稻根际土在总硫、有机硫、水溶性硫、吸附性硫和盐酸可溶性硫的质量分数分别是非根际土壤的3~11倍、3~5倍、5~7倍,12~20倍、2~3倍,而盐酸挥发性硫的质量分数低于非根际土.     

1株肠杆菌与硫肥联合施用对水稻积累镉砷的影响

为探究不同硫肥联合硫酸盐还原菌在长期淹水条件下对水稻积累镉（Cd）和砷（As）,以及对根表铁膜形成的影响,为中轻度Cd-As复合污染稻田安全生产提供参考.采用盆栽试验的方法,选取了硫磺和硫酸钙两种硫肥及具有硫酸盐还原能力的肠杆菌M5,设计单一施用及不同硫肥与菌株联合施用共6个处理.结果显示,同时基施硫酸钙和菌株的处理（CM5）降低水稻根际土中有效态Cd和As的效果均最好.淹水条件下基施硫肥或菌株会使早稻籽粒中Cd含量降低8%~51%,无机As含量降低42%~61%;使晚稻籽粒中Cd含量降低81%~92%,无机As含量降低41%~62%.其中,同时基施硫磺和菌株的处理（SM5）和CM5处理降低早、晚稻籽粒中Cd、As含量效果均最佳.SM5处理和CM5处理能促进水稻根表铁膜对Cd、As的吸附,二者ACA提取态Cd和As含量较CK显著增加,且CM5处理ACA提取态铁含量较CK也显著增加,说明同时基施硫酸钙和菌株会促进水稻根表铁膜的形成.结果表明,硫肥和菌株联合施用相较单一施用降低籽粒中Cd、As含量的效果更好,而同时基施硫酸钙和菌株是效果最佳且最为稳定的方法.     

施用组配固化剂对盆栽土壤重金属交换态含量及在水稻中累积分布的影响

通过盆栽试验,研究组配固化剂石灰石+海泡石在不同施用量(0、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0 g·kg-1)下,盆栽土壤中重金属Pb、Cd、Zn交换态含量的变化与在水稻根、茎、壳和糙米的累积分布.结果表明:①土壤中Pb、Cd和Zn交换态含量随着组配固化剂施用量的增加呈明显降低趋势,交换态含量较对照分别降低了15.3%~99.9%、9.2%~99.9%和7.0%~99.9%,有效缓解了水稻对土壤Pb、Cd和Zn的吸收.②水稻生长状况得到改善,株高随组配固化剂施用量的增加逐渐上升.施用量在1.0 g·kg-1时,谷粒产量最大,与对照相比,增产60.4%.水稻各器官对Pb、Cd、Zn的吸收随施用量的增加逐渐下降;与对照相比,施用1.0~16.0 g·kg-1的组配固化剂后糙米中Pb、Cd和Zn含量下降幅度分别为2.2%~13.1%、29.3%~79.3%和19.5%~43.3%.     

叶面喷施纳米MnO2对水稻富集镉的影响机制

镉（Cd）容易被水稻富集,从而造成稻米中Cd含量超标,严重威胁人类健康.锰（Mn）是植物必需元素,为了探究叶面喷施纳米MnO₂对水稻富集Cd的影响机制,本研究在酸性Cd污染土壤上进行田间小区试验,在水稻抽穗早期叶面喷施0.1%、0.3%和0.5%的纳米MnO₂溶液.结果表明与对照组相比,叶面喷施不同浓度的纳米MnO₂可以有效降低水稻叶、壳和糙米中的Cd含量,增加所有部位的Mn含量,但对水稻的产量影响不大.叶面喷施纳米MnO₂后,提高了叶片光合作用效果,抑制了叶片脂质过氧化,增加了氧化应激酶的含量,从而缓解Cd对水稻的胁迫.此外,叶面喷施纳米MnO₂增加了水稻根表铁锰胶膜的含量,强化了铁锰胶膜对Cd的吸附/共沉淀作用,从而限制水稻根系吸收Cd.因此,在水稻抽穗早期叶面喷施纳米MnO₂是一种增加糙米中Mn含量和减少Cd含量的有效措施.     

