施硅方式对稻米镉阻隔潜力研究

选取重金属复合污染荒田土壤,采用室外水稻盆栽试验的方法,设计了4个施硅措施:不施用硅肥(CK)、基施硅肥(Tsi)、喷施叶面硅肥(Ysi)和2种硅肥配施(Tsi+Ysi),研究了硅肥不同施肥方式对杂交晚稻(丰源优299)5个生育期内各部位中Cd的含量、器官间转运系数以及对水稻成熟期生物量的影响.结果表明,与CK处理相比,硅肥施肥处理组都能显著降低水稻籽粒中Cd的含量且不会明显影响水稻产量,其中以2种硅肥配施对籽粒的降Cd效果最佳,分别使谷壳、糙米和精米降Cd幅度达到62.59%、58.33%和65.83%,基施硅肥处理和喷施叶面硅肥处理的降Cd潜力次之.因此,研究结果表明无论是基施硅肥还是喷施叶面硅肥都能作为一种很有潜力的稻米Cd污染控制技术.     

不同水分管理模式联合叶面喷施硅肥对水稻Cd累积的影响

在某重度Cd污染稻田(Cd含量2.83 mg·kg~(-1))开展8种水分管理措施联合叶面喷施硅肥的大田试验,研究不同处理对水稻生长及各部位Cd累积的影响.结果表明:①8种水分管理措施联合叶面喷施硅肥处理对水稻株高和分蘖数没有明显影响,但各处理均增加了水稻糙米生物量,增幅为1.7%～25.0%,其中成熟期淹水+叶面喷施硅肥处理(CY)下糙米生物量达到最高.②常规水分管理+叶面喷施硅肥处理(Si)对土壤Cd两种提取态含量无明显影响,而其他处理降低土壤交换态Cd含量7.8%～42.6%,降低土壤TCLP提取态Cd含量20.0%～40.8%.③常规水分管理+叶面喷施硅肥处理(Si)能降低水稻各部位Cd含量,糙米Cd含量下降了19.0%;其他处理显著降低了水稻各部位中Cd含量,其中仅成熟期湿润+叶面喷施硅肥处理(CS)降低糙米Cd含量降幅最大,降低了44.0%,其次为间歇淹水湿润+叶面喷施硅肥处理(JX)和仅灌浆期湿润+叶面喷施硅肥处理(GS),分别降低36.4%和31.8%.④在中重度Cd污染稻田建议采用仅成熟期湿润+叶面喷施硅肥处理(CS)和间歇淹水湿润+叶面喷施硅肥处理(JX),在不影响水稻产量的同时又显著降低糙米Cd含量.     

硅肥耦合水分管理对复合污染稻田土壤As-Cd生物有效性及稻米累积阻控

选取湖南某矿区重金属镉、砷复合污染稻田土,以泰优390号为材料,通过盆栽试验研究湿润灌溉(CK)、农艺措施淹水(WF)、速溶硅肥结合淹水措施(FYsi)、矿物硅肥结合淹水措施(FKsi)及2种硅肥结合淹水(FYK)对土壤中As、Cd生物有效性及水稻糙米中As、Cd累积效应的影响.结果表明,淹水处理土壤p H值上升幅度为0.12~0.72个单位,均呈现先升高再下降,最后趋于中性的规律.淹水后,土壤Eh显著降低,FYsi、FKsi、FYK这3种配合硅肥的淹水处理土壤Eh值显著高于WF处理,与对照相比,淹水处理糙米中Cd含量降低了38.83%~65.05%,其中,WF、FYK处理对糙米Cd累积抑制效果最佳,糙米中Cd含量为0.98 mg·kg~(-1)、0.72 mg·kg~(-1);除WF处理糙米中As含量增加了36.64%外,FYsi、FKsi、FYK处理糙米中As的含量与对照相比分别降低了23.80%、38.10%、47.62%.FYsi、FYK处理对糙米As累积抑制效果最佳,糙米中As含量为0.13 mg·kg~(-1)、0.11 mg·kg~(-1).Cd各提取态含量与其在水稻糙米中的含量均呈现出极显著的正相关关系(P0.01);可交换态、TCLP提取态As与水稻糙米中As含量无显著相关关系.因此,FYsi、FKsi、FYK这3种施硅耦合淹水处理均可有效阻控稻米镉砷复合污染,其中FYK效果最佳.     

