2023, Vol. 44
2. 洞庭湖流域农业面源污染防治工程技术研究中心, 长沙 410125;
3. 农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室, 长沙 410125
, XIE Yun-he1,3 , GUAN Di1,3 , CHEN Shan1,3 , CHEN Jin1,3 , LONG Shi-ping1 , JI Xiong-hui1,3
2. Hunan Engineering Research Center for Prevention and Control of Agricultural Non-point Source Pollution in the Basin of Lake Dongting, Changsha 410125, China;
3. Key Laboratory of Hunan Province, Prevention, Control and Remediation of Heavy Meatal Pollution of the Farmlands, Changsha 410125, China
由于采矿、大气污染、农业污灌和重金属超标农业投入品施用等人为活动的影响, 耕地重金属污染加剧, 给农产品带来严重质量隐患, 我国每年因重金属污染而造成的粮食损失在200亿元以上[1].当前, 我国土壤重金属污染点位超标以镉(Cd)最为严重, 其点位超标率达7.0%.水稻是Cd吸收能力最强的大宗谷类作物之一[2].我国65%以上的人口以稻米为主食, 稻米中的Cd通过食物链进入人体, 对人体造成极大危害.耕地重金属污染严重制约了我国农业的可持续发展, 我国耕地重金属污染以轻度污染为主.在Cd轻度污染农田, 如何减轻对水稻Cd的毒害, 减少稻米中的积累, 实现农产品的安全生产, 成为亟待解决的现实问题.
水稻是典型的喜硅(Si)植物, Si是水稻生长不可缺少的有益元素.有研究表明, 施Si肥能降低水稻Cd含量[3~6], 施用Si肥土壤pH值显著增加[3, 7], 降低土壤Cd的生物有效性, 减少根系对Cd的吸收和向地上部转移, 从而降低植物对Cd的吸收[6, 7]; 也有研究表明, 施用Si肥土壤pH值无明显变化[8~11], 土壤中的Si与Fe、Mn和Al等元素相互作用, 使专性吸附态Cd或铁锰氧化物结合态Cd含量增加, 交换态Cd减少, 从而降低植物对Cd的吸收[8~10]; 还有研究研究认为, Si肥通过影响根表铁膜的吸附或释放Cd, 降低水稻对Cd的吸收[12, 13].以上为Si肥不同用量、施用时间、Si肥和水分耦合等的研究结果, 而Si肥用量相同, Si肥种类不同对土壤Cd的形态、根表铁膜的Cd和水稻吸收Cd的影响如何, 还待进一步探讨.本文采用相同用量的Si肥处理, 研究Si肥施用后对土壤Cd的有效性影响, 及对根表铁膜吸附Cd的影响, 以期为降低土壤Cd污染的土壤调理剂类型选择提供理论支撑.
1 材料与方法 1.1 供试土壤本试验在湖南省浏阳市焦溪镇陈家边山的水稻种植基地(28°13′49″N, 113°32′04″E)开展, 该地区年平均温度为17.1℃, 年降水量为1 500 mm, 年≥10℃积温为5 300~6 500℃, 为南方典型的水稻生产区.土壤类型为第四纪红土发育的红黄泥.土壤性质: 土壤pH值为5.9、ω(有机质)为27.5 g ·kg-1、ω(全氮)为1.95 g ·kg-1、ω(全磷)为0.12 g ·kg-1、ω(全钾)为20.4 g ·kg-1、ω(碱解氮)为220 mg ·kg-1、ω(有效磷)为23.6 mg ·kg-1、ω(速效钾)为196 mg ·kg-1和ω(全Cd)为0.40 mg ·kg-1.
