紫云英還田配施石灰對水稻鎘吸收轉運的影響

肖 敏,范晶晶,王華靜,許 超**,張 泉,陳心勝,朱捍華,朱奇宏,黃道友

紫云英還田配施石灰對水稻鎘吸收轉運的影響

肖 敏1,2,范晶晶2,王華靜1*,許 超2**,張 泉2,陳心勝2,朱捍華2,朱奇宏2,黃道友2

(1.四川師范大學地理與資源科學學院,四川 成都 610066；2.中國科學院亞熱帶農業生態研究所,亞熱帶農業生態過程重點實驗室,中國科學院長沙農業環境觀測研究站,湖南 長沙 410125)

采用田間小區試驗,研究了紫云英(CMV)與石灰(L)單施及兩者配施(CMVL)對土壤Cd有效性、水稻根表膠膜及Cd吸收轉運的影響.結果表明:L與CMVL處理土壤pH值分別顯著提高2.11～2.43和1.68～2.48個單位、二乙烯三胺五乙酸提取態(DTPA-Cd)含量分別顯著降低18.88%～40.53%和20.74%～36.85%,而CMV處理對其無顯著影響.CMV處理水稻成熟期根表膠膜Cd吸附量(DCB-Cd)顯著提高86.72%,根Cd吸收顯著增加124.27%,Cd由葉向米的轉運系數提高5.58倍,稻米Cd含量顯著增加58.54%. L和CMVL處理成熟期DCB-Cd含量分別顯著降低34.86%和42.42%,Cd由根表膠膜向根的轉運系統分別顯著提高170.6%和158.8%、Cd由根向莖的轉運系數分別顯著降低75.87%和74.71%、Cd由根向米的轉運系數分別顯著降低74.38%和68.13%,稻米Cd含量分別顯著降低54.88%和51.83%.土壤pH值、DTPA-Cd和DCB-Cd含量是影響稻米Cd含量的主要因素.在鎘污染稻田施用紫云英時,建議配施石灰可達到顯著降低稻米Cd的效果.

紫云英；石灰；水稻；鎘；根表鐵膜；吸收轉運

近幾十年來隨著重金屬采礦、冶煉行業的發展,“工業三廢”以及含重金屬的農業化學品施用量的增多,造成水稻土重金屬污染日益嚴重,并在作物可食部位中積累和通過食物鏈傳遞,威脅著人類健康[1-2].Cd是我國南方稻田最主要的污染物,水稻是中國乃至全世界最重要的糧食作物,具有較強的Cd吸收積累特性.在Cd污染稻田種植水稻所產生的稻米Cd含量容易超出國家食品安全標準[3](米Cd 0.2mg/kg),食用稻米是我國人群Cd攝入的主要來源[1].因此,開展Cd污染稻田土壤治理與水稻Cd吸收積累控制研究,對于保障稻米安全具有十分重要的意義.

施用有機物料是調控稻田土壤Cd有效性及水稻Cd吸收的一項重要的農藝措施[4-6].綠肥作為清潔的有機物料,是南方地區當前大力發展的一種提升耕地質量和改善稻田生態環境的肥料,其中紫云英使用面積最廣.一些研究表明,施用紫云英顯著降低了水稻Cd有效性,抑制水稻根系對Cd的吸收和籽粒中Cd積累[5,7-8];另一些研究表明,與單施化肥處理相比,紫云英施用提高了稻田土壤Cd活性[9].紫云英中的有機氮礦化,釋放體內灰化堿,消耗質子提高土壤pH值,增強土壤對Cd2+的吸附[10];紫云英施用產生的溶解性有機物和富里酸/腐殖酸與Cd鰲合或絡合,從而改變其賦存形態[8];此外,可為土壤微生物提供碳源,增強土壤酶活性以及鐵錳氧化物還原過程,促進根表鐵膜形成[11-12],進而影響土壤Cd活性.因此,紫云英施用對土壤Cd活性的影響無明確的結論,田間條件下紫云英施用對土壤-水稻系統Cd遷移規律仍需深入研究.

