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.     

水稻不同生育期As胁迫下As累积关键生育期

水稻不同生育期对As的吸收累积差异明显.为研究水稻糙米As累积的关键生育期,明确不同生育期吸收累积As对糙米As累积的贡献,本研究通过水培试验,分别在水稻分蘖期(30 d)、拔节期(16 d)、孕穗期(13 d)、灌浆期(17 d)、蜡熟期(15 d)、成熟期(13 d)和全生育期(104 d)添加外源As,及不添加外源As处理作为对照CK.结果表明:(1)不同生育期As胁迫对水稻植株生物量有显著影响,与对照CK相比,单一时期As胁迫处理中仅分蘖期As胁迫处理下植株生物量增加,其他处理均降低,其中孕穗期As胁迫处理最低,所有单一时期As胁迫处理植株生物量均高于全生育时期As胁迫下植株生物量;(2)6个单一时期As胁迫处理糙米中As含量均高于对照CK糙米中As含量,范围为0.08～0.24 mg·kg^-1,其中孕穗期As胁迫处理糙米As含量最高,为全生育时期As胁迫处理糙米As含量的64.9%;(3)6个单一时期As胁迫处理糙米As的累积量均高于对照CK,范围为1.4～4.5μg·株^-1,其中孕穗期As胁迫处理糙米As累积量最高,其次是灌浆期,...     

含磷物质对水稻吸收土壤砷的影响

向砷(As)污染土壤中施用磷酸氢二钠(DSP)和羟基磷灰石(HAP),通过水稻盆栽试验研究含磷物质对水稻吸收土壤砷的影响.结果表明,DSP和HAP都显著增加了土壤pH值和土壤有效磷含量(P<0.05),活化了土壤中的砷,且DSP提高砷在土壤迁移的能力要强于HAP.DSP和HAP均使水稻根中总砷、糙米总砷、糙米无机砷含量显著降低,但HAP显著增加了水稻茎叶总砷含量.DSP和HAP降低糙米中无机砷的效果比总砷略好,DSP降低糙米中总砷和无机砷的效果与HAP基本相当.分析表明,水稻各器官中砷含量受磷砷拮抗作用和土壤中砷生物有效性增加这2个因素的影响,且在本试验条件下磷砷的拮抗作用在水稻根、糙米这两个部位中有明显体现.较低添加量(小于等于0.12 g·kg-1)的DSP和HAP使水稻总生物量和糙米产量有所增加,但随着添加量的继续增加,2种含磷物质明显抑制了水稻生长,且HAP的抑制作用相对较轻.     

复合改良剂对稻田Cd、As活性与累积的协同调控

为同时降低水稻糙米中Cd、As含量,以达到国家标准食品污染物限量标准,选取湘南某矿区Cd-As复合污染稻田土壤,以盆栽实验研究复合改良剂QFJ(羟基磷灰石+沸石+酸改性炭化秸秆)对土壤中Cd、As生物有效性及对水稻各部位累积Cd、As的影响,探讨QFJ对土壤Cd、As生物活性与稻米Cd、As累积的协同调控.结果表明:施用QFJ降低了水稻糙米中的Cd、As含量,施加量2g/kg时,糙米中Cd、As含量分别为0.19mg/kg和0.14mg/kg,均低于对照组的0.49mg/kg和0.27mg/kg,且同时低于0.2mg/kg,达到了国家标准食品污染物限量标准.施用QFJ提高了土壤pH值0.02~0.68单位,增加了土壤CEC、OM含量,同时土壤中Cd 的酸可提取态、交换态及TCLP提取态含量分别降低了7.3%~32.5%、12.6%~39.8%和40.7%~60.1%,对As的交换态和TCLP提取态含量的影响趋势是先降低后增大.糙米中Cd含量与土壤中Cd的3种提取态含量存在极显著正相关关系,As含量与其土壤中TCLP提取态含量存在极显著正相关关系.当QFJ施加量在2g/kg水平时,土壤中Cd、As的生物活性可协同控制在较低水平,从而同时降低了糙米中Cd、As含量.施用QFJ使得Cd在水稻根表铁膜中的含量呈增大趋势,在水稻其他部位含量呈减小趋势;As在谷壳中含量呈减少趋势,在其他各部位呈先减小后增大的趋势.水稻吸收的Cd和As大部分累积在根部和茎叶部,各部位Cd累积率大小是白根 > 茎叶 > 糙米 > 谷壳,As是茎叶 > 白根 > 糙米 > 谷壳.根据Cd-As污染程度不同,可考虑施用2~4g/kg QFJ以达到水稻的安全生产.     

