镉低积累型水稻品种联合调控技术保障污染农田生产安全的研究

摘要

随着经济社会的快速发展，我国农田重金属污染的问题日益突出，其中镉污染是我国稻田重金属污染的主要类型，极大地影响农业生产的可持续发展以及人类的生存环境质量。重金属低积累型水稻品种的选育、施用阻控剂以及合适的农艺措施是农田重金属防治的常见措施。本文为探究我国镉污染农田上水稻的安全生产措施，以镉低积累型水稻品种嘉33和秀水128为材料，通过田间试验研究了低积累水稻品种联合不同调控技术在重度污染以及中、轻度污染农田上恢复安全生产的应用效果、调控机制以及调控措施对土壤环境质量的影响。取得的主要结果如下:
　　1.重度污染农田上镉低积累型水稻品种联合阻控剂进行安全生产的调控技术研究。选择海泡石、腐殖酸作为阻控剂，研究重度污染农田上2种阻控剂单独施用及配施下对嘉33和秀水128阻控效应。
　　(1)研究不同施用量下水稻子实镉含量、各部位镉含量的变化表征阻控效果，结果表明:施用阻控剂可不同程度地降低水稻精米镉含量。不施阻控剂时，嘉33和秀水128的精米镉含量分别为0.215 mg·kg-1、0.245 mg·kg-1，嘉33低于秀水128，均超过国家食品安全标准(GB2762-2012)规定的0.2 mg·kg-1。施用海泡石后，嘉33精米镉含量下降5.58％～37.67％，秀水128降低7.76％～28.98％;海泡石施用量超过0.45 t·667m-2时，2个品种子实镉含量均低于0.2 mg·kg-1;海泡石施用量为0.75 t·667m-2时，嘉33和秀水128的精米镉含量分别降至0.139mg·kg-1和0.1引mg·kg-1;继续增加施用量，精米镉含量变化不明显，因此，海泡石的最佳施用量是0.75 t·667m-2，比普通品种所需的1.5 t·667m-2的施用量大大降低。配施处理下，水稻精米镉含量随阻控剂施用量的增加而逐渐降低;嘉33精米镉含量在0.145 mg·kg-1～0.196 mg·kg-1间，均达到国家安全标准，较对照下降8.84％～32.56％;秀水128精米镉含量在0.174 mg·kg-1～0.231 mg·kg-1间，较对照下降5.71％～28.98％，Z4、Z5处理低于国家安全标准;嘉33的配施处理最佳施用水平是Z4（海泡石0.525 t·667m-2+腐殖酸0.175 t·667m-2）;秀水128为Z5（海泡石0.75 t·667m-2+腐殖酸0.25 t·667m-2）。施用腐殖酸后，嘉33、秀水128精米镉含量最多下降13.49％和21.63％，分别为0.186 mg·kg-1和0.192 mg·kg-1。总的来说，海泡石处理和配施处理效果优于腐殖酸处理。嘉33和秀水128各部位镉含量均为根＞茎＞叶，总的来看，水稻茎、叶镉含量随阻控剂的施用量增加而降低，且海泡石处理、配施处理对茎、叶镉含量的降低效果优于腐殖酸处理。不同处理间的根部镉含量存在差异，但没有表现出随阻控剂施用量变化的特定规律。
　　(2)测定不同处理下土壤pH、土壤有效态镉含量、土壤镉形态分布来探究阻控剂的调控机理。研究发现，其调控机理主要是通过将可交换态转化为其他形态，从而降低土壤有效态镉含量，使水稻各部位镉含量减少。结果表明:海泡石处理和配施处理下土壤pH显著提高，海泡石处理、配施处理下土壤pH上升，最多可以提高2.08和2.32个单位，达到7以上。试验区土壤镉主要以可交换态、铁锰氧化物结合态以及残渣态的形式存在。海泡石处理、腐殖酸处理和配施处理分别使可交换态镉含量最多降低30.23％、17.81％和25.44％。海泡石处理下铁锰氧化物结合态提高了25.69％～95.58％，残渣态镉含量提高了53.58％～113.88％。腐殖酸处理下，碳酸盐结合态提高了16.39％～54.1％。海泡石处理、腐殖酸处理、配施处理下有效态镉下降幅度分别为31.16％～65.50％、19.53％～38.10％、10.53％～60.99％。
　　(3)测定土壤养分变化来评价阻控剂对土壤环境质量的影响。研究发现，腐殖酸处理和配施处理对土壤碱解氮的影响不显著，海泡石处理总体上看表现出使土壤碱解氮下降的趋势。3种处理均能不同程度地增加土壤有效钾和有效磷含量。3种修复措施都没有造成土壤养分的大量缺失，可以用于当地土壤重金属污染修复。
　　(4)综上所述，在试验区重度污染农田上，利用镉低积累型水稻品种联合阻控剂可以实现水稻的安全生产。其中，海泡石处理和配施处理效果较好，且阻控剂的施用量远远少于普通水稻品种。
　　2.通过田间试验，研究了湘阴地区中、轻度污染程度的农田上嘉33和秀水128子实对镉的积累规律。结果表明，嘉33和秀水128两个水稻品种子实对镉的积累量总体上随着土壤全镉的增加而呈递增的趋势。通过相关性分析，发现子实镉含量与有效态镉存在极显著的相关性。基于国家标准(GB2715-2012)中对大米中镉限定值0.2 mg·kg-1，得到嘉33、秀水128的土壤镉有效态安全临界值，分别为0.307 mg·kg-1和0.292 mg·kg-1。
　　3.中、轻度污染土壤上低积累型水稻品种联合农艺措施进行安全生产的调控技术研究。通过水分管理和增施钙镁磷肥研究水肥管理对水稻精米镉含量和产量的影响。在中、轻度污染的新龙村（土壤Cd为0.38 mg·kg-1），常规水肥条件下嘉33精米镉含量为0.181 mg·kg-1和秀水128和0.213 mg·kg-1，即直接种植嘉33可实现安全生产，秀水128则不能。通过常年淹水和增施钙镁磷肥，2个水稻品种的精米镉含量下降，并都可以达到国家食品安全标准，实现中、轻度污染土壤上的安全生产。
　　4.调控土壤pH和有机质两重要土壤因子对水稻精米镉积累的影响。通过施用石灰和有机肥提高土壤pH和土壤有机质均可降低土壤有效态镉含量，促进土壤镉向有效性较低的形态转化，减少土壤镉向水稻植株的迁移及其在水稻精米中的积累;相关性分析表明，精米镉积累量与土壤pH和土壤有机质含量存在显著或极显著负相关，可见土壤pH和土壤有机质是调控水稻精米镉积累的两重要因子。上述结果综合表明，低镉积累品种嘉33和秀水128与合理调控土壤pH和土壤有机质措施有机结合，可实现湘阴地区更多镉污染农田的稻米安全生产和输出。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1 引言

