我国受重金属污染的耕地面积约占耕地总面积的20%,修复难度大、耗时长、成本高,给污染治理带来了极大的困难与挑战。水稻是吸收镉且籽粒积累十分强烈的特殊大宗粮食作物,通过土壤-水稻植株-糙米间迁移积累是土壤镉污染损害人体健康的主要途径。糙米对镉的富集受体内信号物质传导的影响,外源有机碳可有效阻控镉在糙米中的积累,是一种防控稻田镉污染保障食品安全的有效途径。本研究进一步开展有机碳喷施方法的优化并探讨其阻控机理,包括不同镉污染程度下有机碳喷施浓度的优选,水稻不同生育期喷施有机碳对镉积累和锰吸收的影响,喷施有机碳对水稻生理生化指标及镉、锰在叶片细胞器中的分布等,为通过喷施有机碳防控稻田镉污染提供技术支撑和理论依据。主要研究结果如下:(1)不同镉污染水平下,喷施TS的各处理糙米镉含量均显著降低,降低幅度随土壤镉浓度的升高而增大,在低污染水平下降幅可达35%,而在中高污染水平下降幅可达55%-66%;在同一土壤镉水平下,喷施5种不同浓度的TS各处理间差异相对较小,且糙米镉含量降幅最大的TS喷施浓度在不同镉污染水平土壤上表现的规律不尽一致,综合来看,TS喷施浓度0.6 mmol/L在不同污染水平下均有较好的效果;从水稻镉积累的分布看,喷施TS的处理稻草中镉比重均不同程度增加,而剑叶、糙米和稻壳中比重下降,且随土壤镉含量水平增加幅度增大;收获时生物量和稻谷产量的测定结果表明,喷施TS可促进水稻生长,增加稻谷产量,在土壤镉高污染水平下(Cd 6.2331 mg/kg)稻谷增产17%-39%。(2)镉污染稻田土壤(Cd 2.7149 mg/kg)喷施不同浓度FS、CS和BS均能显著降低糙米中镉含量,降幅分别达65.8%-72.1%、54.6%-78.4%、67.8%-77.9%,同时不同程度地降低糙米中锰含量,降幅分别为2.2%-18.7%、2.5%-15.3%、4.0%-13.3%。最优不同喷施浓度与有机碳的种类有关,FS的5种不同喷施浓度处理间糙米中镉浓度差异不显著,但随FS喷施浓度的增加糙米中锰含量下降;CS喷施浓度为0.6 mmol/L的处理糙米中镉降幅最大,而不同喷施浓度处理间糙米中锰含量没有显著性差异;BS喷施浓度为0.2 mmol/L的处理糙米中镉降幅最大,但与喷施0.4mmol/L、0.8 mmol/L的处理差异不显著,而不同喷施浓度处理间糙米中锰含量同样没有显著性差异。(3)FS分别作用在水稻不同生育期(Ⅰ-分蘖期;Ⅱ-分蘖期和抽穗期;Ⅲ-分蘖期和抽穗期及灌浆期),随喷施次数的增加糙米中镉含量下降,其中Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ处理下Cd降低量依次为63.16%-73.36%、44.25%-53.18%、32.11%-43.48%,在三个时期均喷FS的处理(Ⅲ)对糙米中镉富集的阻隔效果最好,但喷施浓度间差异较小;糙米中Mn含量下降有类似的规律,在Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ处理下Mn降低量依次为7.33%-10.86%、4.49%-12.08%、0.80%-4.89%,但降低幅度较小。(4)土壤不同镉含量水平下,喷施FS可不同程度提高水稻叶片脯氨酸和蛋白质含量以及过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)、超氧化物歧化酶(SOD)活性,随土壤镉含量水平的提高,水稻叶片中脯氨酸含量及POD、CAT活性有增加的趋势。盆栽水稻灌浆期叶片各细胞器中镉和锰含量测定结果表明,叶片细胞器中Cd、Mn含量大小符合F1(细胞壁)>F5(核糖体及细胞内可溶物)>F2(叶绿体)>F3(细胞核)≈F4(线粒体);与喷清水对照相比,不同土壤镉含量水平下喷施FS后水稻叶片细胞壁Cd含量比例均有所增加,由低至高5个土壤镉含量水平的细胞壁中镉所占比例分别从34.52%→37.29%、38.75%→45.34%、52.31%→57.14%、56.44%→63.62%、64.94%→68.13%,表明喷施FS可有效提高细胞壁对Cd的截留能力;喷施FS对锰在细胞壁和细胞器中分布的影响有与镉类似的规律。上述研究结果为进一步揭示外源有机碳阻控水稻镉向糙米中积累提供了科学依据,为通过喷施有机碳防控稻田镉污染、保障糙米食用安全提供了技术支撑。