1.2 试验设计和田间管理本试验于2018年开展, 共6个处理, 每个处理3次重复, 采用田间小区试验, 单因素随机区组设计.试验处理分别为: ①对照, 不施Si(CK); ②含有K元素的Si肥(SiK); ③含Ca和Mg元素的Si肥(SiCaMg); ④含Ca、Mg和K元素的Si肥(SiCaMgK); ⑤含Ca、Mg和Fe元素的Si肥(SiCaMgFe); ⑥水溶Si肥(SiW).每小区面积21 m2, 每个处理施入Si肥的用量相同(表 1), Si肥的用量见文献[14], 复合肥(N-P2 O5-K2 O: 15-15-15)作为基肥, 用量为750 kg ·hm-2, 在水稻分蘖期追10 kg尿素.基肥和Si肥于水稻移栽前一天施入.水稻于2018年6月25日移栽, 10月4日收获.
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表 1 不同种类Si肥pH值及用量1) Table 1 The pH value and dose of different silicon fertilizers |
1.3 样品采集与测定
土壤和水稻样品于水稻分蘖期(26 d)、拔节期(23 d)、灌浆期(7 d)和成熟期(7 d, 土壤样品采集时稻田无水)取样.土壤采集非根际土壤, 采样深度0~20 cm, 经自然风干剔除杂物后, 研磨, 分别过2 mm和0.149mm尼龙筛, 混匀备用.水稻样品经105℃杀青30 min, 80℃烘干, 分离根、茎叶和籽粒(糙米, 舍去颖壳), 粉碎后混匀备用.
土壤pH值采用电位法测定[15], 土壤有效Si采用柠檬酸浸提, 硅钼蓝比色法测定[16].土壤有效态Cd测定采用0.1mol ·L-1氯化钙浸提[17], 土壤Cd采用王水微波消解[18], 土壤Cd形态采用Tessier的五步提取法[19], 均采用电感耦合等离子体质谱仪测定(ThermoFisher有限公司).水稻Cd含量采用硝酸-双氧水微波消解[20], 根表铁膜Cd含量采用连二亚硫酸钠-柠檬酸三钠-碳酸氢钠(DCB)法浸提[12], 均采用电感耦合等离子体质谱仪测定.
1.4 数据处理与分析所有试验数据采用Microsoft Excel 2010和SPSS 13.0软件进行处理和统计分析, 多重比较的显著性检验均采用LSD法.
2 结果与分析 2.1 水稻根系、茎叶Cd含量不同处理水稻根系和茎叶中Cd含量有相同的变化趋势(图 1), 均随着水稻生育期的延长, Cd含量逐渐增加.分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期根系中的Cd含量分别是同时期茎秆中的1.52、4.15、2.13和3.15倍.不同处理成熟期根系Cd含量是籽粒的10.77~16.07倍.
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图 1 不同Si肥处理对水稻根系和茎叶中Cd含量的影响 Fig. 1 Effects of silicon fertilizer application on Cd concentration in rice roots, stems, and leaves |
水稻根系Cd含量[图 1(a)]: 水稻分蘖期、拔节期根系ω(Cd)分别为0.18~0.21 mg ·kg-1和2.17~2.46 mg ·kg-1, 两个生育时期不同处理间根系Cd含量无显著性差异.灌浆期根系Cd含量以CK处理最高, 与SiK、SiCaMg和SiCaMgK处理根系Cd含量无显著性差异, 比SiCaMgFe和SiW处理分别高39.7%(P < 0.05)和55.8%(P < 0.05).水稻成熟期, CK处理根系Cd含量与SiCaMg无显著性差异, 显著高于其他处理, 以SiCaMgFe和SiW较低, 分别比CK处理低33.3%(P < 0.05)和26.2%(P < 0.05).
水稻茎叶Cd含量[图 1(b)]: 水稻分蘖期茎叶中ω(Cd)为0.08~0.17 mg ·kg-1, 对照处理Cd含量最高, 分别比SiCaMgK和SiW处理高54.0%(P < 0.05)和118.8%(P < 0.05); 拔节期不同处理水稻茎叶ω(Cd)平均值为0.58 mg ·kg-1, 不同处理间无显著性差异; 灌浆期的水稻茎叶Cd含量以CK处理最高, 分别比SiK、SiCaMgFe和SiW处理高27.2%(P < 0.05)、47.0%(P < 0.05)和66.0%(P < 0.05); 水稻成熟期, CK处理茎叶Cd含量比Si肥处理高16.9% ~41.5%, 不同的施Si肥处理中, 以SiCaMgFe和SiW含量较低, 分别比CK处理减少70.8%(P < 0.05)和66.7%(P < 0.05).