水铁矿对不同品种水稻吸收砷镉的调控效果

为探究水铁矿(Fh)对不同品种水稻吸收砷(As)和镉(Cd)的调控效果,以常规稻黄华占(H)和杂交稻Y两优9918(Y)为供试水稻进行盆栽试验,根据是否施加Fh设置两组处理,一组为对照土壤,分别种植常规稻黄华占(H-CK)和杂交稻Y两优9918(Y-CK);另一组施加质量分数为1%的Fh,分别种植常规稻黄华占(H-Fh)和杂交稻Y两优9918(Y-Fh). 结果表明:在水稻整个生育期内Fh较稳定,不易被还原溶解,且能有效吸附孔隙水As、Cd;H-Fh处理孔隙水As和Cd浓度较H-CK处理分别降低了76.3%和31.0%,Y-Fh处理孔隙水As和Cd浓度较Y-CK处理分别降低了73.7%和57.8%. 施用Fh可促使水稻根际土壤As、Cd由非稳态向稳定态转化,且Fh对常规稻黄华占根际土壤As和Cd的稳定化效果更显著. H-Fh处理非稳态(非专性吸附态、专性吸附态和弱结晶铁氧化物结合态)As含量较H-CK处理分别降低了100.0%、30.8%、14.7%,结晶型铁氧化物结合态As含量升高了36.7%,Y-Fh处理非稳态As含量较Y-CK处理分别降低了9.9%、18.2%、14.9%,结晶型铁氧化物结合态As含量升高了29.2%;与H-CK相比,H-Fh处理可交换态Cd含量显著降低了31.5%,而Y-Fh与Y-CK处理相比,所有Cd形态的含量均无显著变化. 施加 Fh使常规稻黄华占精米As含量较其CK显著降低了44.6%,但对杂交稻Y两优9918精米As积累没有产生明显抑制,且Fh对两个水稻品种精米Cd含量均无显著影响. 因此,在对As、Cd复合污染稻田进行安全利用过程中,Fh可作为减控水稻As积累的有效投入品,但作用效果随不同水稻品种根际As有效性变化出现明显差异.      

水分管理模式与土壤Eh值对水稻Cd迁移与累积的影响

通过水稻盆栽试验,研究了4种水分管理模式[水稻全生育期湿润灌溉(M)、灌浆期湿润和灌浆期后淹水灌溉(M-F)、灌浆期淹水和灌浆后湿润灌溉(F-M)、全生育期淹水灌溉(F)]对土壤Eh值、Cd生物有效性及对水稻Cd迁移与累积的影响.结果表明土壤Eh值从负值变为正值时,土壤交换态Cd含量先升高后降低.与M处理相比,F-M、M-F、F处理显著降低水稻根、茎叶、谷壳、糙米Cd含量,其中M-F和F处理水稻糙米Cd含量分别为0.19 mg·kg~(-1)和0.10 mg·kg~(-1),均低于国家食品污染物限量0.2 mg·kg~(-1)的标准(GB 2762-2012).与M处理相比,F-M、M-F、F处理显著降低水稻地上部Cd累积量和水稻中Cd的转运系数.水稻地上部分Cd累积量、水稻中Cd的转运系数、水稻糙米Cd含量与土壤Eh值均存在正指数关系.4种水分管理模式中,M-F处理的水稻产量最高.虽然威优46被认为是Cd高累积水稻品种,但是在5 mg·kg~(-1)的Cd污染土壤中进行适当的水分管理,威优46糙米Cd含量也能够达到国家标准.因此,为了保证水稻的食品安全和水稻产量,建议采用M-F处理作为水分管理模式,且灌浆期后的土壤Eh值保持在-160~-130 m V范围.     

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.     

硫酸亚铁和硝酸铁施用对根际土壤-水稻系统中镉运移的影响

我国稻田镉（Cd）污染治理刻不容缓.氮（N）、硫（S）和铁（Fe）的生物地球化学循环,以及Fe-N和Fe-S循环耦合体系,都与土壤-水稻系统中Cd运移密切相关.以N、S和Fe对水稻生长的营养供给为切入点,研发抑制稻米Cd累积的营养型阻控技术及产品,势必能为稻田Cd污染治理提供新的解决途径.本文在前期研究成果的基础上开展根际袋-盆栽试验,分析硫酸亚铁（FeSO₄）和硝酸铁［Fe（NO₃）₃］处理条件下根际土壤中Cd活性变化与水稻体内Cd转运规律,探索糙米Cd累积的影响因素及制约机制.结果表明,FeSO₄和Fe（NO₃）₃处理都显著减小了根际土壤中有效态Cd（NH₄Ac-Cd）含量,且前者减小的幅度（55.6%）小于后者（76.0%）;FeSO₄和Fe（NO₃）₃处理都明显改变了水稻体内Cd分布特征,但前者增大了糙米Cd含量（0.6mg ·kg^-1）,而后者却减小了糙米Cd含量（0.1mg ·kg^-1）.根表铁膜对Cd的吸附或与Cd共沉淀、水稻根、茎和叶对Cd的累积量增大以及根、茎和结节对Cd的转运能力增强,是导致FeSO₄处理中糙米Cd含量增大的重要原因;Fe（NO₃）₃处理中糙米Cd含量减小,则可归结为无定形铁矿物对Cd的吸附或与Cd共沉淀、铁硫化物与Cd共沉淀、茎和结节对Cd的累积量减小以及根、叶和结节对Cd的转运能力减弱.本研究成果将为后期营养型阻控产品及施用技术研发提供科学依据,并为我国稻田Cd污染治理提供重要参考.     

