喀斯特地区土壤-水稻系统中Cd的富集特征及施肥的调控效应

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罗甸县北部拥有大面积典型的喀斯特地貌,且属于贵州省的高镉(Cd)区,在这种具有高Cd地质背景的土壤中种植作物,极可能造成作物中Cd的富集,严重影响区域农产品安全,威胁人体的健康。本文针对喀斯特地区农田土壤重金属土壤Cd污染产生的环境问题,以贵州省罗甸县北部各乡镇的水稻种植区为研究对象,通过野外调查及样品分析,探讨喀斯特地区水稻土中Cd的空间分布特点及水稻对Cd的吸收特征;同时选取研究区高Cd农田进行田间试验,研究施用化肥、菜籽饼肥、硅钙镁肥和牛粪对水稻吸收Cd的影响,并探讨Cd在土壤-水稻系统中的迁移富集特征。主要研究结果如下:(1)喀斯特地区土壤富集的Cd总体上高于非喀斯特地区,Cd平均值分别为1.1 mg·kg-1和0.6 mg·kg-1。不同土地利用方式下土壤Cd含量特征为林地土壤>水稻土>旱地土壤,其中喀斯特地区土壤中Cd超标率依次为94%、75%和64%。水稻土中Cd元素显著富集于表层土壤中,Cd主要来源于成土母质。此外,研究区水稻土Cd含量在1.17mg·kg-1以上的样点主要分布喀斯特区域,在1.17mg·kg-1以下的样点主要分布于非喀斯特区域。喀斯特地区水稻土中存在着较强的Cd污染风险,以栗木乡西北部和木引镇西南部的污染风险最高。(2)喀斯特地区不同利用方式下土壤Cd形态含量分布特征为可还原态Cd>可交换态Cd>残余态Cd>可氧化态Cd;林地土壤、水稻土和旱地土壤中可交换态Cd占总Cd含量的比例分别为37.75%、19.54%和43.70%。此外,水稻籽粒Cd含量平均值为0.102mg·kg-1,超标率为26%,相应的水稻土Cd含量平均值为4.29 mg·kg-1。水稻籽粒Cd含量和水稻土可交换态Cd含量较高的地区均为董当乡西部和栗木乡东南部,其含量分布均与水稻土总Cd含量分布不一致。籽粒Cd累积量与对应的水稻土中可交换态Cd含量呈极显著的正相关性(P<0.01),与全量Cd呈正相关关系,但均未达到显著水平(P>0.05)。说明水稻籽粒Cd含量与全量Cd并没有直接关系,而是与可交换态Cd相关。(3)研究区从未种植水稻到水稻成熟期土壤DTPA-Cd呈现先降低,后升高的趋势,变化范围为9.01~15.62%,与p H的变化趋势相反,DTPA-Cd含量直接受到p H大小的影响。水稻各部位Cd含量满足根>茎叶>糙米,且各部位Cd含量均与土壤有效态Cd和可交换态Cd呈显著正相关(P<0.05),水稻根部对Cd的累积量远远大于茎叶和籽粒的Cd含量。(4)利用不同施肥方式对高Cd含量的水稻土进行处理,总体上来看,拔节期和成熟期的土壤Cd含量高于分蘖期和灌浆期。与对照CK相比,六种施肥方式均提高了土壤p H,降低土壤有效态Cd含量,但表现均不显著(P>0.05),其中施用硅钙镁肥、牛粪降低土壤中有效态Cd的效果相对较好。施用牛粪后糙米Cd含量为0.186 mg·kg-1低于食品安全限量标准(0.2 mg·kg-1);添加硅钙镁肥的施肥方式虽能显著降低糙米中的Cd含量(P<0.05),可降至0.246 mg·kg-1,但是仍超标;而配施菜籽饼肥和化肥显著增加了糙米Cd含量(P<0.05),增至0.546 mg·kg-1。结果显示,不同施肥方式对稻米的降Cd效果依次为MN>MOS>MS>O>M>MO,而在水稻的成熟期间对Cd的阻控效果优于其他生育期。
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