石灰施用是降低酸性土壤Cd有效性和抑制水稻Cd吸收的重要農藝措施[13-14].施用石灰能夠顯著降低早、晚稻米Cd含量均值,降幅分別為31.0%和28.6%[15].石灰降低稻米Cd含量的機制主要為:(1)提高土壤pH值,改變了土壤中鐵還原菌的組成及多樣性,降低土壤有效態Cd含量,從而降低水稻根系對Cd的吸收[11,13];(2)提高水稻莖稈中Ca含量,抑制Cd由根系向莖稈的轉移[16].與單施有機物料相比,有機物料配施石灰可降低稻田土壤Cd有效性和稻米Cd含量,有利于水稻安全生產和土壤質量的維持[17-20].然而,目前對于紫云英還田下配施石灰對土壤-水稻系統Cd遷移轉運的影響研究較少,且研究多采用盆栽試驗,而大田條件下紫云英還田配施石灰的研究相對較少.

因此,本研究選取湘東地區典型酸性Cd污染水稻土為研究對象,采用田間小區試驗,研究紫云英與石灰單施及兩者配施對土壤Cd有效性、水稻根表鐵膜的形成以及水稻Cd吸收轉運的影響,以期為該區域稻米的安全生產與綠肥培肥提供理論與實踐參考.

1 材料與方法

1.1 供試材料

田間試驗位于湖南省長沙縣北山鎮某Cd污染稻田,土壤類型為花崗巖發育的麻沙泥.供試水稻品種為株兩優189(兩系雜交早稻),由湖南希望種業有限公司提供.紫云英取自長沙縣北山鎮,生石灰購自當地農資市場.供試土壤、紫云英和石灰的基本理化性質見表1.

表1 供試材料基本性質

注:“-”表示無數據.

1.2 試驗設計

共設置4個處理:(1)對照(CK),不施用紫云英和石灰;(2)紫云英處理(CMV)——施用0.4kg/m2的紫云英(干重);(3)石灰處理(L)——施用石灰0.45kg/m2;(4)紫云英配施石灰處理(CMVL)——施用0.4kg/m2的紫云英(干重)+石灰0.45kg/m2.各處理氮磷鉀施用量保持一致,分別為N 18g/m2、P2O59g/m2、K2O 18g/m2,各處理氮、磷、鉀含量通過尿素、過磷酸鈣和氯化鉀,調節成一致.每個處理3個重復,小區面積為24m2,隨機區組排列.水稻移栽前1周施入紫云英和石灰,移栽前1d施入化學氮磷鉀肥.水稻植株行間距為0.2m′0.2m,每兜3株.水稻的耕作管理與當地農民的耕作管理保持一致.2019年4月11日施紫云英和石灰,4月18日施肥,4月19日移栽秧苗,7月11日水稻成熟收獲并測產.

1.3 樣品采集與處理

分別在抽穗期(6月12日)、成熟期(7月11日)采集各小區長勢均勻的6株代表性植株樣,先用自來水洗凈后再用去離子水清洗.抽穗期的植株樣品分為根和地上部,成熟期的植株樣品分為根、莖、葉和稻谷,根提取根表膠膜后與莖、葉和稻谷一起于105℃下殺青30min,70℃烘干至恒重.水稻各器官樣品用不銹鋼粉碎機(FW-80,北京市永光明醫療儀器有限公司)粉碎后裝袋備用.

在采集水稻的同時,采集各小區表層(0～20cm)土壤樣品,剔除雜物后混合均勻,樣品室內自然風干后過20和100目尼龍篩后保存至封口塑料袋中備用.

1.4 測定指標及方法

紫云英pH值采用上海雷茲pH計(pHs-3C)測定,物水比為1:10(:);紫云英有機質含量測定采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定;紫云英用硫酸-過氧化氫消煮法消解后,全氮含量用凱氏定氮法測定,全磷含量用釩鉬黃比色法測定,全鉀含量用火焰光度法測定[21].

土壤pH值采用pHs-3C 酸度計(上海雷茲)測定,土水比為1:2.5(:);有機質含量采用重鉻酸鉀容量-外加熱法測定[22];土壤用H2SO4-H2O2消解后,全N含量用凱氏定氮法測定,全P含量用鉬銻抗比色法測定,全K含量用火焰光度法測定[22].土壤有效態Cd和Fe用DTPA[土水比1:2.5(:)]提取2h后過濾[23],土壤Cd全量用王水-高氯酸消解法消解[22],定容過濾,用電感耦合等離子光譜發生儀(ICP-OES 5110,美國安捷倫)測定濾液中Cd和Fe含量.

