目前,我国黄淮海地区部分石灰性土壤面临着严重的镉(Cd)污染问题,从而造成了小麦Cd超标现象。土壤中的Cd易被小麦根系活化进而被吸收,再通过食物链进入人体,危害人体健康,因此如何降低小麦Cd积累成为当前的研究热点。生理阻隔技术是一种有效的作物降Cd技术,但对于石灰性土壤小麦的研究较少,一定程度上限制了 Cd污染石灰性土壤的安全利用。本研究通过叶面喷施的方式筛选了具有降Cd效果的生理阻隔材料,并采用盆栽和大田实验比较了不同的生理阻隔剂降Cd的效果并分析了其根际Cd活化机制,主要结果如下:(1)采用盆栽实验,比较了 8种生理阻隔材料对小麦幼苗生长、Cd含量和微量元素含量的影响。结果表明,Fe、Mg、Mn处理均可增加小麦生物量,其中Fe处理效果最佳;Mn和Mg处理对小麦Cd积累抑制效果较好,使地上部Cd含量分别降低了 20.6%和15.2%;Zn和Se处理则降低了小麦中Fe含量。因此认为,叶面喷施Mn和Mg对小麦Cd含量的抑制效果最佳,且未对小麦吸收微量元素造成影响,有望成为理想的小麦生理阻隔剂。(2)以前期筛选(Fe、Mn、Zn、Mg)和市售(硅钾材料、有机硅材料)的6种生理阻隔材料为供试材料,采用大田实验,研究对大田小麦产量和籽粒Cd含量的影响。结果发现,叶面喷施硅钾材料的增产效果最好(较对照提高35.67%),产量达1065.00 g/m2,其次为有机硅处理和Fe处理;叶面喷施硅钾材料对小麦籽粒Cd积累抑制效果最佳(较对照下降48.00%),使籽粒Cd含量降为0.0585 mg/kg,其次为Mn处理、Zn处理、Fe处理和有机硅处理;叶面喷施Mg对小麦茎秆Cd含量抑制效果最佳(较对照下降45.09%),使Cd含量降至0.3637 mg/kg,其次为Mn处理、有机硅处理和硅钾处理;叶面喷施Mn对小麦根系Cd含量抑制效果最佳(较对照下降50.00%),达1.89 mg/kg,其次为Mg处理、Fe处理、硅钾处理和Zn处理。因此认为叶面喷施Mn和硅钾材料可有效降低小麦籽粒Cd含量,有望发展成为理想的小麦生理阻隔剂。(3)为了进一步开发具有降Cd和增产双重功能的叶面阻隔剂,进一步研究了锰磷材料对小麦植株Cd含量和生物量的影响,并对其根际Cd活化机制进行了分析。结果表明,Mn、P单施或混施均能够显著提高小麦生物量,降低小麦地上部Cd含量,并能有效抑制小麦中Cd的向上运输,同时还发现所有处理均未显著影响小麦根际pH,但降低了根际土壤的有效Cd含量。由此可见,叶面喷施锰磷材料可能是通过降低根际有效Cd含量,从而抑制了小麦对Cd的积累。通过高通量测序分析了不同处理根际微生物群落结构,结果发现,Mn处理使shannon指数较对照上升,P处理使shannon指数较对照下降。在门水平上,Mn处理提高了酸杆菌门(Acidobacteria)丰度,P处理提高了酸杆菌门(Acidobacteria)和拟杆菌门(Bacteroidetes)丰度;在属水平上,M处理和P处理提高了节杆菌属(Arthrobacter)丰度。由于节杆菌属(Arthrobacter)具有土壤Cd钝化功能,因此推测由叶面施Mn和P介导的根际微生物群落结构的变化,尤其是节杆菌属(Arthrobacter)丰度的增加,可能是降低小麦根际土壤有效Cd含量,从而降低小麦Cd积累的重要原因之一。