镉铅超标黄壤低积累水稻品种筛选及联合调控措施研究

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基于当前农田土壤重金属污染较突出的严峻事实及―土十条‖对受污染耕地安全利用目标实际需求,本论文以贵阳市某区县镉铅超标稻田为研究对象,通过田间小区实验开展田间水稻品种筛选,分析对比不同品种水稻地上部分对镉铅的吸收量,筛选出适宜当地种植的低积累水稻品种。基于低积累品种,通过室内盆栽实验,对比不同钝化剂-叶面阻隔剂组合处理下,稻田土壤镉铅活性及稻米中镉铅的含量,确定最佳调控组合。分析盆栽土壤镉铅化学结合态的分配、土壤酶活性及微生物群落结果,初步探讨最佳调控组合阻控水稻吸收镉铅的可能作用机制。所得主要研究结果如下:(1)研究区域耕地土壤以Cd、Pb污染为主。水田土壤Cd、Pb含量分别为贵州省土壤背景值的3.80和8.79倍;旱地Cd、Pb含量分别为贵州省土壤背景值的5.20和13.04倍。水田土壤综合污染指数在1.64~4.23之间,其中有60%为重污染等级;旱地土壤综合污染指数在1.94~5.74之间,其中有50%为重污染等级。(2)在20个水稻品种中,根据镉铅低吸收及产量情况,水稻品种可分为高产低Cd型水稻(宜香优2905、川康优6107)、高产低Pb型水稻(隆8优华占、蓉3优533)、低产低Pb型水稻(晶两优534、宜优2018)和高产低Cd低Pb型水稻(百香优005、宜香优2905)。(3)单施叶面阻隔剂也可提高水稻籽粒鲜重,增加水稻分蘖数,株高、茎叶生物量;营养型阻控剂-叶面阻隔剂和铁基富硫材料-叶面阻隔剂处理对水稻增产效果最好,除水稻株高降低外,分蘖数、地上部分鲜重和根长均增加。单施叶面阻隔剂,尽管能降低精米中Pb的含量,但精米中Cd含量略微增加;然而,当土壤中添加铁基生物炭和铁基富硫材料,再配合喷施叶面阻隔剂后,精米中Cd、Pb的含量同时下降,Cd降幅分别为34.29%、8.57%,Pb降幅分别为57.54%、57.42%。(4)水稻根际土壤Cd和Pb的分布规律不同,Cd主要以残渣态和碳酸盐结合态为主,Pb主要以残渣态和铁锰氧化物态为主。施用钝化剂和叶面阻隔剂可促使土壤Cd、Pb由非稳定态向稳定态转化。钝化剂-叶面阻隔剂联合施用影响土壤酶活性,铁基生物炭-叶面阻隔剂和铁基复硫材料-叶面阻隔剂处理下,脲酶和碱性磷酸酶活性增加;营养型阻隔剂-叶面阻隔剂处理,土壤脲酶活性显著提升,碱性磷酸酶、脱氢酶和过氧化氢酶活性降低;单施叶面阻隔剂均可提高四种酶的活性,碱性磷酸酶活性提升最为显著。(5)水稻根际土壤中,变形菌门Proteobacteria、绿弯菌门Chloroflexi、酸杆菌门Acidobacteriota和拟杆菌门Bacteroidota为优势菌门。除营养型阻控剂-叶面阻隔剂外,其他处理均能提高绿弯菌门Chloroflexi的丰富度。微生物群落结构变化与土壤酶和p H密切相关。(6)铁基生物炭、铁基富硫材料联合叶面阻隔剂能够同步调控水稻对Cd、Pb的吸收,精米中Cd、Pb含量符合国家标准。调控机制可能是:其一,通过调节根际微域小环境(p H值、土壤酶活性、微生物群落结构),促使土壤中Cd、Pb由非稳定态向稳定态转化;其二,调控Cd、Pb在水稻植株内的转运,将大部分Cd、Pb储存在根部,将地上部分的Cd、Pb更多地转移至茎叶和米壳中。
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