不同地质高背景农田土壤水稻Cd积累特征及影响因素

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Johnson_Gu
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地质高背景农田广泛分布于我国的西南与华南地区,土壤镉(Cd)富集特征与人为来源Cd污染土壤有很大不同,地质高背景农田土壤富集类型多样、成因复杂而且存在大范围农田的稻米Cd超标情况,这严重威胁着稻米质量与人身健康安全。因此,探明不同地质高背景农田水稻Cd的迁移积累机制,能够为地质高背景水稻田Cd污染治理提供科学依据。水分管理是一种常用且有效的农艺调控Cd污染措施,不同水分管理措施能够显著影响稻米Cd的积累,目前关于水分管理对地质高背景农田土壤下水稻Cd迁移积累特征和机制鲜有研究。不同水稻品种对Cd的耐性及积累特征存在显著差异,筛选地质高背景土壤下的低积累水稻品种也是Cd污染土壤稻米安全生产的热点之一。基于此,本文以广西典型次生富集型地质高背景土壤为研究对象,选取了苏圩(SX)、锣圩(LX)、马岭(ML)和云表(YB)四种不同地质高背景农田土壤,首先对其土壤污染特征及土壤性质差异进行分析;其次在这四种土壤上种植广西当地杂交水稻品种巡两优,设置两种不同水分管理方式(常规淹水、干湿交替),研究水分调控及土壤类型对水稻吸收积累Cd的影响;最后选取苏圩(SX)和锣圩(LX)两种土壤,比较研究7种不同水稻品种对Cd的吸收积累特征,并探究可能的影响因素。主要研究结果如下:1.以广西岩溶地区不同发育阶段和母质类型的地质高背景农田土壤(SX、LX、ML、YB)为研究对象,比较重金属赋存状态、土壤理化性质以及微生物群落功能多样性差异,结合冗余分析(RDA)获得影响地质高背景土壤微生物群落结构的关键环境因子。结果表明:(1)发育阶段和母质类型显著影响土壤基本性质以及重金属浓度。发育阶段较早的ML 土壤有机质含量及重金属富集量更高。碳酸盐系石灰岩发育而来的ML土壤Cd元素含量高于第四纪河流沉积物发育而来的其他土壤。(2)不同土壤微生物活性和群落结构差异显著。SX 土壤微生物对碳源的利用能力及微生物多样性指数显著低于其他三个土壤;YB、LX与ML 土壤利用胺类和氨基酸类碳源的微生物代谢活性较高,苏圩土壤利用糖类和多聚物类碳源的微生物代谢活性较高。(3)冗余分析(RDA)表明,土壤有机质、pH、全量砷(As)、Cd、铅(Pb)以及有效砷(As)是引起土壤微生物碳源利用分异的主要环境因子。(4)相关性分析表明土壤微生物对胺类、氨基酸类、酚酸类的利用强度与土壤有机质、pH呈正相关,与全量As、有效铜、有效As呈负相关。2.以杂交水稻品种巡两优为材料,采用盆栽试验,研究SX、LX、ML与YB四种地质高背景农田土壤下,不同水分管理模式(干湿交替与常规淹水)下,水稻Cd积累特征及影响因素。结果表明:(1)土壤形成的地质背景对水稻长势有显著影响,由第四纪河流沉积物发育而来的SX、LX与YB 土壤中水稻长势显著优于来自石炭纪碳酸盐岩的ML 土壤在的水稻长势,水分处理对水稻长势无显著影响。(2)干湿交替处理下水稻籽粒Cd积累含量显著高于常规水分管理(P<0.05);不同地质背景土壤下水稻籽粒Cd含量存在差异,SX 土壤水稻籽粒均超标,LX 土壤水稻均不超标,ML和YB土壤水稻在干湿交替处理下超标;Cd在水稻不同部位的积累顺序为:根>茎>叶>籽粒>壳。(3)相关性分析表明,土壤有效Cd、pH、Eh、土壤有机质与Fe203含量是籽粒Cd的积累主要影响因子。(4)双因素方差分析表明,土壤类型与水分管理对籽粒Cd含量均有极显著相关性,且两者存在交互作用。(5)水稻Cd迁移积累结构方程模型表明,水分处理会改变籽粒Cd的运输途径,常规水分处理籽粒Cd主要运输途径为叶片-籽粒,干湿交替主要运输途径为茎-籽粒。(6)逐步回归分析得到籽粒Cd的经验预测模型对SX、ML及不同水分处理条件下预测结果较好。3.选取常规稻品种:粤晶丝苗(YJ)、油占8号(YZ)与黄华占(HH)以及杂交稻品种:泰两优(T)、深两优(S)、Y两优1号(YL)与宁两优1号(NL)7种水稻品种在母质同为河流沉积物而Cd含量不同的SX与LX 土壤上进行盆栽实验,比较研究不同水稻品种Cd积累特征及影响因素。结果表明:(1)土壤与品种显著影响水稻长势、产量及籽粒Cd的积累。具体为同种品种水稻在LX 土壤上长势较好,同种土壤条件下杂交稻长势优于常规稻;同种水稻品种SX 土壤下水稻籽粒Cd积累均超过LX 土壤,同种土壤条件下常规稻品种籽粒Cd含量高于杂交稻品种。(2)相关性分析表明籽粒Cd含量与土壤有效Cd呈极显著正相关,与pH、土壤有机质及水稻株高、根、茎生物量呈显著负相关。(3)冗余分析显示,水稻品种及土壤类型是引起水稻籽粒Cd积累量变化的主要影响因素。(4)聚类分析筛选得到YL与S为两种低积累水稻品种,YL品种更适合在SX地区种植,S更适合在LX地区种植。
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