2 我国农田和水稻重金属污染

2．1 我国农田重金属污染概况

2．2 我国水稻重金属污染概况

3 水稻及土壤重金属污染防治措施

3．1 工程措施

3．2 植物修复技术

3．3 原位化学钝化技术

3．4 微生物修复技术

4 重金属低积累型水稻品种筛选

4．1 作物对重金属积累的种间和种内差异

4．2 低积累型水稻品种筛选

5 阻控剂在水稻重金属防治方面的应用

5．1 硅钙物质的应用

5．2 黏土矿物的应用

5．3 有机物料的应用

6 水稻重金属污染调控农艺措施

6 研究内容与技术路线

第二章 镉低积累型水稻品种联合阻控剂在重度污染农田上的安全生产研究

1 前言

2 材料与方法

2．1 供试材料

2．2 试验方法

2．3 测定项目和方法

3 结果与讨论

3．1 镉低积累型水稻品种联合阻控剂在重度污染农田上的应用效果

3．2 镉低积累型水稻品种联合阻控剂在重度污染农田上的调控机理

3．3 联合调控技术对土壤环境质量的影响

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．2 结论

第三章 中轻度污染条件下镉低积累型水稻子实镉积累与土壤镉的剂量效应关系及调控研究

1 前言

2 材料与方法

2．1 供试材料

2．2 试验方法

2．3 测定项目和方法

3 结果与分析

3．1 田间条件下水稻嘉33和秀水128精米镉积累与土壤镉之间的剂量-效应关系

3．2 镉低积累水稻品种联合农艺措施在中、轻度污染农田上的应用效果

3．3 镉低积累水稻品种联合土壤因子调控措施在中轻度污染农田上的应用效果

4 讨论与结论

4．1 讨论

4．2 结论

第四章 全文总结

4．1 重度污染农田上镉低积累型水稻品种联合阻控剂的调控技术研究

4．2 中轻度污染条件下镉低积累型水稻子实镉积累与土壤镉的剂量效应关系及调控研究

参考文献

作者简介