不同水分管理模式下外源硫素对水稻吸收镉的调控效应

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稻田镉污染及其导致的稻米健康风险问题日益受到重视,采取田间水分管理和硫肥施用削减水稻镉积累均已开展较为广泛研究。然而,土壤中硫素的供给水平受到水分条件的影响,但水分管理和硫素施用耦合调控水稻镉吸收的研究还有待加强。因此,以镉污染水稻土为对象,通过盆栽试验和根袋栽培措施,研究长期淹水(F)、干湿交替(FM)和湿润灌溉(M)3种水分管理模式下,施加单质硫(S0)和硫酸根(S)对水稻吸收累积镉的调控效应,并结合土壤理化性质变化、根表铁膜形成及其对镉的固定探讨了其作用机理。主要研究结果如下:(1)3种不同水分管理对水稻生物量无显著影响,但水稻各器官的镉含量随水分的增加而降低,呈现出FⅥ均显著降低了稻米Cd含量,其中F模式下降幅相对较小,为15.7%~41.6%,在M模式下的降幅最大,为35.5%~56.3%,FM模式下的效果介于两者之间。但施用S0对成熟期稻米Cd含量的影响较小,仅在FM模式下S0施用量达30和40 mg/kg时出现显著差异,降幅分别为17.7%和25.2%。(2)在不同水稻生育期,施加2种形态硫素对水稻根Cd含量有一定提高,但均能有效降低镉向地上部的转运。施用S对分蘖期水稻根部Cd含量影响较小,但降低了向地上部的转运(TF地上部/根),降幅为14.2%~58.0%。而施用S0显著提高了分蘖期根镉含量,增幅54.0%~84.8%,同时TF地上部/根降低0.8%~55.4%。施用S提高了水稻成熟期根部镉含量,增幅为10.4%~17.0%,TF稻草/根和TF稻米/根的转运分别降低12.9%~52.8%和7.1%~54.7%。而施加S0显著增加根镉含量3.6%~71.9%,而TF稻草/根和TF稻米/根的转运分别降低0.6%~54.6%和6.0%~41.3%。(3)在水稻的整个生育期中,土壤p H在不同水分管理模式下呈现F>FM>M的规律,非根际土壤p H高于根际。在分蘖期、灌浆期和成熟期,施加S均提高了根际土壤p H,最大增幅0.97~2.31单位,但降低非根际p H,最大降幅0.54~1.06单位。施加S降低了根际有效态Cd的含量,降幅最大为45.3%~57.5%。在三个时期中非根际中土壤p H和有效态Cd未表现出一致性规律。施加S促进了水稻根表铁膜生成,DCB-Fe和DCB-Mn最高增幅可达72.9%和49.4%,虽然促进了水稻根部对Cd的吸收,但可使大部分Cd富集在水稻根表和根内,降低了Cd从根向稻米的转运,从而降低稻米中Cd的累积。综上,采取水分管理结合施用S能有效降低根际土壤Cd的有效性,促进水稻根表铁膜生成和对Cd的固定,阻控水稻吸收Cd向地上部的转运,削减稻米Cd的积累。
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