基施硅肥对土壤镉生物有效性及水稻镉累积效应的影响

为研究硅肥对土壤Cd生物有效性以及水稻累积重金属Cd的影响,模拟土壤低Cd污染水平(Cd总量为0.72mg·kg~(-1))和土壤高Cd污染水平下(Cd总量为5.08 mg·kg~(-1)),土壤基施0、15、30、60 mg·kg~(-1)的硅肥,进行水稻盆栽种植实验.结果表明,施用15~60 mg·kg~(-1)硅肥能提升水稻各生育期土壤的pH值,降低土壤交换态Cd含量和TCLP提取态Cd含量24.2%~43.7%,12.7%~46.8%,土壤中Si能与Cd形成Si-Cd复合物,降低土壤Cd的生物有效性,且降低效果在土壤低Cd污染水平时优于高Cd污染水平.硅肥提升水稻地上部的生物量尤其是产量.土壤低Cd污染水平下,Si对土壤Cd向水稻地上部的转运有促进和阻碍两种作用,施用量过低(Si 15 mg·kg~(-1))或过高(Si 60 mg·kg~(-1))时均促进土壤Cd向水稻地上部转运,施用量为30 mg·kg~(-1)时则阻碍Cd向上转运.随着Si施用量的增大,糙米Cd含量先上升后下降,范围为0.07~0.15 mg·kg~(-1),均低于0.2 mg·kg~(-1).土壤高Cd污染水平下,Si阻碍Cd向水稻地上部的转运,糙米、谷壳、茎叶的Cd含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%,糙米Cd含量范围0.23~0.28 mg·kg~(-1).综合考虑产量和糙米Cd含量,土壤低Cd污染水平下,建议施用30 mg·kg~(-1)的Si;高Cd污染水平下,建议施用Si 15~60 mg·kg~(-1).     

调理剂+淹水措施对Cd污染稻田控Cd效果分析

为探明淹水措施、基施湘润邦土壤调理剂、矿物硅肥+喷施叶面肥、石膏粉以及综合处理对不同污染土壤修复效果和作用机制,通过在3个不同类型Cd污染耕地布置小区试验,研究了单一处理及综合措施对阻控污染耕地稻米吸收累积Cd的影响.结果表明,淹水措施、单一施用调理剂、综合施用结合淹水处理能降低土壤有效态Cd和水稻各器官Cd含量,土壤有效态Cd降低6. 58%～30. 01%,糙米Cd含量降低12. 65%～68. 68%,降低效果为综合处理(T6)基施石膏粉(T5)基施湘润邦土壤调理剂(T3)矿物硅肥+喷施叶面肥(T4)淹水处理(T2)(以两季水稻糙米Cd含量降低效果平均值计算).试验中5个处理使水稻各部位富集系下降,是引起糙米Cd含量下降的主要原因之一.根据田间小区试验显示,基施湘润邦土壤调理剂、矿物硅肥+喷施叶面肥和石膏粉组配施用结合淹水措施可作为Cd污染耕地稻米Cd阻控的有效方法.     

组配改良剂联合硅肥对Cd污染稻田的修复效果

选取湖南省浏阳市某Cd污染稻田进行田间试验,研究组配改良剂石灰石+海泡石（LS）、基施硅肥及叶面喷施硅肥对Cd污染稻田修复效果,结果表明：（1）基施硅肥90kg/hm²和叶面喷施硅肥（0.2,0.4g/L）对土壤pH值无明显影响,添加LS（2250,4500kg/hm²）的各处理均显著提高土壤pH值（P < 0.05）.（2）基施硅肥90kg/hm²分别降低土壤交换态、毒性特征浸出（TCLP）提取态Cd含量20.0%和18.5%,叶面喷施硅肥对土壤Cd两种提取态含量无明显影响,添加LS的各处理（2250,4500kg/hm²）分别使土壤交换态、TCLP提取态Cd含量降低25.8%~49.9%、26.4%~44.5%.（3）3种单一技术措施均能明显降低水稻各部位Cd含量,但降低糙米中Cd含量的效果低于3种技术措施的组合处理;“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”各处理（JL1F1、JL1F2、JL2F1、JL2F2）使水稻糙米中Cd含量降低25.6%~70.5%.（4）“组配改良剂LS+基施硅肥+叶面喷施硅肥”的组合技术处理能显著降低土壤中Cd的有效性,显著降低水稻各部位中Cd含量,其中JL2F2处理效果最佳,能使对照糙米Cd含量从0.66mg/kg降低到0.19mg/kg,实现中重度Cd污染稻田的水稻安全生产.     