2.2 水稻根系和茎叶Si含量水稻根系Si含量[图 2(a)]: 不同Si肥处理根系Si含量随着生育期的延长而降低, 灌浆期Si含量最低, 成熟期含量比灌浆期略高.分蘖期根系Si含量以CK处理最低, 施用Si肥处理水稻根系Si含量增加5.4% ~42.0%, 不同处理间无显著性差异; 拔节期根系Si含量CK处理最低, SiK和SiCaMg处理分别比CK处理增加82.2%(P < 0.05)和42.9%(P < 0.05); 水稻灌浆期, SiCaMgFe和SiW处理根系Si含量分别比对照处理降低35.2%(P < 0.05)和32.3%(P < 0.05); 成熟期水稻根系ω(SiO2)差别不大, 平均值为36.03 g ·kg-1.
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图 2 不同Si肥处理对水稻根系和茎叶中Si含量的影响 Fig. 2 Effects of silicon fertilizer application on silicon concentration in rice roots, stems, and leaves |
水稻茎叶Si含量[图 2(b)]: 水稻茎叶Si含量随生育期的延长而增加.水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期茎叶ω(SiO2)平均值分别为41.12、58.73、83.70和100.27 g ·kg-1.水稻分蘖期, SiK和SiCaMgK处理Si含量分别比CK处理高25.0%(P < 0.05)和24.0%(P < 0.05).水稻拔节期各处理间无显著性差异.灌浆期SiK处理Si含量最低, SiCaMg、SiCaMgK、SiCaMgFe和SiW处理的茎叶Si含量显著高于SiK处理.成熟期茎叶ω(SiO2)为96.73~104.04 g ·kg-1, 不同处理间无显著性差异.
2.3 水稻根系、茎叶Ca含量水稻根系Ca含量[图 3(a)]: 水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期根系ω(Ca)平均值分别为1 502.20、961.19、1 356.94和1 540.03 mg ·kg-1, 4个生育时期不同处理间根系Ca含量无显著性差异.分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期含有Ca处理的水稻根系Ca含量比不含Ca处理平均增加0.8%、4.3%、3.9%和2.2%.
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图 3 不同Si肥处理对水稻根系和茎叶中钙含量的影响 Fig. 3 Effects of silicon fertilizer application on calcium concentration in rice roots, stems, and leaves |
水稻茎叶Ca含量[图 3(b)]: 分蘖期, SiK处理的Ca含量最低, 显著低于其他处理, SiCaMgK处理Ca含量最高.拔节期、灌浆期和成熟期不同处理间茎叶Ca含量无显著性差异; 分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期含有Ca处理比不含Ca处理的茎叶Ca含量平均增加15.9%、6.0%、0.7%和6.6%.
2.4 水稻籽粒Cd、Si、Ca含量和水稻产量施Si肥稻米中Cd含量降低(表 2).与不施Si肥相比, SiK、SiCaMg和SiCaMgK处理稻米镉含量降低, 但是不同处理间无显著性差异, SiCaMgFe和SiW处理籽粒中Cd含量分别比CK处理减少21.1%(P < 0.05)和21.2%(P < 0.05).
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表 2 籽粒Cd、Si和Ca含量和水稻产量1) Table 2 Cd, Si, and Ca concentration in brown rice and rice yield |
水稻籽粒中ω(SiO2)以CK处理最高, 为0.58 mg ·kg-1, 施用Si肥处理稻米中SiO2含量降低, 尤其是SiCaMgFe处理, 比CK处理SiO2含量降低39.7%(P < 0.05).
不同处理水稻籽粒中ω(Ca)为61.27~83.97 mg ·kg-1.与不含Ca处理相比, 含Ca处理水稻籽粒Ca平均含量增加19.2%; SiCaMg、SiCaMgK和SiCaMgFe处理水稻籽粒Ca含量比CK处理分别增加24.8%(P < 0.05)、37.0%(P < 0.05)和16.0%, 比SiK处理分别增加18.8%(P < 0.05)、30.4%(P < 0.05)和10.4%, 比SiW处理分别增加11.5%、22.4%(P < 0.05)和3.6%.