水稻根表膠膜Fe、Mn和Cd采用連二亞硫酸鈉-檸檬酸-碳酸氫鈉(DCB)提取[24],用ICP-OES(美國安捷倫)測定濾液中根表膠膜Fe(DCB-Fe)、Mn(DCB-Mn)和Cd(DCB-Cd)含量.

水稻植株樣品Cd含量測定采用混合酸溶液(HNO3:H2O2,體積比為8:1)微波消解法消解[25]濾液用ICP-OES(美國安捷倫)測定Cd含量.

1.5 數據處理與分析

用Excel 2010軟件進行試驗數據的處理和作圖,統計軟件 SPSS 21.0對試驗數據進行多重比較和LSD顯著性檢驗,Pearson法進行相關性分析.

鎘轉運系數(TF)[26]=水稻上一部位Cd含量/水稻下一部位Cd含量.具體為:TF根/根表膠膜=根內Cd含量/根表膠膜 Cd含量,TF莖/根=莖Cd含量/根內Cd含量,TF葉/根=葉Cd含量/根內Cd含量,TF米/根=稻米Cd含量/根內Cd含量,TF米/莖=稻米Cd含量/莖Cd含量,TF米/葉=稻米Cd含量/葉Cd含量.

2 結果與分析

2.1 土壤pH值、DTPA-Fe與DTPA-Cd含量動態

施用石灰顯著提高了水稻土壤pH值.與CK相比,L處理抽穗期和成熟期土壤pH值分別顯著提高了2.43, 2.11個單位,CMVL處理2個時期分別顯著提高2.48, 1.68個單位;與CMV處理相比,CMVL處理2個時期分別顯著提高2.52, 1.79個單位(圖1).可見,石灰單施和石灰與紫云英配施均顯著提高了土壤pH值.

圖1 土壤pH值和DTPA-Fe、DTPA-Cd含量動態

同一時期處理間不同字母表示差異顯著(<0.05)

施用石灰顯著降低了抽穗期水稻土壤Fe有效性.L和CMVL處理與CK處理相比,抽穗期土壤DTPA-Fe含量分別顯著降低74.51%和71.70%(圖1).石灰單施和石灰與紫云英配施均顯著降低水稻抽穗期土壤Fe有效性.施用石灰顯著降低了水稻土壤Cd有效性.與CK處理相比,L處理土壤DTPA-Cd含量在抽穗期和成熟期分別顯著降低40.53%和18.88%(<0.05),CMVL處理2個時期分別顯著降低36.85%和20.74%(<0.05)(圖1).CMVL處理DTPA- Cd含量較CMV處理在2個時期分別降低28.11% (<0.05)和14.27%(圖1).可見,石灰單施和石灰與紫云英配施均顯著降低了土壤DTPA-Cd含量,但降低效應成熟期低于抽穗期.

2.2 水稻DCB-Fe、DCB-Mn和DCB-Cd含量動態

紫云英與石灰單施及兩者配施均顯著抑制了水稻抽穗期根表膠膜形成及其對Cd的固定,而對成熟期根表膠膜形成及其對Cd固定的影響因處理不同存在差異.與CK相比,CMV、L和CMVL處理抽穗期水稻DCB-Fe含量分別顯著降低23.84%、48.32%和33.39%(<0.05);CMV和CMVL處理成熟期DCB-Fe含量分別提高35.45%(<0.05)和21.71% (圖2).CMVL處理DCB-Fe含量在2個生育期較CMV處理有所降低.與CK相比,CMV、L和CMVL處理抽穗期DCB-Cd含量分別顯著降低20.95%、76.37%和67.20%,CMV處理成熟期DCB-Cd含量顯著提高86.72%, L和CMVL處理成熟期DCB-Cd含量分別降低34.86%和42.42%(圖2).與CMV相比, CMVL處理DCB-Cd含量2個生育期分別顯著降低58.52%和69.16%(圖2).可見,紫云英單施抑制了水稻抽穗期根表膠膜的形成,降低根表膠膜對Cd的固定,促進了水稻成熟期根表膠膜的形成,提高根表膠膜對Cd的固定;石灰單施和石灰與紫云英配施抑制了水稻抽穗期根表膠膜的形成,降低根表膠膜對Cd的固定;紫云英配施石灰水稻抽穗期和成熟期根表膠膜對Cd的固定較紫云英單施顯著降低.

