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我国耕地重金属污染问题日益突出，尤其是农田土壤镉(Cd)污染已经成为农产品安全生产的巨大威胁。依据《土壤污染防治行动计划》(简称土十条)，针对轻中度Cd污染农田土壤的安全利用已成为当前国家的重大需求。本研究通过室内盆栽与田间试验相结合的方法，以轻中度Cd污染农田土壤为研究对象，开展水稻不同生长时期淹水灌溉对实际Cd污染土壤上水稻Cd累积转运的影响研究，以期探明降低水稻Cd累积的淹水关键时期及其影响机理。首先通过盆栽预试验初筛影响水稻Cd累积转运关键淹水时期的大致范围，然后细分关键淹水时期，设置对照(CK)、全生育期淹水(YS)、分蘖~拔节期淹水(FB)、抽穗期淹水(CS)、灌浆~成熟期(GC)淹水5个处理进行温室盆栽试验，探索不同时期淹水对水稻Cd累积转运的影响及其机理；同时通过田间小区试验，进一步验证前期盆栽筛选的关键淹水时期对水稻降Cd的效果。主要研究结果如下：
(1)盆栽预试验和不同时期淹水的盆栽试验研究结果表明，淹水措施能够促进Fe2+、Mn2+与Cd2+在根表的竞争从而有效降低水稻根表Cd含量，且具有一定的滞后性。盆栽试验和田间试验均表明，在水稻灌浆结实期降低根表Cd含量对减少籽粒Cd累积具有重要作用。
(2)盆栽预试验研究结果表明，淹水措施通过降低土壤有效Cd和根表Cd含量以及促进根表铁膜生成，从而有效减少水稻籽粒Cd积累。水稻分蘖~乳熟期淹水处理的成熟期籽粒Cd累积量仅为0.0694-0.1157mg/kg，对比乳熟期后~收获淹水处理平均显著降低了81.81%，分蘖~乳熟期是降低水稻籽粒Cd累积的关键淹水时期。淹水措施对成熟期籽粒Cd的总降低效果不受淹水层深度影响。
(3)水稻不同时期淹水盆栽试验研究结果进一步表明，水稻关键时期淹水措施通过降低根表Cd含量和抑制Cd从茎向籽粒的转运，从而有效减少籽粒Cd的累积。不同土壤中的水稻降Cd关键淹水时期有所不同，淡涂粘田中是抽穗期(相比CK处理水稻籽粒Cd含量下降了49.99%)，而在洪积泥砂田中是分蘖~拔节期和抽穗期(相比CK处理水稻籽粒Cd含量分别下降了50.52%和44.85%)。2种土壤在分蘖~拔节期淹水产生差异的主要原因是分蘖期淹水促进水稻根表铁膜大量生成，而铁膜抑制了洪积泥砂田土壤中Cd向水稻籽粒转运累积，但对淡涂粘田土壤却没有抑制作用；且分蘖~拔节期淹水在灌浆期减少了洪积泥砂田中水稻根表Cd含量，但相应增加淡涂粘田中水稻根表Cd含量。此外，水稻不同生育期淹水能够降低土壤Eh，增加土壤pH以及DGT-Fe(Fe2+)、DGT-Mn(Mn2+)、DGT-P(PO43-)和DGT-S(S2-)含量，其中洪积泥砂田的pH值增幅大于淡涂粘田。
(4)关键时期淹水管理对水稻降Cd影响的田间验证试验研究结果表明，全生育期淹水和灌浆~成熟期淹水措施均通过降低灌浆期和成熟期的根表Cd含量，从而有效降低了水稻籽粒Cd的累积。其中灌浆~成熟期是水稻淹水降Cd的关键时期，该处理中甬优538和甬优17水稻的籽粒Cd含量分别相比常规灌溉显著降低了49.39%和74.89%，相比甬优538，淹水处理对甬优17水稻降Cd效果更加显著。分蘖~拔节期和抽穗期淹水对不同品种水稻的籽粒Cd累积影响也有所不同，对于甬优538，分蘖~拔节期淹水会促进籽粒Cd吸收(相比常规灌溉增加了36.94%)，但是抽穗期淹水的影响不大；对于甬优17，抽穗期淹水也能一定程度降低水稻籽粒Cd积累(相比常规灌溉降低30.32%)，而分蘖~拔节期淹水的影响不大。此外，在保证苗期和分蘖初期浅水灌溉的基础上，不同时期淹水不会对水稻产量产生显著影响。