不同处理水稻产量为9 000~9 690 kg ·hm-2, 施用Si肥水稻产量略有增加, 增产1.7% ~7.7%, 但不同处理间无显著性差异.
2.5 水稻根系铁膜Cd含量不同处理根表铁膜Cd [ω(DCB-Cd)]为0.06~1.90 mg ·kg-1(图 4), 随着生育期的延长, 不同处理DCB-Cd含量逐渐增加.水稻分蘖期、拔节期和灌浆期水稻ω(DCB-Cd)平均值分别为0.08、0.75、0.92和1.50 mg ·kg-1.施用Si肥, 水稻分蘖期、灌浆期和成熟期的DCB-Cd含量平均值分别比对照处理减少28.2%、5.8%和25.3%, 拔节期的DCB-Cd比对照处理高20.0%.水稻分蘖期、拔节期和灌浆期各处理DCB-Cd含量间无显著性差异, 成熟期DCB-Cd含量以CK处理最高, 分别比SiCaMgK和SiW处理高50.07%(P < 0.05)和64.07%(P < 0.05).水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期的DCB-Cd是根系Cd含量的42.8%、31.9%、18.4%和15.8%.
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图 4 不同Si肥处理对水稻根表铁膜Cd含量的影响 Fig. 4 Effects of silicon fertilizer application on Cd concentrations in iron plaque of rice |
水稻不同生育期内, 土壤pH值变化幅度不大, 成熟期的pH值略高其他时期(图 5); 同一生育期, CK处理土壤pH值最低, 施用Si肥处理pH值略有增加, 但是不同处理间无显著性差异.与对照相比, 水稻分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期施用Si肥土壤平均增加0.12、0.22、0.13和0.23个pH值单位.同一处理, 成熟期土壤pH值比分蘖期高0.17~0.32个pH值单位.
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图 5 不同Si肥处理对土壤pH值的影响 Fig. 5 Effects of silicon fertilizer application on soil pH value |
土壤有效态Cd含量在水稻生育前期高, 生育后期低(图 6).分蘖期和拔节期土壤有效态Cd含量差别不大, 远高于灌浆期和成熟期.与对照相比, 施用Si肥处理的土壤有效态Cd含量降低.施用Si肥处理, 水稻分蘖期和拔节期的土壤有效态Cd略有下降, 但不同处理间无显著性差异.灌浆期和成熟期SiCaMgK处理的土壤有效态Cd含量分别比CK处理减少34.0%(P < 0.05)和17.6%(P < 0.05), 其他处理间无显著性差异.
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图 6 不同Si肥处理对土壤有效态Cd含量的影响 Fig. 6 Effects of silicon fertilizer application on soil available cadmium content |
土壤有效Si在分蘖期含量最高, 随着生育期的延长而降低, 灌浆期土壤有效Si含量最低, 成熟期有效Si的含量略高于灌浆期(图 7).施用Si肥处理的分蘖期、拔节期、灌浆期和成熟期土壤有效Si含量分别比CK处理增加28.2%、9.4%、47.7%和54.0%.水稻分蘖期, CK处理土壤有效Si含量最低, SiCaMgK和SiCaMgFe处理的土壤有效Si含量分别比CK处理高52.3%(P < 0.05)和45.6%(P < 0.05).拔节期不同处理间无显著性差异.灌浆期以CK处理最低, SiK、SiCaMgK、SiCaMgFe和SiW处理分别比CK处理高49.8%(P < 0.05)、77.7%(P < 0.05)、67.1%(P < 0.05)和52.6%(P < 0.05).成熟期SiCaMgK、SiCaMgFe和SiW处理分别比CK处理高66.3%(P < 0.05)、61.0%(P < 0.05)和85.4%(P < 0.05).