圖2 水稻DCB-Fe、DCB-Mn和DCB-Cd含量動態

同一時期處理間不同字母表示差異顯著(<0.05)

2.3 水稻各部位鎘含量動態

紫云英和石灰單施以及兩者配施對水稻各部位Cd含量的影響因生育期不同而存在差異.與CK相比,CMV處理抽穗期根Cd和地上部Cd含量分別顯著提高111.46%和56.65%,L處理抽穗期根Cd和地上部Cd含量分別顯著降低37.50%和73.79%, CMVL處理抽穗期地上部Cd含量顯著降低65.73% (表2).CMVL處理抽穗期根Cd和地上部Cd含量較CMV處理分別顯著降低49.75%和78.12%(表2).與CK相比,CMV處理成熟期根Cd、莖Cd和米Cd含量分別顯著提高124.27%、117.05%和58.54%;L處理成熟期根Cd含量顯著提高77.67%,而莖Cd、葉Cd和米Cd含量分別顯著降低57.24%、57.60%和54.88%;CMVL處理成熟期根Cd含量顯著提高50.49%,而莖Cd、葉Cd和米Cd含量分別顯著降低61.79%、66.40%和51.83%(表2).CMVL處理成熟期根Cd、莖Cd和米Cd含量較CMV處理分別顯著降低32.90%、82.40%和69.62%(表2).可見,紫云英單施促進了水稻根對Cd的吸收和稻米中Cd的積累,石灰單施和石灰與紫云英配施促進了水稻根對Cd的吸收,但降低稻米中Cd積累.

2.4 水稻不同生育期鎘轉運系數

紫云英和石灰單施及紫云英與石灰配施均顯著降低水稻抽穗期Cd由根向地上部(TF地上部/根)的轉運、而提高Cd由根表膠膜向根(TF根/根表膠膜)的轉運. CMV、L和CMVL處理抽穗期Cd的TF根/根表膠膜較CK分別顯著提高183.3%、183.3%和233.3%(< 0.05),3個處理抽穗期Cd的TF地上部/根較CK分別顯著降低25.96%、58.08%和68.08%(<0.05),CMVL處理抽穗期Cd的TF地上部/根較CMV顯著降低56.88%(表3).紫云英和石灰單施以及兩者配施均降低水稻成熟期Cd由根向莖(TF莖/根)和Cd由根向米(TF米/根)的轉運,而提高了Cd由根表膠膜向根(TF根/根表膠膜)和葉向米(TF米/葉)的轉運.與CK相比,CMV、L和CMVL處理Cd的TF根/根表膠膜分別提高17.65%、170.6%(<0.05)和158.8%(<0.05),Cd的TF莖/根分別降低4.22%、75.87%(<0.05)和74.71%(<0.05),Cd的TF米/根分別顯著降低30.00%、74.38%和68.13% (表3).與CK相比,CMV處理Cd由莖向米(TF米/莖)轉運系數顯著降低26.09%、CMVL處理Cd的TF米/莖顯著提高26.09%,CMV處理Cd由葉向米(TF米/葉)轉運系數提高5.58倍.與CMV相比,CMVL處理成熟期Cd的TF莖/根、TF米/根和TF米/葉分別顯著降低73.60%、54.46%和78.34%,而TF根/根表膠膜和TF米/莖顯著提高120.0%和70.59%(表3).綜上,CMV、L及CMVL均抑制了抽穗期Cd從根向地上部的轉運和成熟期Cd從根向莖、根向米的轉運,而促進了Cd從兩個生育期根表膠膜向根的轉運.紫云英和石灰配施比紫云英單施Cd的TF莖/根、TF米/根和TF米/葉顯著降低,而Cd的TF根/根表膠膜和TF米/莖顯著提高.

表2 不同生育期水稻各部位Cd含量(mg/kg)

注:同列不同字母表示處理間差異顯著(<0.05).

表3 不同生育期水稻Cd轉運系數

注:同列不同字母表示處理間差異顯著(<0.05).