综上所述，水稻降Cd的关键淹水时期及其降Cd效果受到土壤类型、土壤基本理化性质、水稻品种和实际气象环境条件等因素影响。在室内盆栽试验中，水稻抽穗期是较为稳定的淹水降Cd关键期；但到实际田间试验，灌浆~成熟期是水稻淹水降Cd的关键期。
(1)盆栽预试验和不同时期淹水的盆栽试验研究结果表明，淹水措施能够促进Fe2+、Mn2+与Cd2+在根表的竞争从而有效降低水稻根表Cd含量，且具有一定的滞后性。盆栽试验和田间试验均表明，在水稻灌浆结实期降低根表Cd含量对减少籽粒Cd累积具有重要作用。
(2)盆栽预试验研究结果表明，淹水措施通过降低土壤有效Cd和根表Cd含量以及促进根表铁膜生成，从而有效减少水稻籽粒Cd积累。水稻分蘖~乳熟期淹水处理的成熟期籽粒Cd累积量仅为0.0694-0.1157mg/kg，对比乳熟期后~收获淹水处理平均显著降低了81.81%，分蘖~乳熟期是降低水稻籽粒Cd累积的关键淹水时期。淹水措施对成熟期籽粒Cd的总降低效果不受淹水层深度影响。
(3)水稻不同时期淹水盆栽试验研究结果进一步表明，水稻关键时期淹水措施通过降低根表Cd含量和抑制Cd从茎向籽粒的转运，从而有效减少籽粒Cd的累积。不同土壤中的水稻降Cd关键淹水时期有所不同，淡涂粘田中是抽穗期(相比CK处理水稻籽粒Cd含量下降了49.99%)，而在洪积泥砂田中是分蘖~拔节期和抽穗期(相比CK处理水稻籽粒Cd含量分别下降了50.52%和44.85%)。2种土壤在分蘖~拔节期淹水产生差异的主要原因是分蘖期淹水促进水稻根表铁膜大量生成，而铁膜抑制了洪积泥砂田土壤中Cd向水稻籽粒转运累积，但对淡涂粘田土壤却没有抑制作用；且分蘖~拔节期淹水在灌浆期减少了洪积泥砂田中水稻根表Cd含量，但相应增加淡涂粘田中水稻根表Cd含量。此外，水稻不同生育期淹水能够降低土壤Eh，增加土壤pH以及DGT-Fe(Fe2+)、DGT-Mn(Mn2+)、DGT-P(PO43-)和DGT-S(S2-)含量，其中洪积泥砂田的pH值增幅大于淡涂粘田。
(4)关键时期淹水管理对水稻降Cd影响的田间验证试验研究结果表明，全生育期淹水和灌浆~成熟期淹水措施均通过降低灌浆期和成熟期的根表Cd含量，从而有效降低了水稻籽粒Cd的累积。其中灌浆~成熟期是水稻淹水降Cd的关键时期，该处理中甬优538和甬优17水稻的籽粒Cd含量分别相比常规灌溉显著降低了49.39%和74.89%，相比甬优538，淹水处理对甬优17水稻降Cd效果更加显著。分蘖~拔节期和抽穗期淹水对不同品种水稻的籽粒Cd累积影响也有所不同，对于甬优538，分蘖~拔节期淹水会促进籽粒Cd吸收(相比常规灌溉增加了36.94%)，但是抽穗期淹水的影响不大；对于甬优17，抽穗期淹水也能一定程度降低水稻籽粒Cd积累(相比常规灌溉降低30.32%)，而分蘖~拔节期淹水的影响不大。此外，在保证苗期和分蘖初期浅水灌溉的基础上，不同时期淹水不会对水稻产量产生显著影响。
综上所述，水稻降Cd的关键淹水时期及其降Cd效果受到土壤类型、土壤基本理化性质、水稻品种和实际气象环境条件等因素影响。在室内盆栽试验中，水稻抽穗期是较为稳定的淹水降Cd关键期；但到实际田间试验，灌浆~成熟期是水稻淹水降Cd的关键期。