低积累水稻品种联合腐殖酸、海泡石保障重镉污染稻田安全生产的潜力

以某铅锌矿开采区周边重镉污染稻田(全Cd含量为2.52 mg·kg~(-1))以及Cd低积累型晚粳稻品种嘉33为对象,研究了Cd低积累水稻嘉33与改良剂腐殖酸、海泡石联合对重镉污染稻田的农产品安全输出的保障潜力.结果表明,重镉污染稻田上嘉33仍表现出良好的低镉积累特性,改良剂腐殖酸、海泡石单独或联合投加,可降低水稻各器官中Cd的积累,以及茎对根吸收的Cd和精米对茎中Cd的转运系数,且降低量随着改良剂施用量的增加而增加.当施用5.250 t·hm~(-2)的腐殖酸、或6.750 t·hm~(-2)的海泡石、或1.125 t·hm~(-2)的腐殖酸和3.375 t·hm~(-2)的海泡石搭配施用均可使嘉33精米中Cd含量低于国家的限量指标(GB 2762~(-2)012),其精米中Cd含量分别为(0.171±0.01)、(0.184±0.01)和(0.181±0.01)mg·kg~(-1).腐殖酸单施、海泡石单施以及腐殖酸与海泡石配施均能促进土壤Cd向残渣态、铁锰氧化物结合态转化,显著降低土壤中有效Cd含量,降低Cd的生物有效性,进而降低了水稻各器官中Cd含量.其中海泡石单施、腐殖酸与海泡石配施降低土壤中有效Cd含量效果优于腐殖酸单施.同时,相比于腐殖酸单施、海泡石单施,腐殖酸和海泡石搭配施用对土壤养分的影响更趋友好,除了土壤碱解氮含量无明显性变化外,对应的土壤速效磷、速效钾及有机质含量均随改良剂施用量增加而升高.综上结果,意味着在重镉污染土壤上,低Cd积累水稻品种联合腐殖酸和海泡石配施是实现重镉污染土壤安全生产的优选措施.     

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.     

生物质炭对磷镉富集土壤中两种元素生物有效性及作物镉积累的影响

以磷镉富集土壤(总Cd 0.94mg·kg~(-1)、全磷0.86g·kg~(-1))和低镉积累基因型红菜薹金秋红三号为供试材料,采用盆栽试验的方法,设置了绝对对照CK0(仅施NK无机肥)、相对对照CKp(施NPK无机肥)、生物质炭BC(BC+NK无机肥)和BC-CKp(BC+NPK)这4个处理,考察了土壤磷素和重金属Cd的生物有效性、植株可食部位生物量及其Cd累积特征和土壤基本性状等指标.结果表明,至作物收获时,添加生物质炭的BC和BC-CKp处理与未添加生物质炭的CK0和CKp处理相比,土壤有效Cd含量分别降低了8.23%和5.68%;同时土壤有效磷含量提高了11.60～16.26mg·kg~(-1).施加外源磷肥的CKp和BC-CKp处理土壤有效Cd含量与未施加磷肥的CK0和BC处理相比分别降低了31.43%和33.29%.除CK0处理外,其它3个处理(CKp、BC及BC-CKp)的红菜薹作物可食部位Cd含量均未超出我国食品安全国家标准(GB 2762-2017)中Cd的限定值0.1mg·kg~(-1).结果表明,将生物质炭输入到磷素富集的中、轻度Cd污染土壤中,能够同时实现土壤中重金属Cd钝化和磷素活化的双重功能;且在不额外使用磷素化肥的条件下,种植弱吸收低积累Cd的蔬菜作物基因型,既可以保证可食部位生物量增加,也可以使其可食部位重金属Cd含量满足食品安全国家标准.     

