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近年来,农田镉(Cd)污染已受到国内外环境科研者的广泛关注,米Cd超标严重威胁人类健康,因此糙米Cd超标治理迫在眉睫。锌(Zn)和Cd作为同族元素,化学性质相似,是土壤Cd吸附位点及水稻植株Cd吸收转运过程中的主要竞争者。国内外研究发现,Zn-Cd交互作用因水稻品种、土壤Cd含量、Zn含量及施用方式的不同而存在较大差异。Zn-Cd间关系到底是协同、拮抗、加合还是独立,对此尚无定论。本研究通过盆栽及田间试验,分别以土施、叶面喷施、混合施用(土施+喷施)Zn肥及复配调理剂LS,在不同Cd污染程度土壤、不同水稻品种、不同施用方式及不同种植模式下,分析土壤交换态Cd、Zn含量、水稻生长状况及水稻各部位Cd、Zn含量,探究Cd在土壤-水稻系统迁移转运规律及Zn-Cd间相互关系。
主要研究结果如下:
(1)土施Zn肥盆栽试验结果表明,在轻度(Cd含量为0.5mg·kg-1)和中度(1.5 mg·kg-1)Cd污染土壤上,土施Zn肥显著增加了2种水稻根表铁膜数量,湘晚籼12和威优46增加幅度分别为14.7%~85.9%、5.8%~61.2%,提高了水稻对Cd的阻控能力。在轻度Cd污染土壤上,土施Zn肥显著降低湘晚籼12和威优46糙米Cd含量,其降幅分别为13.4%~78.4%、14.7%~79.8%;在中度Cd污染土壤上,土施各浓度Zn肥均能降低湘晚籼12号糙米Cd含量,但施Zn含量超过40mg·kg-1时将增加威优46糙米Cd含量,但整体仍低于0.2mg·kg-1的国家污染物限量标准。
(2)对于喷施Zn肥,在盆栽和田间2种种植模式下,喷施不同浓度Zn肥均能降低糙米Cd含量,且降低幅度随Zn肥浓度的提高而提高,较对照分别降低3.4%~49.1%、52.8%~67.3%。各喷施浓度下盆栽试验水稻糙米Cd含量均低于国家污染物限量标准(0.2 mg·kg-1),但田间糙米Cd含量仅在喷施0.4g·L-1浓度的Zn肥时达到安全标准。对于混施Zn肥复配土壤调理剂LS时,施用Zn肥能有效降低盆栽试验糙米Cd含量,在土施40mg·kg-1Zn肥的基础上,喷施0.1、0.2、0.4g·L-1Zn肥较对照分别降低35.8%、35.2%、11.6%,高浓度Zn可能会促进水稻对Cd的吸收,Cd、Zn间存在协同作用;但对田间试验而言,各处理虽均能降低糙米Cd含量,但仅当混施Zn肥且复配LS时,糙米Cd含量满足国家污染物限量标准。
(3)土施、叶面喷施、混施Zn肥整体上均提高了水稻生物量,但当外源Zn浓度较高时,水稻生长将受到抑制,生物量呈现下降趋势。3种Zn肥施用方式下,水稻各部位(糙米、谷壳、茎叶、根)Zn含量整体表现为随外源Zn浓度的增加而逐渐增加的趋势,且在具有叶面喷施时,水稻Zn含量主要集中于谷壳和茎叶中。施用外源Zn对水稻土壤交换态Cd含量无显著影响,施用LS显著降低水稻土壤交换态Cd含量。3种Zn肥施用方式下,水稻各部位Cd/Zn比值整体上较对照显著降低,降低了糙米Cd超标风险。
(4)土施Zn肥试验条件下,在2种Cd污染程度土壤中,2种水稻糙米Cd、Zn含量呈极显著负相关(p<0.01),Zn抑制了水稻糙米对Cd的吸收累积,Zn-Cd间表现为拮抗关系。叶面喷施Zn肥,盆栽试验条件下,水稻各部位Cd、Zn含量不存在显著相关关系,而在田间试验下呈显著负线性相关关系。
(5)田间试验中水稻各部位Cd含量远高于盆栽试验。在田间高Cd污染土壤中,可以通过喷施高浓度Zn肥及混施Zn肥和复配LS来降低糙米Cd含量,实现安全生产。
主要研究结果如下:
(1)土施Zn肥盆栽试验结果表明,在轻度(Cd含量为0.5mg·kg-1)和中度(1.5 mg·kg-1)Cd污染土壤上,土施Zn肥显著增加了2种水稻根表铁膜数量,湘晚籼12和威优46增加幅度分别为14.7%~85.9%、5.8%~61.2%,提高了水稻对Cd的阻控能力。在轻度Cd污染土壤上,土施Zn肥显著降低湘晚籼12和威优46糙米Cd含量,其降幅分别为13.4%~78.4%、14.7%~79.8%;在中度Cd污染土壤上,土施各浓度Zn肥均能降低湘晚籼12号糙米Cd含量,但施Zn含量超过40mg·kg-1时将增加威优46糙米Cd含量,但整体仍低于0.2mg·kg-1的国家污染物限量标准。
(2)对于喷施Zn肥,在盆栽和田间2种种植模式下,喷施不同浓度Zn肥均能降低糙米Cd含量,且降低幅度随Zn肥浓度的提高而提高,较对照分别降低3.4%~49.1%、52.8%~67.3%。各喷施浓度下盆栽试验水稻糙米Cd含量均低于国家污染物限量标准(0.2 mg·kg-1),但田间糙米Cd含量仅在喷施0.4g·L-1浓度的Zn肥时达到安全标准。对于混施Zn肥复配土壤调理剂LS时,施用Zn肥能有效降低盆栽试验糙米Cd含量,在土施40mg·kg-1Zn肥的基础上,喷施0.1、0.2、0.4g·L-1Zn肥较对照分别降低35.8%、35.2%、11.6%,高浓度Zn可能会促进水稻对Cd的吸收,Cd、Zn间存在协同作用;但对田间试验而言,各处理虽均能降低糙米Cd含量,但仅当混施Zn肥且复配LS时,糙米Cd含量满足国家污染物限量标准。
(3)土施、叶面喷施、混施Zn肥整体上均提高了水稻生物量,但当外源Zn浓度较高时,水稻生长将受到抑制,生物量呈现下降趋势。3种Zn肥施用方式下,水稻各部位(糙米、谷壳、茎叶、根)Zn含量整体表现为随外源Zn浓度的增加而逐渐增加的趋势,且在具有叶面喷施时,水稻Zn含量主要集中于谷壳和茎叶中。施用外源Zn对水稻土壤交换态Cd含量无显著影响,施用LS显著降低水稻土壤交换态Cd含量。3种Zn肥施用方式下,水稻各部位Cd/Zn比值整体上较对照显著降低,降低了糙米Cd超标风险。
(4)土施Zn肥试验条件下,在2种Cd污染程度土壤中,2种水稻糙米Cd、Zn含量呈极显著负相关(p<0.01),Zn抑制了水稻糙米对Cd的吸收累积,Zn-Cd间表现为拮抗关系。叶面喷施Zn肥,盆栽试验条件下,水稻各部位Cd、Zn含量不存在显著相关关系,而在田间试验下呈显著负线性相关关系。
(5)田间试验中水稻各部位Cd含量远高于盆栽试验。在田间高Cd污染土壤中,可以通过喷施高浓度Zn肥及混施Zn肥和复配LS来降低糙米Cd含量,实现安全生产。