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图 7 不同Si肥处理对土壤有效态Si含量的影响 Fig. 7 Effects of silicon fertilizer application on soil available silicon content |
不同形态Cd占总Cd的比例不同(图 8).可交换态Cd(Exc-Cd)、碳酸盐结合态Cd(Carb-Cd)、铁锰氧化物结合态Cd(FeMnOx-Cd)、有机物结合态(OM-Cd)和残渣态Cd(Res-Cd)含量平均值分别占土壤总Cd含量的31.9%、32.2%、25.4%、3.8%和6.7%.
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图 8 水稻成熟期土壤Cd形态的质量分数 Fig. 8 Distribution of Cd in fractions as percentages of the total in soil samples of the maturity period |
水稻成熟期, CK处理土壤的Exc-Cd、Carb-Cd、FeMnOx-Cd、OM-Cd和Res-Cd含量占总Cd含量的45.7%、23.3%、23.0%、2.9%和5.3%, 不同Si肥处理质量分数分别为24.8% ~35.8%、23.9% ~40.8%、23.7% ~58.9%、3.3% ~4.8%和5.4% ~8.4%.与对照相比, 施用Si肥的Exc-Cd处理平均降低36.4%, Carb-Cd、FeMnOx-Cd、OM-Cd和Res-Cd质量分数平均值分别增加48.2%、12.5%、35.2%和31.3%.
2.10 土壤Cd与水稻Cd的关系水稻成熟期根系Cd含量与DCB-Cd呈显著正相关关系(表 3), 与Exc-Cd呈极显著正相关关系, 与Carb-Cd呈显著负相关关系, 与FeMnOx-Cd和土壤有效Si呈极显著负相关关系, 与根系Si含量和根系Ca含量无相关关系; 茎叶中Cd与Si和Ca含量无相关关系; 籽粒中Cd与Si含量呈显著正相关, 与籽粒Ca无相关关系; 土壤Cd形态中, Exc-Cd与Carb-Cd呈极显著负相关关系(相关系数达0.925), 其他形态间无显著相关关系, 土壤Cd不同形态与土壤pH值无显著相关关系; 土壤有效态Cd与土壤pH值呈极显著负相关关系. 全生育期内水稻根系Cd含量与茎叶Cd含量、DCB-Cd、土壤pH值和土壤有效态Cd均呈极显著正相关关系(表 4), 与根系Si含量和土壤有效Si呈极显著负相关关系, 与根系Ca无相关关系; 茎叶中Cd与Si和Ca均呈极显著正相关关系; DCB-Cd与土壤pH值呈极显著正相关, 与土壤有效态Cd和有效Si呈极显著负相关; 土壤有效态Cd与土壤pH值呈显著负相关.
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表 3 水稻成熟期Cd和土壤形态Cd的关系1) Table 3 Correlation coefficients between Cd concentration of rice at the maturity period and Cd fractions in soil samples |
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表 4 水稻全生育期Cd与各指标的相关系数 Table 4 Correlation coefficients between Cd concentration in whole growing period and indicators of rice |
3 讨论 3.1 水稻吸收的Cd
有研究表明, 水稻各器官Cd含量分配不均, 一般以根系Cd含量最高, 其次是茎叶, 籽粒含量最低[3, 4, 21].本研究中水稻不同生育期根系Cd含量是茎叶的1.52~3.15倍, 成熟期根系Cd含量是籽粒的10.77~16.07倍.水稻不同生育期根系和茎叶的Cd含量, 均随着生育期的延长而增加, 与其他研究者的结论保持一致[3, 22, 23].
施Si后水稻各部位的Cd含量均降低[24~26].本研究表明, 与不施Si肥相比, 施用Si肥各器官的Cd含量降低.施用Si肥茎叶中Cd含量的降幅(28.2%)高于根部(14.9%), 这与陈佳等[5]研究得到的结果类似.还有研究表明, 施用Si肥, 降低水稻茎叶和籽粒中Cd含量和吸收, 但是提高了根系对Cd的吸收[26, 27], 可能是水稻品种不同, Si对水稻根系吸收和转运的影响因水稻的基因型不同导致[28].本研究采用的Si肥用量相同但水稻各器官吸收Cd不同, 尤其是SiCaMgFe和SiW处理, 灌浆期和成熟期Cd含量明显低于不施Si肥处理, 可能是因为这两种Si肥的有效性高, 施入土壤有效Si含量高(图 7), 尤其是SiW, 能直接溶于水, 被作物吸收, 而SiCaMgFe处理还有可能使肥料中的Fe施入土壤, Fe降低土壤中Cd的生物有效性[29, 30], 从而减少水稻对Cd的吸收.