水分管理和外源硒对水稻吸收累积铅的影响

通过盆栽试验,研究了不同水分管理和外源亚硒酸盐的添加对水稻根际铅的动态变化和水稻吸收累积铅的影响.结果表明,淹水显著增加了根表铁膜对铅的吸附和根系对铅的吸收,淹水下苗期和成熟期水稻根系铅含量分别是非淹水处理时的4.2~8.5和1.4~1.5倍;淹水降低了地上部的铅分配,在苗期和成熟期分别降低85.9%~86.7%和51.8%~74.0%.加硒降低了土壤溶液、苗期水稻根系和地上部的铅含量以及成熟期水稻根表铁膜、根系和茎中的铅含量.与对照相比,淹水和非淹水下加硒处理使苗期水稻根系铅含量分别降低了5.4%~24.3%和2.7%~61.7%,使成熟期水稻根系铅含量分别降低了56.1%~64.1%和53.8%~63.2%.水稻籽粒中的铅含量在不同处理间无显著差异.因此,水分管理和外源硒的添加显著影响了水稻根系对铅的吸收,而对水稻籽粒对铅的累积无显著影响.     

水稻品种及典型土壤改良措施对稻米吸收镉的影响

水稻镉污染是我国当前重要的农产品安全问题,湖南攸县"镉大米"事件造成了严重的社会影响.针对南方酸性土壤镉污染特征,进行了"镉大米"治理技术研究.结果表明,当地主栽水稻品种株两优06的稻米Cd含量在大同桥和网岭镇的平均值分别为0.167 mg·kg-1和0.127 mg·kg-1,为其它品种的20%左右;石灰和矿物肥处理能够使稻米Cd含量降低到对照的20%~30%,覆膜处理使稻米Cd含量与对照相比降低约50%,而覆膜+生物炭+硅肥叶面肥处理能够降低80%左右,硅肥叶面肥单独施用及叶面肥和追肥配合施用能够显著降低稻米中的Cd含量90%以上;BCR法分析土壤Cd形态结果发现,供试大田土壤中Cd的弱酸可提取态比例较高,绝大多数样品达到55%以上,而施用石灰能够显著降低土壤中的弱酸可提取态和可还原态比例,增加残渣态比例,变化幅度达到20%左右;土壤Cd含量与p H值是影响稻米对Cd吸收的重要因素.     

Variations between rice cultivars in iron and manganese plaque on roots and the relation with plant cadmium uptake

To understand certain mechanisms causing variations between rice cultivars with regard to cadmium uptake and tolerance, pot soil experiments were conducted with two rice cultivars of di erent genotypes under di erent soil Cd levels. The relationships between plant Cd uptake and iron/manganese (Fe/Mn) plaque formation on roots were investigated. The results showed that rice cultivars di ered markedly in Cd uptake and tolerance. Under soil Cd treatments, Cd concentrations and accumulations in the cultivar Shanyou 63 (the genotype indica) were significantly higher than those in the cultivar Wuyunjing 7 (the genotype japonica) (P < 0.01, or P < 0.05), and Shanyou 63 was more sensitive to Cd toxicity than Wuyunjing 7. The di erences between the rice cultivars were the largest at relatively low soil Cd level (i.e., 10 mg/kg). Fe concentrations in dithionite-citrate-bicarbonate root extracts of Shanyou 63 were generally lower than that of Wuyunjing 7, and the di erence was the most significant under the treatment of 10 mg Cd/kg soil. The results indicated that the formation of iron plaque on rice roots could act as a barrier to soil Cd toxicity, and may be a “bu er” or a “reservoir” which could reduce Cd uptake into rice roots. And the plaque may contribute, to some extent, to the genotypic di erences of rice cultivars in Cd uptake and tolerance.     

