论文部分内容阅读
耕地土壤镉-砷(Cd-As)复合污染危害严重且治理复杂,有效修复Cd-As复合污染稻田是目前实现农田安全利用的难点。钙(Ca)、镁(Mg)是植物信号网络调节的重要离子,“土壤-作物”体系中Cd/As的迁移、吸收、转运均与Ca2+、Mg2+调控紧密相关,研究Ca、Mg对稻田土壤钝化效应与水稻Cd/As富集调控特征,对修复Cd-As复合污染稻田土壤,降低稻米Cd/As含量具有重要意义。本研究开展施加5种Ca、Mg钝化剂(磷矿粉调理剂、特贝钙土壤调理剂、钙镁磷肥、凹凸棒营养土、生石灰)的1季与连续2季Cd-As复合污染稻田大田试验,施加单一Ca、Mg(氧化钙、碳酸钙、碳酸镁)的Cd-As复合污染稻田土壤盆栽实验,添加Ca、Mg(Ca Cl2、Mg Cl2)的Cd-As复合胁迫水培试验,同时在整个研究过程中探究了Ca、Mg在“土壤-水稻”系统中调控Cd/As的迁移转运规律。主要研究结果表明:(1)5种Ca、Mg钝化剂对Cd-As复合污染稻田土壤钝化效应。施加Ca、Mg钝化剂未显著提升石灰性稻田土壤pH和土壤有机质。5种钝化剂(除生石灰外)均降低了土壤Cd的弱酸可提取态占比,其中,凹凸棒营养土第一季较对照CK弱酸可提取态占比降低了15.33%;除凹凸棒营养土外,其他钝化剂均降低了土壤As的弱酸可提取态占比,其中,特贝钙土壤调理剂、钙镁磷肥第一季较对照CK的弱酸可提取态占比分别降低了7.25%、7.05%。仅有钙镁磷肥在第一季与第二季均降低了有效态Cd含量,较对照CK分别减少了0.10 mg·kg-1、0.3mg·kg-1;钙镁磷肥、凹凸棒营养土在第一季显著降低了有效态As含量,较对照CK分别减少0.37 mg·kg-1、0.42 mg·kg-1。(2)5种Ca、Mg钝化剂对Cd-As复合污染稻田糙米Cd/As含量影响。第一季仅施加特贝钙处理的糙米Cd含量低于对照CK,其他钝化剂处理的糙米Cd含量均高于对照CK;第二季除凹凸棒营养土外,其余钝化剂处理的糙米Cd含量均显著小于对照CK。第一季,5种钝化剂处理的糙米As含量均低于CK,其中,特贝钙、生石灰较CK降低最显著,分别降低了0.50 mg·kg-1、0.52 mg·kg-1;第二季,仅特贝钙、生石灰和钙镁磷肥处理糙米As含量均低于CK,其中,生石灰处理糙米As含量较CK降低最显著,为2.03 mg·kg-1。(3)施加单一Ca、Mg对Cd-As复合污染稻田土壤钝化效应。氧化钙、碳酸钙显著提升分蘖期土壤pH,氧化钙、碳酸钙、碳酸镁均显著降低拔节期、灌浆期、成熟期土壤有机质。氧化钙、碳酸钙、碳酸镁均增加各个生育时期土壤Cd弱酸可提取态占比,添加氧化钙后各个生育时期土壤Cd弱酸可提取态占比均高于其他处理,各个时期土壤Cd弱酸可提取态占比分别为41.2%、39.50%、34.25%、32.02%。氧化钙、碳酸钙处理增加了分蘖期、拔节期土壤As弱酸可提取态占比,碳酸镁减少了分蘖期、灌浆期、成熟期土壤As弱酸可提取态占比,碳酸镁处理拔节期土壤As弱酸可提取态占比显著增加。氧化钙、碳酸钙、碳酸镁处理拔节期、灌浆期、成熟期有效态Cd含量均降低,仅碳酸镁处理分蘖期有效态Cd含量未降低。氧化钙、碳酸钙、碳酸镁增加了各个生育时期有效态As含量,其中氧化钙处理有效态As含量增加量最大。(4)施加单一Ca、Mg钝化剂对Cd-As复合污染稻田糙米Cd/As含量影响。氧化钙处理拔节期、灌浆期、成熟期根Cd/As含量均高于对照CK,其余处理各个时期根Cd/As含量变化不同。氧化钙、碳酸钙处理均增加了分蘖期、灌浆期、成熟期水稻叶Cd/As含量,碳酸镁处理拔节期、灌浆期、成熟期水稻叶As含量。碳酸镁处理各个生育时期水稻茎Cd/As含量均显著减少,氧化钙、碳酸钙增加了灌浆期水稻茎中Cd/As的含量。氧化钙、碳酸钙、碳酸镁处理成熟期糙米中的Cd/As含量显著降低,但不能显著降低灌浆期穗Cd/As含量。(5)Ca、Mg添加对Cd-As复合胁迫水培水稻各器官Cd/As含量影响。低浓度Cd-As复合胁迫下,分蘖期7种处理与成熟期单一低添加量Ca对水稻根系吸收Cd/As抑制作用显著,其他生育时期Ca、Mg处理未显著抑制根系吸收Cd/As;除分蘖期外,7种处理对水稻茎吸收As抑制作用显著,单一高添加量Ca处理对水稻茎吸收Cd为显著促进作用;单一添加Mg与复合添加Ca、Mg处理对水稻各生育时期叶吸收As抑制作用显著,7种处理对水稻各生育时期叶吸收Cd促进作用显著。高浓度Cd-As复合胁迫下,Ca、Mg对各生育时期水稻根系吸收Cd/As抑制作用均不显著;复合添加Ca、Mg处理对灌浆期茎吸收As为促进作用,单一Ca处理对水稻各生育时期茎吸收Cd为显著促进作用,Mg对水稻茎吸收Cd为抑制作用;单一添加Ca与单一添加Mg处理对拔节期、灌浆期水稻叶吸收As为抑制作用,7种处理对水稻叶吸收Cd为促进作用。Cd-As复合胁迫下,单一添加Mg处理对水稻穗、糙米吸收As为抑制作用,单一添加Ca处理对水稻穗、糙米吸收Cd为促进作用。(6)Ca、Mg添加对Cd-As复合胁迫水培水稻Cd/As转运的影响。低浓度Cd-As复合胁迫下,Ca、Mg处理对分蘖期As由根向叶、拔节期、灌浆期As由根向茎、拔节期As由茎向叶、成熟期As由茎向稻壳和稻壳向糙米的转运均具有抑制作用;对成熟期As根向茎、茎向叶的转运以及灌浆期As由茎向穗转运具有促进作用。高浓度Cd-As复合胁迫下,单一高添加量Ca处理对拔节期、成熟期As由根向茎、As由茎向叶的转运具有促进作用,对灌浆期As由茎向叶转运具有抑制作用;单一添加Mg处理对分蘖期As由根向叶转运具有促进作用。浓度Cd-As复合胁迫下,Ca、Mg处理对分蘖期Cd由根向叶、灌浆期Cd由茎向穗的转运具有促进作用。高浓度Cd-As复合胁迫下,Ca、Mg处理拔节期和灌浆期Cd由茎向叶的转运以及单一添加大量Mg对成熟期Cd由茎向叶的转运均具有促进作用;Ca、Mg处理对成熟期Cd由茎向稻壳、稻壳向糙米的转运有抑制作用。