2.5 水稻根表膠膜鐵錳鎘含量和土壤pH值、有效鐵鎘含量間的相關性

抽穗期和成熟期土壤pH值與相應時期土壤DTPA-Cd與DTPA-Fe含量均極顯著負相關(< 0.01),DTPA-Cd與DTPA-Fe含量間極顯著正相關(<0.01)(表4),說明土壤pH值是影響土壤Cd和Fe有效性的主要因素.抽穗期DCB-Fe與DTPA-Fe、DTPA-Cd均極顯著正相關(<0.01),與土壤pH值極顯著負相關(<0.01);DCB-Cd與DCB-Fe、DTPA-Fe和DTPA-Cd均極顯著正相關(<0.01),與土壤pH值極顯著負相關(<0.01)(表4).成熟期DCB-Cd含量與土壤pH值極顯著負相關(<0.01).

2.6 水稻各器官鎘含量與根表膠膜鎘含量和土壤有效鎘含量間的相關性

抽穗期地上部Cd含量與根Cd、DCB-Cd和DTPA-Cd含量均顯著正相關(<0.05)(表5).成熟期米Cd含量與莖Cd和DCB-Cd含量顯著正相關(<0.05),莖Cd含量與DCB-Cd含量也顯著正相關(<0.05)(表5),表明成熟期根表膠膜Cd含量是影響稻米Cd含量的關鍵因素.

3 討論

有機物料和石灰的添加通過改變土壤pH值等理化性質、進而影響土壤Cd有效性[27-28].生石灰進入稻田土壤與水結合生成大量的OH-可以中和土壤中的活性酸和潛性酸,提高土壤pH值[29].與CK處理相比,L和CMVL處理DTPA-Cd含量顯著降低,水稻抽穗期和成熟期土壤DTPA-Cd含量與pH值均顯著負相關,表明施用石灰提高土壤pH值是導致土壤DTPA-Cd含量降低的重要原因.施用石灰顯著提高土壤pH值是土壤Cd有效性降低的主要原因之一,這已被相關研究證實[11,13-14,30].施用石灰顯著降低土壤Cd有效性的原因有:土壤pH值提高,增加土壤膠體表面的負電荷,從而增強了對鎘離子的吸附能力[31];高pH值環境下,土壤中游離的有效鎘以Cd(OH)2和CdCO3鈍化[15];另外,pH值提高使土壤中Fe、Mn等離子形成羥基化合物,促進了土壤中鐵錳氧化物的形成,增強了對鎘離子的吸附能力和增加對Cd離子的吸附點位[32],降低土壤中酸可提取態Cd所占比例,增加可還原態、可氧化態及殘渣態所占比例[33].石灰與紫云英配施成熟期時土壤pH值提高幅度低于石灰單施的原因可能是有機質增加提高了土壤緩沖性[34].

表4 水稻根表膠膜鐵錳鎘含量和土壤pH值、有效鐵鎘含量間的相關性

注:*和**分別表示<0.05和<0.01顯著水平.

表5 水稻各部位間Cd含量與DTPA-Cd和DCB-Cd的相關性

注:*和**分別表示<0.05和<0.01顯著水平.

本研究結果表明,紫云英施用對水稻抽穗期和成熟期土壤DTPA-Cd含量無顯著影響(圖1),這與其他一些學者的研究結果[8,12]相似;這是因為本研究紫云英的施用量較低、對土壤pH值的影響非常有限,其對土壤Cd有效性的影響較小[12].

水稻通過葉片將氧氣運輸到根系中,將根際環境中存在的Fe、Mn離子氧化并與之結合形成鐵錳氧化物,沉淀在植物根表,根表膠膜是聯系土壤-植物的重要橋梁[35-36].單施紫云英、石灰及紫云英配施石灰處理水稻抽穗期根表膠膜Fe含量顯著降低(圖2),抽穗期DCB-Fe含量與土壤pH值顯著負相關(= -0.789,<0.01)、與DTPA-Fe含量顯著正相關, DTPA-Fe含量與pH值顯著負相關(表4);單施紫云英、石灰及紫云英配施石灰抑制了水稻抽穗期根表膠膜形成可能與pH值升高進而降低土壤Fe有效性(尤其是土壤溶液中Fe2+含量)[37],和抑制土壤微生物活性有關,尤其參與鐵氧化還原功能微生物(如鐵的異化還原菌)活性的降低會抑制根表膠膜的形成[11].紫云英單施和紫云英配施石灰均在一定程度上促進了水稻成熟期根表膠膜的形成(圖2),施用油菜稈、有機肥、稻草、蠶豆秸稈、泥炭、豬糞堆肥、生物炭等有機物料同樣促進了水稻成熟期根表膠膜形成[11-12,38].水稻抽穗期根表膠膜量高于成熟期(圖2),以前研究結果已證明隨著水稻生育期延長其根表膠膜量降低[24,39-40];隨著水稻生長期的延長,水稻根系的供養能力下降,其形成鐵氧化物被還原或根系老化被分解導致膠膜退化[24].

