论文部分内容阅读
近年来,由于矿业、工业和农业的快速发展,大量的镉被释放到农田中,造成严重的镉污染。水稻(OryzasativaL)作为我国主粮之一,有近一半的人口以其为主食。水稻镉污染不仅增加人类的健康风险,也影响着经济发展和社会稳定。因此,如何进行稻米镉防控和稻田镉污染修复成为了急需解决的问题。本文以典型镉污染稻田为对象,在大田试验条件下,研究重金属叶面阻控剂、土壤重金属活性钝化剂、有机硅改性复合肥对稻米镉含量、土壤镉形态、水稻养分吸收和生长发育的影响及其初步机制,以期筛选出适合稻田镉污染的修复技术并为技术集成提供理论和实践依据。主要研究成果如下: 1.在大田条件下,研究了7种叶面阻控剂(T1~T7)降低水稻镉含量的效果。结果表明,除T3、T4外,其他叶面阻控剂降低稻米镉含量20.0%~65.9%,其中T1、T2、T7处理降低镉含量都在60.0%以上。试验中糙米镉含量均低于国家食品安全卫生标准限定值。叶面阻控剂显著增加水稻茎叶镉含量57.5%~218.4%;除T3外,叶面阻控剂降低稻壳镉含量19.2%~60.8%;结果反映了叶面阻控剂通过阻止水稻茎叶中的镉向外转运,从而降低稻壳和稻米中镉的含量。 2.通过叶面阻控剂对水稻抗氧化系统的影响探讨了降低水稻镉含量的机制。叶面阻控剂降低镉对水稻的氧化胁迫,增强抗氧化系统对超氧自由基的清除能力,降低细胞膜脂化水平。施用叶面阻控剂增加SOD活性3.7%~12.6%,POD活性9.5%~52.0%,CAT活性43.7%~208.7%,同时提高AsA含量13.9%~72.7%,降低MDA含量10.6%~33.4%。 3.研究了叶面阻控剂对水稻中硒和养分吸收的影响发现,叶面阻控剂增加水稻对硒和养分的吸收和积累。叶面阻控剂提高稻米硒、氮、磷、钾、锰、锌的含量和茎叶钾、锰、锌、铁的含量,降低茎叶氮和磷含量,表明叶面阻控剂促进茎叶中的氮和磷向稻米转移。成熟期稻米、茎叶、稻壳硒含量分别增加499.2%~1638.9%、336.3%~1307.3%、102.9%~376.8%。T1、T2、T7增加稻米氮含量9.1%~15.6%。稻米磷、钾、锰、锌的含量分别增加3.1%~23.0%、0.0%~19.0%、7.3%~44.5%和2.8%~16.2%。此外,叶面阻控剂提高水稻的结实率、SPAD值、株高,促进水稻增产。水稻结实率增加3.6%~25.2%,SPAD值增加2.1%~15.6%,株高增加4.7%~11.6%。 4.在实际生产条件下,联合钝化剂—叶面阻控剂—水分管理,研究集成修复技术对水稻镉吸收的影响。结果表明,联合技术使稻米镉含量均低于0.2mg/kg,XG与XX钝化剂显著降低稻米镉含量62.4%和91.4%。但HN、SG+XG、SG+XX钝化剂不同程度增加稻米镉的含量,SG钝化剂对稻米镉含量无显著影响。钝化剂的施用能够增加土壤pH,降低镉的生物有效性,将土壤中交换态的镉转化为无效态或缓效态。钝化剂施用增加稻田土pH值0.1~1.0,除HN和SG+XX外,钝化剂降低交换态镉含量9.3%~21.1%。残渣态镉含量增加17.2%~166.0%。TCLP镉含量除HN外降低1.2%~31.4%。 5.研究发现,土壤重金属钝化剂促进了水稻对硒的吸收积累,增加了水稻茎叶和稻米中的硒含量。除SG+XG外,其余钝化剂均促进稻米硒含量的吸收和积累,稻米硒含量增加31.0%~4286.3%。在茎叶中除个别外,也表现为钝化剂促进硒的吸收和积累。 6.在大田试验条件下,分析了钝化剂对水稻养分元素吸收的影响。除个别外,钝化剂对氮、磷、钾有不同程度的促进作用。SG、HN、SG+XX钝化剂均能使稻米氮、磷、钾含量增加,而降低茎叶氮、磷、钾含量。除XX与XG外,钝化剂处理均能增加稻米锰和锌的含量。钝化剂SG+XX能够同时提高稻米锰、铁、锌的含量。 7.在典型镉污染稻田条件下,研究了有机硅改性复合肥对水稻镉吸收和积累的影响。研究发现,有机硅改性复合肥能显著降低水稻镉的含量,降低稻株镉含量24.0%~74.0%,降低稻米镉含量45.0%~86.0%。施用有机硅改性复合肥增加土壤pH值0.06~0.48,降低TCLP镉含量0.0%~14.3%。对土壤镉形态进行分级表明,施用有机硅改性肥料降低土壤交换态镉的含量1.0%~22.0%,而增加残渣态镉含量2.0%~60.0%。有机硅改性肥料降低土壤有效态镉含量,增加无效态或缓效态镉含量,这一结果说明,有机硅改性肥料能增加土壤对镉的固定,降低镉生物有效性。 8.有机硅改性肥料可以促进水稻对养分的吸收,提高肥料的利用率,增加水稻产量。有机硅改性复合肥提高了稻米氮、钾、铁、锌的含量及茎叶氮、磷、钾、铁、锌的含量。在当地生产水平下,施用有机硅改性肥料比普通复合肥增产12.0%~20.0%。