本研究中, 水稻根系Si含量随着生育期的延长而降低, 茎叶Si含量随着生育期的延长而增加; 施用Si肥, 水稻根系和茎叶Si含量降低, 水稻全生育期根系Cd与根系Si含量呈显著负相关关系(表 4), 与Yu等[31]研究的结果一致.可见施用Si肥, 促进根系对Si的吸收, 减少了水稻根系对Cd的吸收, Si抑制Cd向地上部运输[25, 32], 致使施用Si肥水稻地上部的Cd的吸收降低.水稻全生育期茎叶Cd与茎叶Si呈显著正相关, 可能是Si肥的施用, 提高了水稻的抗逆性[33], 同时可能增强了茎叶对营养元素和有害元素的(Cd)的协同吸收作用导致[6].水稻成熟期根系Cd与Si含量无显著相关关系, 可见, 成熟期中根系Si的含量不影响根系对Cd的吸收.
本研究中水稻根系和茎叶中Ca含量, 不同处理间无显著性差异, 可能是Si肥中Ca含量较少, Ca是植物的中量营养元素, 故水稻不同处理间吸收无差异.许多研究证实, 外源添加Ca, 显著降低水稻对Cd的吸收[34, 35].Khaliq等[36]研究显示, 不同的土壤类型, 水稻根系、茎、叶和籽粒中Cd与Ca呈负相关关系或不相关, Li等[35]研究表明水稻根系、茎秆、叶、穗和谷壳中的Cd和Ca不相关.本研究中水稻全生育期根系中Cd含量与Ca含量、籽粒中Cd与Ca含量无显著性差异.可见, 在本研究中, 施用Si的用量高于Ca, 故Ca对Cd吸收的抑制效果小于Si.而水稻茎叶中Cd与Ca呈极显著正相关, 也可能是由于Si肥的施用, 提高了水稻的抗逆性[33], 同时可能增强了茎叶对营养元素和有害元素的(Cd)的协同吸收作用导致[6].
3.2 根表铁膜胡莹等[22]研究表明, 不同水稻品种, DCB-Cd含量以成熟期最高, 分蘖期和孕穗期有高有低.本研究中, DCB-Cd含量大小为: 成熟期>灌浆期>拔节期>分蘖期, 水稻品种不同可能造成了水稻生育期DCB-Cd含量的差异.
陈佳等[5]研究表明, 与不施用Si肥相比, 施用Si肥水稻DCB-Cd含量有高有低.王怡璇等[11]研究显示, 施用Si肥水稻DCB-Cd含量与对照处理无显著性差异.本研究中, 与对照相比, 施用Si肥水稻分蘖期、拔节期和灌浆期各处理DCB-Cd的含量略有降低, 但不同处理间无显著性差异, 成熟期SiCaMgK和SiW处理的DCB-Cd含量明显低于CK处理.可见不同的研究者, 对施用Si肥是否降低DCB-Cd含量尚无定论.可能是因为根表铁膜带有正负电荷基团, 属于两性胶体, 能够吸附或共沉淀重金属, 改变土壤中的化学行为和生物有效性[12, 37], 此外水稻根际泌氧的基因型差异[38, 39], 造成不同的研究中, 根表铁膜吸附或释放的Cd的阈值不同, DCB-Cd的含量不同.本研究中, 根系Cd与DCB-Cd呈现极显著正相关关系.Si肥的施用, 导致DCB-Cd含量降低, 可能是通过根表铁膜对Cd吸附作用, 致使根系吸收更少的Cd, 降低Cd从根系铁膜向根部和根部向茎叶转运, 从而降低水稻各器官对Cd的吸收.