紫云英單施顯著提高了稻米Cd含量(表2),這是因為施用紫云英提高了水稻成熟期根表膠膜Cd吸附量、促進了根系對Cd的吸收、提高了Cd由葉向稻米的轉運(圖2、表2和表3).已有研究結果表明,有機物料施用提高水稻稻米Cd含量與根表膠膜對Cd的吸附量增加、根系對Cd吸收提高和Cd由根向莖和稻谷的轉運提高有關[12].在本研究的供試土壤上的前期研究結果已證明,根表膠膜對水稻吸收Cd主要起促進作用[11-12,25],施用紫云英后DCB-Fe顯著升高,DCB-Cd亦顯著增加趨勢,可能是導致水稻吸收Cd增加的重要原因.另有研究表明,有機物料施用通過提高水稻成熟期根表膠膜中Cd含量而降低稻米Cd含量,根表膠膜在水稻Cd吸收過程中起到抑制作用[38].根表膠膜在水稻吸收Cd的過程中是起到抑制還是促進作用取決于根表膠膜的厚度和老化程度,而其厚度和老化程度則與水稻品種、生育期以及生長的環境條件直接相關[24].單施紫云英處理Cd由葉向稻米的轉運顯著提高(表3),葉Cd含量顯著降低,這是導致稻米Cd含量顯著增加的原因之一[41].另有研究表明,有機物料施用降低Cd在水稻根-莖-葉-籽粒的轉運系數,從而降低稻米Cd含量[38].施用菜籽餅顯著降低了汕優63的Cd由秸稈向稻米的轉運,而提高中浙優1號Cd由秸稈向稻米的轉運[42].有機物料施用對Cd在水稻植株體內轉運的影響存在較大差異,這可能是因為其轉運過程受土壤pH值、Eh、養分供應狀況以及水稻品種等多種因素的共同影響[43],紫云英施用促進Cd由葉向稻米轉運的作用機制有待進一步研究.

石灰單施或者與紫云英配施均顯著降低了稻米Cd含量(表2),稻米Cd含量與莖Cd、根表膠膜Cd吸附量和土壤DTPA-Cd含量均正相關(表5),且DTPA-Cd含量和根表膠膜Cd吸附量與土壤pH值均顯著負相關(表4),表明石灰施用提高土壤pH值、降低土壤Cd有效性以及根表膠膜Cd吸附量是導致稻米Cd含量降低的主要原因之一.大量研究已證實,酸性土壤上施用石灰可提高土壤pH值,從而降低土壤有效態Cd含量[13-15],達到土壤Cd原位鈍化的效果,進而降低水稻對Cd的吸收積累.生石灰施用改變了土壤中鐵還原菌(IRB)的組成及多樣性,降低了土壤有效態Fe和有效態Cd含量,進而降低根表膠膜Cd吸附量,最終導致稻米Cd含量降低[11].本研究中石灰單施或者與紫云英配施處理Cd的TF莖/根和TF米/根顯著降低(表3),這是因為石灰施加增加了土壤Ca2+、大量的Ca2+與Cd2+在植物體內競爭離子通道和載體蛋白,抑制Cd由根系向水稻地上部位轉運[16],從而降低稻米Cd含量.施用石灰降低了水稻根表膠膜Cd吸附量但提高了根Cd含量(表2),這是因為石灰施用提高了Cd由根表膠膜向根的轉運(表3),表明施用石灰條件下水稻根表膠膜并未起到阻礙Cd進入根系的作用;與董海霞等[44]研究發現石灰降低水稻根表膠膜Cd含量,但并未降低根系Cd含量的研究結果相似.

