头季与再生季稻米Cd富集特征及生物炭降低稻米Cd的效果

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:llizhixiong
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再生稻(水稻头季-再生季)生产模式因投入产出比高、品质优良等优点深受农民与消费者的喜爱,然而,在我国南方一些再生稻种植区由于土壤偏酸性,土壤重金属镉(Cd)有效性和迁移性较强,再生稻种植过程中关于头季与再生季稻米Cd含量及富集特征值得关注。因此,本文选取我国2个典型再生稻种植较为普遍的地区,通过连续两年大田采样调查,对水稻的头季与再生季稻米Cd富集特征及影响因素进行解析;采用盆栽试验,研究不同种植时间(早稻-再生稻和中稻-再生稻)水稻对土壤Cd的吸收与富集差异;通过生物炭处理试验,探讨生物炭对水稻头季与再生季土壤Cd污染修复效应。本研究以期为Cd污染耕地的安全利用与治理修复和保障再生稻种植过程中头季与再生季稻米Cd安全提供数据支撑。本研究主要结果如下:(1)通过同步采集土壤和头季与再生季水稻样品,再生稻调查区大田采样调查。结果表明:调查区土壤Cd污染情况均属于安全利用类轻度污染;2020年不同品种水稻样品稻米Cd含量均属于中等变异水平,头季与再生季稻米超标率分别为12.5%和37.5%,稻米Cd含量整体表现为头季<再生季;2021年不同品种水稻样品稻米Cd含量均属于中等变异水平,头季与再生季稻米超标率分别为31.6%和26.3%,稻米Cd含量整体表现为头季>再生季,与2020年结论相反。两年间同一品种水稻头季稻米Cd含量相关系数r=0.99,呈极显著正相关(p<0.01),而再生季稻米Cd含量相关性系数r=0.37(p>0.05)。头季稻米Cd含量与土壤p H值、Cd有效态含量、土壤Cd全量和土壤矿质元素Fe、Ca、Mg、Zn含量呈极显著正相关(p<0.01);再生季稻米Cd含量与有机质含量、Cd有效态含量均呈极显著正相关(p<0.01),与土壤Se、Fe、Ca、Mg、Cd含量呈极显著正相关(p<0.01)。通过主成分分析显示:水稻头季稻米中Mg、Ca、Zn、Fe在PC1中表现出较强负荷,Cd、Se在PC2中表现出较强的负荷,水稻稻米对于相同分组元素之间的吸收具有相似的特征属性。头季稻米Cd/Zn比大于再生季,Cd/Se比小于再生季,营养元素含量的降低或影响稻米Cd食品安全。(2)再生稻不同种植时期的盆栽试验结果表明:试验A组(早稻-再生稻)水稻头季稻米Cd含量范围为0.012~0.035 mg/kg,变异系数为36.05%;再生季稻米Cd含量范围为0.002~0.012 mg/kg,变异系数为53.82%。试验B组(中稻-再生季)头季稻米Cd含量范围为0.018~0.049 mg/kg,变异系数为29.53%;再生季稻米Cd含量范围为0.014~0.163mg/kg,变异系数为105.88%。头季稻米Cd含量与土壤p H值、土壤有机质含量呈负相关,与土壤Cd有效态含量呈显著正相关(p<0.05));再生季稻米Cd含量与土壤p H值呈负相关,与有机质含量呈显著正相关(p<0.05),与土壤Cd有效态含量呈正相关。试验A组中水稻再生季株高较头季相比降低了27.0%,产量降低了71.2%;试验B组中再生季株高较头季相比降低了37.0%,产量降低了91.2%。两组盆栽中不同品种的水稻各器官Cd富集比例有所不同,再生季水稻穗轴及茎叶Cd富集系数均低于头季,分别占头季的60.7%和66.7%;水稻不同部位Cd含量大小顺序为根>茎叶≈穗轴>稻壳>稻米,在试验B组头季则表现为稻米>稻壳;水稻各部分与稻米之间Cd的转移系数大小多表现为试验B组头季>试验A组头季>试验B组再生季>试验A组再生季,头季水稻植株Cd迁移率均大于再生季。(3)生物炭钝化试验结果表明:向土壤中施加不同质量比(1%、3%、5%)生物炭后,与对照组相比,均显著(p<0.05)提高了水稻头季与再生季土壤p H值、有机质含量、阳离子交换量(CEC),并且随施加生物炭比例的增大,提升效果越明显;头季土壤有效态Cd含量分别降低了2.64%、4.29%、7.92%,再生季土壤有效态Cd含量分别降低了3.29%、7.00%、9.05%;与对照组相比,土壤施加1%、3%和5%生物炭后,头季稻米Cd含量分别降低了7.3%、5.8%、9.1%,而再生季在施加1%、3%、5%生物炭后,稻米Cd含量变化均不显著。土壤中施加生物炭显著提高水稻株高及产量,其中在添加5%比例生物炭后,与对照组相比水稻头季株高增长15%,产量增长37.2%;再生季株高增长15.9%,产量增长79.9%。综合分析,施加质量分数5%的生物炭对土壤Cd有效性及水稻稻米Cd含量的阻控修复效果最优。
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