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 ～ 105d)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...     

硒对水稻吸收积累和转运锰、铁、磷和硒的影响

采用土壤盆栽法研究硒对水稻吸收积累和转运锰、铁、磷和硒的影响.结果表明,土壤添加Se可导致水稻铁膜、根系、茎叶、谷壳和糙米中Se含量显著提高,水稻茎叶、谷壳和糙米中Mn含量显著降低.当土壤添加0.5 mg·kg-1Se和1.0mg·kg-1Se时,水稻茎叶Mn含量分别比对照处理降低32.2%和35.0%,谷壳Mn含量分别降低22.0%和42.6%,糙米Mn含量分别降低27.5%和28.5%.Se对水稻各部位的P和Fe(除谷壳外)含量影响不大.土壤添加Se对水稻铁膜、根系、茎叶和谷壳向糙米转运P和Fe的影响均不显著,但Se添加可以显著地降低水稻铁膜和根系向糙米中转运Mn的能力.与对照相比,土壤添加1.0 mg·kg-1Se导致Mn由铁膜和根系向糙米中的转运系数分别降低38.9%和37.9%.添加Se对水稻铁膜、根系、茎叶、谷壳和糙米中Mn、Fe、P和Se的分配比率也产生不同程度的影响.研究结果暗示可通过土壤添加Se来减少水稻对Mn的吸收积累和转运,从而降低Mn通过食物链途径对人体健康造成危害.     

控源及改良措施对稻田土壤和水稻镉累积的影响

为研究稻草移除/还田、截断大气沉降、清洁水灌溉和石灰调控等途径对土壤和水稻镉(Cd)累积的影响,于2016年4~10月在湘潭、醴陵和株洲选择典型Cd污染稻田开展田间小区综合试验.结果表明,各处理对土壤Cd总量无显著影响.石灰调控下土壤pH平均提高了0.87个单位,土壤中有效态Cd含量平均降低了33.7%,水稻根、茎叶和糙米Cd积累量分别降低了47.9%、46.7%和54.8%,水稻根、茎叶和糙米Cd富集系数均显著低于对照;清洁水灌溉和截断大气沉降对土壤pH的影响整体略呈上升趋势,分别上升了0.44和0.49个单位,土壤有效Cd含量分别降低了18.2%和14.5%,水稻根、茎叶和糙米Cd积累量比对照分别降低了32.6%、24.2%、18.0%和17.6%、11.3%、25.4%.然而,稻草还田对晚稻土壤pH影响情况不明显,但土壤中有效态Cd含量上升了6.1%,水稻植株Cd积累量也整体呈上升趋势.上述研究结果表明,通过施用灌溉清洁水和截断大气沉降源、稻草移除、石灰等措施可以确保中轻度Cd污染稻田水稻安全利用.     

组配改良剂对稻田系统Pb、Cd和As生物有效性的协同调控

通过水稻盆栽种植试验,研究了两种组配改良剂LST(石灰石+海泡石+二氧化钛)和LSF(石灰石+海泡石+硫酸铁)在不同添加量(0、1、2、4、8、16 g·kg-1)下对水稻土壤Pb、Cd和As的生物有效性以及水稻吸收累积Pb、Cd和As的影响.结果表明:1与对照相比,组配改良剂LST和LSF均使土壤p H值上升,且与对照之间均存在显著差异(P0.05);两种组配改良剂相比,LST比LSF使土壤p H值上升得更多.2施用1~16 g·kg-1的LST和LSF使土壤中Pb、Cd和As的交换态含量分别降低16.8%~88.3%、22.4%~73.7%、2.25%~43.8%和20.2%~86.9%、20.7%~51.2%、18.0%~55.1%,均与对照之间存在显著差异.LST和LSF均能显著降低水稻植株对Pb、Cd和As的吸收.当LST和LSF施加量为16 g·kg-1时,糙米中Pb、Cd和As的含量最高分别降低了50.7%、64.7%、34.1%和40.7%、40.7%、36.2%.3水稻各部位对Pb和As的转运能力为谷壳茎叶根系,对Cd的转运能力为谷壳根系茎叶,水稻中谷壳向糙米转运Pb、Cd和As的能力为CdAsPb.4施加LST和LSF后,水稻糙米中Pb、Cd和As含量与土壤Pb、Cd和As交换态含量之间存在极显著的正相关关系,与土壤p H值之间存在显著的负相关关系.     