施硅对高浓度Cd污染土壤中水稻植株Cd积累与分配的调控

为了评估施硅处理对Cd在水稻(Oryza sativa. L)体内迁移的影响,通过外源添加Cd(CdCl₂)制成w(Cd)为50、100 mg/kg的污染土壤,采用盆栽试验研究不同施硅量〔w(Si)分别为0、28、56 mg/kg〕对Cd污染土壤中水稻(以华航丝苗和黄华占为例)植株中Cd积累与分配的影响. 结果表明:施硅处理可明显影响水稻根部w(Cd),表现为增加华航丝苗根部w(Cd)、降低黄花占根部w(Cd),但两个品种根部Cd累积量均呈增加趋势. 施硅处理后华航丝苗和黄华占的叶、谷壳、糊粉层及精米中w(Cd)、Cd累积量均呈降低趋势,并且在施硅量为56 mg/kg时显著降低;施硅处理显著降低了华航丝苗和黄华占茎中w(Cd)以及华航丝苗茎中Cd累积量,同时增加了黄花占茎中Cd累积量. 施硅可显著降低精米中w(Cd),在w(Cd)为50和100 mg/kg的Cd污染水平下,华航丝苗和黄华占精米中w(Cd)较未施硅处理下的最大降幅分别达到32.49%、53.77%和24.73%、20.67%. 施硅对水稻植株各器官的Cd富集系数、转移系数和分配系数都有一定影响,施硅处理下水稻植株地上部各器官的Cd富集系数和转移系数均呈降低趋势,根部Cd分配比例显著增加. 研究显示,施硅对高浓度Cd污染土壤中水稻植株Cd积累与分配有一定调节作用,并因土壤中w(Cd)、施硅量、水稻品种及稻株器官的不同而存在差异.      

连续施硅对双季稻镉硅累积效应的影响

为研究硅肥对土壤镉生物有效性以及双季稻对镉硅积累的影响,在稻田土壤镉较高［ω（总Cd）为1.03 mg·kg^-1］污染条件下,开展双季稻连续基施硅肥180 kg·hm^-2（以SiO₂计）的田间定位试验.结果表明,双季稻田连续施用硅肥能够增加土壤有效硅含量,增幅为108.1%~275.0%,同时提高土壤1.15~1.33个pH单位,施用硅肥早、晚稻土壤DTPA-Cd含量降幅分别为12.3%和15.9%,差异达显著水平;施硅促进了土壤镉向稳定形态的转化,土壤可交换态EXC-Cd含量降幅为2.6%~5.1%,QW处理降低达显著水平;施硅肥处理,碳酸盐结合态CAR-Cd含量降低,降幅为8.6%~24.9%,显著增加了铁锰氧化态FMO-Cd含量,增加了土壤有机结合态OR-Cd含量,增幅为2.3%~12.8%,残渣态RES-Cd含量增幅为2.3%~6.0%;连续施硅肥降低了水稻对镉的积累,早稻根、茎叶和稻米平均降幅分别为38.4%、49.7%和50.9%,晚稻根、茎叶和稻米平均降幅分别为30.6%、34.4%和39.2%;硅处理显著降低了水稻根吸收系数（AF_土/根）,降幅为25.5%~49.6%,同时降低了水稻根向茎叶的转运系数（T_根/茎叶）,降幅为13.5%~52.6%,差异显著,早、晚稻稻米镉富集系数（BAF）分别平均降低6.0%和8.0%,其中粉末状硅肥对降低水稻镉吸收效果最佳.综上表明硅肥能够降低水稻对镉的吸收积累,然而硅肥持续性降镉效应不明显.     