水稻根表铁膜DCB-Cd与土壤pH值呈极显著正相关、与土壤有效态Cd和有效Si呈极显著负相关关系.可见, 水稻根表铁膜中Cd含量受土壤酸碱度和土壤中Cd和Si有效性的影响.
3.3 土壤Cd的形态和有效Si与水稻Cd含量的关系施用Si肥, 土壤pH值略有上升, 土壤有效态Cd下降, 但是不同处理间土壤pH值和土壤有效态Cd均无显著性差异.可能是本研究中Si肥的用量较少, 没有达到显著提高土壤pH值和降低土壤有效态Cd的水平.土壤有效态Cd与土壤pH值呈极显著负相关关系, 与其他研究者的结论一致[40, 41].
有研究表明, 重金属在植物体内的积累主要取决于重金属的生物有效性而不是总量[27, 42], 重金属在土壤中的形态被认为是影响植物体内积累的重要因素.Deng等[42]研究表明, Cd在水稻中的积累主要在于非残渣态Cd而不是总Cd含量.许多表明, 施用Si肥影响土壤Exc-Cd等非残渣态Cd含量[43, 44].Luo等[3]研究表明, 施用Si肥土壤Exc-Cd含量降低, FeMnOx-Cd和Res-Cd含量增加, 也有研究证实为可氧化态Cd含量降低[27].有研究认为可能是Si肥的施入, 土壤pH值提高, 土壤胶体的负电荷数量增加, 从而增强对重金属的吸附能力[40], 使土壤中Exc-Cd含量降低, 促其向FeMnOx-Cd和Res-Cd转化导致[3, 8, 9, 41, 45].本研究中, 施用Si肥导致土壤Cd的形态发生了变化, 土壤Exc-Cd降低, 土壤Carb-Cd、FeMnOx-Cd、OM-Cd和Res-Cd含量上升, 土壤Exc-Cd与Carb-Cd呈极显著负相关关系, Exc-Cd容易被植物吸收[3], 故施用Si肥, Exc-Cd含量降低, 主要促使向Carb-Cd转化, 减少了根系对Cd的吸收, 转运到茎叶和籽粒的Cd减少, 导致水稻各器官的Cd含量降低.
本研究中根系Cd的含量与土壤Exc-Cd和Carb-Cd呈显著相关性, 与OM-Cd和Res-Cd无相关性, 可间接表明土壤中的Exc-Cd和Carb-Cd的移动性强, 容易被水稻影响, 而OM-Cd和Res-Cd形态变化对作物的影响小.土壤Cd各形态与pH值无显著相关关系, Cd部分形态与土壤有效态Cd和有效Si呈显著负相关或者正相关关系, 可见土壤Cd形态变化与土壤Cd和Si的有效性相关. 施用Si肥, 土壤有效Si含量增加, 各生育时期及水稻成熟期根系Cd与土壤有效Si呈极显著负相关关系, 可见施用Si肥, 土壤有效Si含量的增加降低根系对Cd的吸收, 肥料中Si的有效性不同可能是造成根系吸收Cd含量差异的重要原因.
4 结论(1) 施用Si肥, 水稻根系、茎叶和籽粒Cd含量平均降低14.9%、28.2%和12.2%, 水溶Si肥和含有Ca、Mg、Fe元素的Si肥降低水稻籽粒Cd的效果好, 肥料中Si的有效性不同可能是造成水稻吸收Cd差异的重要原因.
(2) 施用Si肥, 水稻各时期DCB-Cd含量变化不同, 水稻根表铁膜Cd含量受土壤酸碱度和土壤中Cd、Si有效性的变化影响.
(3) 施用Si肥后, 土壤有效态Cd含量略有下降, 有效Si含量增加, Exc-Cd含量下降, Carb-Cd、FeMnOx-Cd、OM-Cd和Res-Cd的含量增加, Exc-Cd向Carb-Cd转化是影响水稻根系吸收Cd减少的重要原因.土壤Cd形态变化与土壤pH值无关, 与土壤有效态Cd和有效Si含量的变化密切相关.
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