钝化剂和水分管理对水稻-空心菜间作体系中镉迁移转化的影响

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水稻是世界上重要的粮食作物。水稻等作物镉污染导致的食品安全问题,极大危害人体身体健康。我国人多地少,粮食供给紧张,水稻安全生产与土壤重金属修复的兼顾成为亟待解决的问题。钝化剂可以通过改变土壤p H、氧化还原性等理化性质来影响镉的有效性,而不同水分管理可以通过影响土壤p H以及水稻根系铁膜的形成来影响镉的吸收。因此,本论文采用盆栽模拟和长沙大田试验,分别研究未施用钝化剂、施用粤田硅钙镁、铁基生物炭+复合菌剂和淹水、干湿交替、干旱处理下水稻单作、水稻-空心菜间作、空心菜单作等种植模式下镉的迁移转化,为中低浓度镉污染酸性土壤中水稻“边生产边修复”提供一定的参考依据。主要研究结果如下:(1)钝化剂盆栽试验表明,施用钝化剂后水稻单株产量增加。单作情况下,粤田硅钙镁、铁基生物质炭+复合菌剂处理分别使水稻增产7.94%、2.43%,间作则分别增产14.37%、9.07%;与单作相比,在间作情况下未施用钝化剂、粤田硅钙镁、铁基生物质炭+复合菌剂处理分别增产24.79%、32.22%、32.88%。(2)钝化剂盆栽试验表明,施用钝化剂后不同种植模式下的糙米镉含量均有降低。水稻单作情况下粤田硅钙镁、铁基生物质炭+复合菌剂处理使糙米中镉分别降低49.87%、21.86%,水稻和空心菜间作则分别降低41.33%、48.32%。与单作相比,在间作情况下未施用钝化剂、粤田硅钙镁、铁基生物质炭+复合菌剂处理使糙米中镉分别降低29.24%、17.18%、53.21%。(3)钝化剂盆栽试验表明,水稻-空心菜间作系统中水稻是具有竞争优势的作物,土地当量比均大于1。未施用钝化剂、粤田硅钙镁、铁基生物质炭+复合菌剂处理下,间作系统每公顷镉提取总量相对水稻单作分别增加15.26%、4.65%、6.67%,相对空心菜单作分别减少12.03%、23.29%、7.73%。间作系统在提高水稻单株产量的同时增加了镉提取总量。糙米镉含量与水稻根、茎、叶、及单株水稻镉提取量、水稻富集系数显著相关(P<0.05),与土壤p H值、土壤镉可交换态含量负相关但各处理间差异不显著。(4)不同水分管理盆栽试验表明,不同水分条件会改变土壤p H。与干旱处理相比,水稻淹水和干湿交替处理均可提高土壤p H,而淹水条件下p H增加最多。水稻根表铁膜随着水稻生长而降低,不同水分处理下铁膜含量为:淹水>干湿交替>干旱,根表镉含量和根表铁膜含量负相关。(5)不同水分管理盆栽试验表明,间作与单作相比,水稻淹水、干湿交替、干旱条件下单株水稻产量分别增产25.30%、38.01%、2.87%。水稻淹水、干旱条件下,间作相对单作处理,糙米镉含量分别降低2.29%、2.87%,干湿交替条件下增加7.61%。(6)不同水分管理盆栽试验表明,水稻-空心菜间作处理土地当量比均大于1。间作体系中,淹水时水稻不具有竞争优势,干湿交替和干旱时水稻具有竞争优势。淹水情况下,水稻-空心菜间作分别比两者单作的总镉提取量增加了1433.48%、68.57%。间作处理不仅提高水稻单作产量,而且极大增加了镉提取总量。(7)不同水分管理下的镉污染大田水稻-空心菜间作及两者单作试验表明,水稻淹水、干湿交替、干旱三种水分管理处理下糙米镉含量均表现为间作水稻高于单作水稻。每公顷镉提取量均表现为间作水稻高于单作水稻,但都符合国家糙米镉含量小于0.02 mg·kg-1的标准。
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