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.     

水分管理对硫铁镉在水稻根区变化规律及其在水稻中积累的影响

选取了酸性矿山废水污灌区重金属污染水稻土,通过盆栽试验研究了不同水分管理条件(60%最大田间持水量,80%最大田间持水量,最大田间持水量,前期淹水+抽穗扬花期烤田,全生育期淹水)下水稻根际土壤及其不同器官(稻根、茎叶和籽粒)中硫、Fe和Cd的含量变化.结果表明,随着土壤水分含量的增加,在分蘖期根际土壤中Cd的含量略有升高,在成熟期对水稻根际土壤中Fe和Cd含量的影响不大;水稻不同器官对铁的吸收逐渐增加,对Cd的吸收则逐渐减少,两者呈明显的负相关关系;但抽穗扬花期烤田对水稻各器官对Fe的吸收影响不大,却明显增加了各器官中Cd的含量.除旱作处理外,不同水分管理方式下,土壤中全硫和有效硫含量随着土壤水分含量增加逐渐减少,抽穗扬花期烤田能明显增加根际土壤中总硫和有效硫含量,水稻对Cd的吸收与根际硫含量增加存在协同关系.上述结果证实,水稻对Cd的吸收不仅与Fe吸收有关,土壤中硫的充分供给能显著增加Cd在水稻中的积累.     

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.     

颗粒有机质对水稻镉吸收及转运的影响

采用盆栽试验,通过测定不同颗粒有机质(POM)添加量下土壤、POM中有机碳(POM-C)和Cd(POM-Cd)含量及水稻各部位Cd含量,研究了POM对紫色水稻土水稻镉吸收的影响及机制.结果表明:添加POM提高了土壤有机碳(SOC)、溶解性有机碳(DOC)、POM-C、POM-Cd、POM对Cd的富集系数和土壤有效Cd含量,在POM添加量达2. 5 g·kg~(-1)时可显著提高土壤POM-C和POM-Cd比例.添加POM提高了水稻植株生物量及Cd在水稻植株中的总累积量,但使水稻根Cd含量降低24%～42%,茎叶Cd含量提高9%～30%,籽粒Cd含量在POM添加量为0. 5 g·kg~(-1)和1. 0 g·kg~(-1)时分别降低了17%和36%,添加量为2. 5 g·kg~(-1)时提高了39%.添加POM对Cd在水稻根和茎叶中的分配不显著,但POM添加量较少时可抑制Cd从水稻茎叶向籽粒转运,POM添加达到一定量时,促进Cd从茎叶向籽粒转运,最终提高籽粒中Cd含量.相关分析结果表明,土壤有效Cd是影响茎叶Cd累积的主要因素,POM-Cd总量是影响籽粒中Cd累积的主要因素.因此,添加POM可通过改变土壤SOC、DOC、POM-C、POM-Cd及有效镉含量,影响水稻对Cd的吸收.     