巯基化凹凸棒石对水稻土中镉钝化效应的动态变化特征

为了探究巯基化凹凸棒石作为钝化剂在土壤-水稻体系中对镉的钝化效应的动态特征规律,选取湖南和四川典型镉污染水稻土,分别以两个品种水稻为模式作物开展盆栽试验,在水稻生育期代表性阶段开展土壤-植物协同采样,并结合土壤培养实验,重点关注土壤理化性质和水稻各组织镉含量变化.研究发现,巯基化凹凸棒石以剂量1 mg·kg^-1和2 mg·kg^-1施用后,水稻分蘖期根茎叶镉含量明显降低40%以上,土壤有效态镉含量减少35.80%~55.08%.该快速显著的钝化效应,在水稻扬花期和成熟期维持稳定,收获时糙米镉含量最大降幅分别为76.65%和64.67%.巯基化凹凸棒石对土壤有效态镉的钝化过程符合二级动力学方程,钝化速率较快,高剂量组3 d可达到反应平衡.巯基化凹凸棒石对土壤pH无明显影响,可略微提高土壤氧化还原电位,增加土壤总硫和有效态硫含量,同时提升分蘖期水稻根系与根系表面铁和硫元素含量,降低分蘖期水稻根系对镉的生物富集系数和从根向茎的转运系数.综合土壤有效态镉含量和水稻吸收累积镉含量这两个核心因素,巯基化凹凸棒石在水稻-土壤体系中对镉具有快速且稳定的钝化效应.     

硫素对水稻根系铁锰胶膜形成及吸收镉的影响

添加外源镉污染水稻土进行池栽试验,施入不同形态及数量的硫肥(单质硫、石膏),研究硫素对水稻根系铁锰胶膜的形成及对水稻吸收镉的影响.结果表明,整个水稻生育期内,土壤溶液Eh范围在-200~100 m V之间;p H在6.9~7.9之间;pe+p H在4~10之间.水稻根表胶膜以Fe膜为主,其质量分数达到5 000~13 000 mg·kg-1,Mn膜的质量分数相对较小,为170~580 mg·kg-1.在孕穗期高硫量处理与低硫量处理的铁胶膜质量分数分别为9 400 mg·kg-1和8 600 mg·kg-1,高硫量处理比低硫量处理可生成更多的铁胶膜;而根表锰胶膜的数量差异主要表现在分蘖期,单质硫和石膏硫处理的锰胶膜质量分数分别为600 mg·kg-1和400 mg·kg-1,达到显著差异水平,单质硫比石膏硫更易促进水稻根表锰胶膜的形成.胶膜对于Fe2+过量吸收有一定阻控作用,对Mn2+作用不显著.水稻根表胶膜吸附Cd的质量分数在分蘖期为78.8~131.1 mg·kg-1,孕穗期16.6~21.1mg·kg-1,成熟期3.0~9.2 mg·kg-1.在分蘖期与孕穗期,高硫量处理比低硫量处理的吸附量高,在成熟期反之.采用ACA方法浸提铁锰胶膜内的Cd测定值并不能真实地表明胶膜实际固定Cd的质量分数.水稻体内各部位Cd的质量分数表现为根茎叶籽粒.一定量的施硫能有效减少水稻各器官中Cd的质量分数.对于根和茎叶,单质硫在成熟期以前效果好于石膏硫;对于籽粒,石膏硫效果更佳.一定量的硫肥,能有效阻碍Cd从水稻根部向茎叶与籽粒的转移.对于茎叶,在孕穗期单质硫和石膏硫的Cd转移系数分别为0.13和0.25,差异显著,单质硫能更好地阻碍Cd的转移;对于籽粒,石膏硫的阻碍效果更好.     

Effects of water management on arsenic and cadmiumspeciation and accumulation in an upland rice cultivar

Pot and field experiments were conducted to investigate the effects of water regimes on the speciation and accumulation of arsenic (As) and cadmium (Cd) in Brazilian upland rice growing in soils polluted with both As and Cd. In the pot experiment constant and intermittent flooding treatments gave 3-16 times higher As concentrations in soil solution than did aerobic conditions but Cd showed the opposite trend. Compared to arsenate, there were more marked changes in the arsenite concentrations in the soil solution as water management shifted, and therefore arsenite concentrations dominated the As speciation and bioavailability in the soil. In the field experiment As concentrations in the rice grains increased from0.14 to 0.21 mg/kg while Cd concentrations decreased from 0.21 to 0.02 mg/kg with increasing irrigation ranging from aerobic to constantly flooding conditions. Among the various water regimes the conventional irrigation treatment produced the highest rice grain yield of 6.29 tons/ha. The As speciation analysis reveals that the accumulation of dimethylarsinic acid (from 11.3% to 61.7%) made a greater contribution to the increase in total As in brown rice in the intermittent and constant flooding treatments compared to the intermittent-aerobic treatment. Thus, water management exerted opposite effects on Cd and As speciation and bioavailability in the soil and consequently on their accumulation in the upland rice. Special care is required when irrigation regime methods are employed to mitigate the accumulation of metal(loid)s in the grain of rice grown in soils polluted with both As and Cd.