小麦-玉米栽培体系酸性棕壤镉污染修复技术研究

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随着现代工农业的飞速发展,农田土壤特别是酸性土壤(镉生物有效性较高)镉污染导致的农产品安全生产问题日益突出。尽管土壤镉污染修复技术及相关产品已有众多研究,但是诸多研究结果从实验室走向大田应用仍需要大量的试验验证。本文以酸性镉污染棕壤的粮食安全生产为目标,以典型的小麦-玉米大田栽培体系为主体,通过筛选镉低累积小麦品种并喷施叶面阻隔剂,同时在玉米季施用土壤镉钝化剂的技术组合模式,研究了不同叶面阻隔剂及土壤镉钝化剂在降低小麦、玉米籽粒镉累积及土壤镉形态转化中的作用,筛选出小麦-玉米体系中酸性棕壤镉污染的最佳处理方案,为酸性镉污染农田“边生产边修复”的综合防治技术模式提供技术参考与数据支撑。主要研究结果如下:1.不同小麦品种的镉积累特性差异显著。山东某酸性镉污染棕壤(土壤镉含量为0.34 mg/kg)大田试验中,供试的20个当地主推小麦品种的籽粒镉含量范围为0.013~0.116 mg/kg,其中济麦55和济糯116的籽粒镉含量最低,均为0.013 mg/kg,具有稳定的低镉积累特性,可作为当地镉污染土壤的推荐种植品种。2.小麦季不同叶面阻隔剂处理均能够显著降低小麦籽粒镉含量、小麦籽粒对镉的富集系数以及镉由小麦秸秆至籽粒的转运系数。酸性镉污染棕壤上(土壤镉含量0.55mg/kg),在小麦拔节期、扬花期、灌浆期喷施7种叶面阻隔剂,除含壳寡糖和三七皂苷的叶面阻隔剂处理外,其余6种叶面阻隔剂处理后的小麦籽粒镉含量均小于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)中规定的小麦中镉的限量值0.1 mg/kg。其中含硅、硒配方3的叶面阻隔剂效果最好,处理后的小麦籽粒镉含量为0.069 mg/kg,小麦籽粒对镉的富集系数为0.126,镉由小麦秸秆至籽粒的转运系数为0.261;分别比不施用阻隔剂的对照处理降低56.88%、59.11%、41.34%。3.玉米季不同土壤镉钝化剂处理能够显著降低玉米植株镉含量、玉米籽粒、秸秆、根系对镉的富集系数和镉由玉米秸秆至籽粒的转运系数。在施入钝化剂当季和后续第2玉米季,7种钝化剂处理后的玉米籽粒镉含量均小于《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)标准中规定的玉米中镉的限量值0.1 mg/kg。当季玉米上含豌豆渣的钝化剂效果最好,处理后的玉米籽粒镉含量为0.044 mg/kg,玉米籽粒对镉的富集系数为0.079,镉由玉米秸秆至籽粒的转运系数为0.303;分别比不施用钝化剂的对照处理降低61.06%、61.65%、32.06%。后续第2玉米季上含腐植酸、凹凸棒粉的钝化剂效果最好,处理后的玉米籽粒镉含量为0.055 mg/kg,玉米籽粒对镉的富集系数为0.103,镉由玉米秸秆至籽粒转运系数为0.333;分别比不施用钝化剂的对照处理降低56.69%、55.60%、30.91%。4.玉米季不同土壤镉钝化剂处理均能够显著降低土壤酸溶态镉的占比,从而降低了土壤镉的有效性。酸性镉污染棕壤上(土壤镉含量为0.55 mg/kg),在玉米播种前与复合肥一起撒施7种土壤镉钝化剂,当季土壤酸溶态镉占比比不施用钝化剂的对照处理降低20.59%~44.12%,其中含豌豆渣的钝化剂效果最好,处理后的酸溶态镉占比为19%;后续第2季玉米土壤酸溶态镉占比比不施用钝化剂的对照处理降低17.64%~30.30%,其中含腐植酸、凹凸棒粉的钝化剂效果最好,处理后的酸溶态镉占比为23%。5.镉含量为0.55 mg/kg的酸性棕壤中,小麦和玉米的籽粒镉含量分别达到0.160mg/kg和0.113 mg/kg,均超过了《食品安全国家标准食品中污染物限量》(GB 2762-2017)标准中规定的镉含量安全限值0.1 mg/kg,具有明显的粮食安全生产风险。选择小麦季施用含硅、硒配方3的叶面阻隔剂与玉米季施用含腐植酸、凹凸棒粉的土壤镉钝化剂的综合修复模式,能够保障在此酸性镉污染棕壤上进行小麦-玉米生产的安全。
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