4 結論

4.1 單施紫云英對土壤pH值和DTPA-Cd無明顯影響;石灰單施或與紫云英配施均顯著提高土壤pH值、降低Cd有效性,其效果逐漸減弱.

4.2 單施紫云英顯著提高了水稻根表膠膜量Cd吸附量、促進了稻根對Cd的吸收以及Cd由葉向米的轉運,進而提高稻米Cd含量.石灰單施或者與紫云英配施降低了根表膠膜Cd吸附量,促進了Cd從根表膠膜向根的轉運、降低Cd由根向莖和根向米的轉運,進而降低稻米Cd含量.

4.3 土壤有效態Cd含量和根表膠膜Cd吸附量與土壤pH值均顯著負相關,土壤pH、DTPA-Cd和根表膠膜Cd含量是影響稻米Cd含量的主要因素.紫云英配施石灰通過改變土壤pH值影響土壤Cd的有效性和根表膠膜Cd吸附,從而對水稻Cd吸收轉運和稻米Cd積累產量影響.

4.4 紫云英與石灰一起配施時,稻米Cd含量顯著降低.因此,建議在酸性鎘污染稻田施用紫云英的同時施用石灰可達到顯著降低稻米Cd的效果.

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Effect of Chinese milk vetch combined with lime on cadmium uptake and translocation in rice.

XIAO Min1,2, FAN Jing-jing2, WANG Hua-jing1*, XU Chao2**, ZHANG Quan2, CHEN Xin-sheng2, ZHU Han-hua2, ZHU Qi-hong2, HUANG Dao-you2

(1.College of Geography and Resources Science, Sichuan Normal University, Chengdu 610066, China；2.Changsha Research Sation for Agricultural & Environmental Monitoring, Chinese Academy of Sciences, Key Laboratory of Agro-ecological Processes in Subtropical Region, Institute of Subtropical Agriculture, Chinese Academy of Sciences, Changsha 410125, China)., 2022,42(1)：276～284

A plot experiment was conducted to study the combined effects of Chinese milk vetch (CMV) and lime (L) on the availability of Cd in soil, the concentrations of Cd in Fe-Mn plaque on roots and the uptake and transport of Cd in rice plants. The results showed that soil pH value was significantly increased by 2.11～2.43 and 1.68～2.48 units, and DTPA-Cd concentration decreased by 18.88%～40.53% and 20.74%～36.85% in L and CMVL treatments, respectively, while it had no significant effect on them in CMV treatment. The Cd concentration in Fe-Mn plaque on rice roots at maturity in CMV treatment was significantly increased by 86.72%, that in roots was increased by 124.27% while that of Cd in grains was increased by 58.54%, which the transport coefficient of Cd from leaf to grain was increased by 5.58 times. The Cd concentration in Fe-Mn plaque on rice roots at maturity in L and CMVL treatments were significantly increased by 34.86% and 42.42%, while the transport coefficient of Cd from Fe-Mn plaque on rice root to root significantly increased by 170.6% and 158.8%, respectively. However, the transport coefficient of Cd from root to stem in L and CMVL treatments was significantly decreased by 75.87% and 74.71%, while those of Cd from root to grains decreased by 74.38% and 68.13%, respectively. Cd concentrations of rice grains in L and CMVL treatments were significantly reduced by 54.88% and 51.83%, respectively. Pearson correlations indicated that soil pH, DTPA-Cd and Cd concentration in Fe-Mn plaque on roots were the key factors on the Cd concentration of rice grains. Chinese milk vetch combined lime to Cd-contaminated rice fields can significantly reduce the Cd in rice grains.

Chinese milk vetch；lime；rice；cadmium；root iron plaque；uptake and transport

X53

A

1000-6923(2022)01-0276-09

肖 敏(1997-),女,四川廣安人,四川師范大學碩士研究生,從事土壤與環境生態研究.

2021-05-19

湖南省高新技術產業科技創新引領計劃項目(2020NK2001);農業部財政部科研專項(農辦財函[2016]6號)

* 責任作者, 王華靜, 副教授, haiyangdili@163.com; 許超, 副研究員, xuchao1388@126.com