水稻对不同土壤中硒酸盐/亚硒酸盐的吸收和富集

通过土培试验研究了在3种类型土壤(红壤、黑土和灰钙土)上施用不同价态硒肥(Na2 SeO3或Na2 SeO4)条件下,水稻地上部硒含量的变化.结果表明,在水稻幼苗期,3种土壤上Se4+硒肥处理的水稻幼苗地上部硒含量高于Se6+硒肥处理.施用Se4+硒肥,红壤、黑土及灰钙土中水稻幼苗的硒含量分别为5.76、1.18和1.11 mg· kg-1,分别为对照的2.5、4.7和6.9倍;施用Se6+硒肥,红壤、黑土及灰钙土中水稻幼苗的硒含量分别为4.70、0.66和0.73 mg·kg-1.在水稻成熟期,施用Se4+硒肥后,红壤、黑土及灰钙土中水稻籽粒中硒含量分别由对照中的0.34、0.05和0.05 mg·kg-1增加到0.94、0.14和0.20 mg·kg-1;施用Se6+硒肥后,红壤、黑土及灰钙土中水稻籽粒中硒含量分别为1.13、0.12、0.16mg·kg-1.不同价态硒肥处理和土壤类型对水稻幼苗和成熟地上部硒含量都有显著影响.在pH值低的红壤上施用Se6+硒肥效果更好,而在pH值高的黑土和灰钙土上施用Se4+硒肥效果更好;从环境风险和硒对植物毒性的角度考虑,硒肥以亚硒酸盐的形式施用比较好.     

镉胁迫对不同杂交水稻品种Cd、Zn吸收与积累的影响

土壤-作物-食品是人类摄取Cd的重要途径.水稻是Cd积累能力最强的粮食作物,且水稻对Cd的吸收常伴随Zn缺乏,这对人类健康具有潜在的暴露风险.因此,本文选择2种杂交水稻(普通杂交稻材料"J196"和超级稻品种"中浙优1号")为供试水稻,以红壤性水稻土为供试土壤,采用添加Cd(2.5 mg·kg^-1)和不添加Cd(0 mg·kg^-1)处理进行盆栽试验,研究了水稻在成熟期对土壤中Cd的吸收分配及籽粒中Cd、Zn的积累特点.结果表明,添加Cd处理的水稻籽粒Cd积累量为未加Cd处理的6~10倍.在供试土壤Cd污染条件下,超级稻表现出对Cd具有较强的吸收能力,其籽粒中的Cd积累量也可高达1.83 mg·kg^-1,就地消费人群的籽粒Cd暴露风险水平为人体安全临界摄入剂量水平的数倍,Zn存在相对缺乏的食物安全风险.中浙优1号具有较强的籽粒Cd分配能力和较弱的籽粒Zn转运能力,而加Cd处理下,其对Cd、Zn的根部、茎叶滞留能力更强,这也正是高籽粒含量品种籽粒Cd积累强而Cd/Zn比高的原因.因此,在高产水稻育种中必须考虑水稻对Cd、Zn吸收的品种差异与籽粒Cd暴露、Zn缺乏的风险.为降低镉暴露风险,推广高产杂交水稻时应考虑Cd的吸收特性,同时在土壤-品种间进行合理布局,并进行膳食结构优化以增加人体对Zn的摄入.     

稻田土壤性质与稻米镉含量的定量关系

水稻是高累积镉（Cd）的农作物,其吸收累积Cd的量受多种因素影响.为明确田间条件下,土壤中Cd含量和土壤性质与稻米Cd含量的定量关系,在水稻收获时通过对60个不同田块的土壤和稻谷进行点对点采样,分析土壤Cd含量、土壤pH值、土壤有机质（SOM）、土壤阳离子交换量（CEC）和稻米中Cd含量,并通过线性相关与多元回归分析,研究Cd污染稻田土壤性质与稻米Cd含量的定量关系.结果表明：所采稻田土壤Cd含量范围为0.15~2.54 mg·kg^-1,其对应的稻米Cd含量范围为0.02~2.00 mg·kg^-1;简单线性相关分析表明,土壤全Cd含量与水稻籽粒Cd含量达到了极显著相关水平（P<0.01）,相关性系数r=0.392（n=60）;土壤pH、有机质（SOM）和阳离子交换量（CEC）对稻米Cd含量也有一定的影响,但未达到显著水平;土壤pH与稻米Cd含量的关系呈现为：当pH小于6.5时,稻米Cd含量随着pH的升高而增加,当pH大于6.5时,稻米Cd含量随着pH的升高而降低.将土壤全Cd含量、土壤pH、有机质（SOM）、阳离子交换量（CEC）与稻米中Cd含量进行多元回归分析,得到5个稻米中Cd含量预测方程,其相关系数r均达到极显著水平（P<0.01）,其中包括全部变量在内的预测方程的相关性系数最高,可以较好地预测此地水稻籽粒中Cd含量.