硅肥等量施用对土壤镉生物有效性和水稻吸收镉的影响

为研究硅（Si）肥等量施用对水稻不同生育期吸收镉（Cd）和土壤Cd生物有效性的影响,采用5种不同种类的Si肥（SiO₂用量为225 kg ·hm^-2）开展田间小区试验.结果表明,随着水稻生育期的延长,水稻根系和茎叶的Cd含量增加;施用Si肥,不同生育期水稻根系、茎叶和籽粒Cd含量平均分别降低14.9%、28.2%和12.2%;硅钙镁铁肥（SiCaMgFe）和水溶Si肥（SiW）处理,籽粒Cd含量分别比对照处理降低21.1%（P<0.05）和21.2%（P<0.05）;水稻根表铁膜中Cd含量（DCB-Cd）随着水稻生育期延长而增加,施用Si肥,水稻不同生育期DCB-Cd含量有高有低,DCB-Cd是根系Cd含量的15.8%~42.8%;与对照相比,施用Si肥水稻成熟期土壤可交换态Cd （Exc-Cd）含量平均降低36.4%,其它形态的含量平均增加12.5%~48.2%.水稻全生育期根系Cd与Si呈极显著负相关,与DCB-Cd呈极显著正相关,DCB-Cd与土壤有效态Cd和有效态Si呈极显著负相关,土壤Exc-Cd与Carb-Cd呈极显著负相关,土壤有效态Cd与pH值呈显著负相关.施用相同Si肥用量,SiCaMgFe和SiW处理降低水稻Cd含量的效果好;施用Si肥通过提高土壤pH值和土壤有效Si含量、降低土壤有效态Cd和Exc-Cd含量,促进Exc-Cd向Carb-Cd转移,减少根表铁膜对Cd的吸附,从而减少水稻对土壤Cd的吸收.     

增施硅肥情况下化肥减施对水稻产量及镉吸收的影响

镉（Cd）污染稻田土壤已经严重威胁到粮食安全,常规化肥的滥用不仅会使土壤理化性质发生改变,还会造成土壤重金属污染.因此,为缓解水稻Cd胁迫、促进常规化肥的合理施用,分别在化肥全施和减施化肥30%的基础上,研究增施不同浓度Si肥对湖南省平江县和临武县两试验点水稻产量、品质以及土壤有效态Cd、Si和水稻Cd、Si含量的影响.与各自对照相比,增施Si肥300~600 kg/hm2使得平江县和临武县两试验点:①水稻产量和品质显著提升,化肥全施条件下水稻分别增产917.8~1 643.1和1 003.3~1 503.4 kg/hm2;减肥30%条件下,水稻分别增产1 037.9~1 345.0和1 209.1~1 834.9 kg/hm2.②化肥全施和减肥30%条件下水稻成熟期土壤有效态Cd分别显著下降10.5%~22.1%和14.1%~27.0%;有效态Si含量分别显著上升4.0%~7.0%和0.1%~27.2%,土壤有效态Cd含量和有效态Si含量呈显著负相关（P < 0.05）.③不同处理下水稻糙米和茎叶Cd含量显著降低,而水稻糙米和茎叶的Si含量显著提高;在化肥全施条件下,随着Si肥用量的增加,两试验点糙米Cd含量降低11.7%~39.2%,减肥30%条件下糙米Cd含量降低29.5%~57.2%.土壤有效态Cd含量的下降和Si在水稻各部位的聚集是阻碍Cd向水稻籽粒运输的主要原因.研究显示,在减肥30%条件下,增施Si肥对降低水稻籽粒Cd含量、提高水稻产量和品质的综合效益较高,这为实现科技部国家重点研究计划"化肥农药减施增效技术应用研究"提供了一条有效解决途径以及有力的技术支持.      

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.     

不同pH值灌溉水对土壤Cd生物有效性及稻米Cd含量的影响

通过盆栽种植实验研究了pH值为3.5~6.5的灌溉水对稻田土壤pH值、土壤Cd生物有效性以及2种水稻品种各部位Cd含量的影响.结果表明:1不同pH值灌溉水对土壤pH值影响显著.灌溉水pH为3.5~6.5的处理下,湘晚籼土壤pH值下降了0.6~0.3个单位,威优46号土壤pH值下降了0.7~0.4个单位.2随着灌溉水pH值的升高,土壤交换态和TCLP提取态Cd含量(生物有效性)均有降低的趋势,但TCLP提取态Cd含量不显著.3随着灌溉水pH值从3.5上升到6.5,湘晚籼12号水稻植株各部位Cd含量均逐渐下降,而威优46号水稻植株各部位的Cd含量逐渐上升.与pH=3.5处理相比,浇灌pH值为4.5~6.5的灌溉水,湘晚籼12号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别下降32.3%~48.0%、16.5%~48.0%、40.0%~56.2%和45.6%~73.9%;相反,威优46号根系、茎叶、谷壳和糙米中Cd含量分别上升30.5%~446.3%、5.3%~201.1%、70.3%~316.7%和71.0%~177.2%.显然,升高灌溉水的pH值有利于降低湘晚籼12号(常规稻)糙米中的Cd含量,但不利于降低威优46号(杂交稻)糙米中的Cd含量.