渝西粮食主产区Cd轻度污染稻田安全利用技术模式探讨

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渝西地区是重庆市粮食主产区,区域土壤污染特征为以镉(Cd)为主的轻微至轻度污染,安全利用是区域农地土壤重金属污染风险控制的主要策略。但目前本地低Cd累积水稻筛选尚在进行中,缺乏定型品种,钝化剂缺乏大面积实际应用,尚未建立适配本地区域特征的稻田重金属污染修复与安全利用技术模式。因此本试验选择该区域酸性和钙质两类典型紫色稻田土壤,开展了低累积水稻品种联合钝化剂的田间原位修复试验,比较了水稻低累积品种常两优772联合使用硅钙肥、铁粉、生物质炭和秸秆有机肥四种钝化剂及两种叶面阻控剂(叶面硅肥和含硒硅肥)的修复效果;通过室内钝化模拟实验,比较了4种钝化剂对土壤基本性质变化及Cd形态(BCR提取法)的转化的影响;初步构建了区域稻田土壤安全利用技术模式,为水稻安全生产提供技术支撑。主要结果如下:(1)在酸性和钙质两类紫色稻田土壤上,除Fe粉外的其他3种钝化剂均提高了水稻稻谷产量,酸性紫色稻田土壤上以秸秆有机肥效果最好,增产47.43%;而在钙质稻田土壤上则以生物质炭最好,增产23.95%。钙质水稻土上,叶面硅肥和含硒硅肥两种叶面阻控剂施用均能增加水稻产量,增产幅度分别为19.35%和25.46%,以叶面喷施含硒硅肥的效果更好;而在酸性水稻土中未发现明显增产作用。(2)酸性紫色稻田土壤(pH=4.75)上单纯低累积水稻品种不能满足水稻安全生产要求,联合钝化剂施用,稻米Cd含量降幅为14.81%~54.88%,除硅钙肥外其他3种钝化剂稻米Cd含量均达到安全食用标准(0.2 mg·kg-1,GB 2762-2017);而钙质紫色稻田土壤(pH=7.77)上,不同处理稻米Cd含量在0.012~0.030 mg·kg-1之间,均未超过安全标准,但施用钝化剂(除生物质炭外)仍然可使稻米Cd含量降低,降幅为26.67%~59.00%。(3)钝化剂和叶面阻控剂影响Cd在稻株体内的转运。以酸性土壤为例,硅钙肥可降低茎中Cd向糙米的转运,Fe粉和生物质炭可减少根部Cd的富集并降低茎中Cd向糙米的转运,秸秆有机肥可降低根系Cd向茎中的转运。两种叶面阻控剂均能抑制水稻茎中Cd向糙米的转运,从而显著降低稻米Cd含量,酸性和钙质水稻土稻米Cd降幅分别为39.73%~51.85%和40.00%~43.33%,糙米Cd含量都低于国家食品安全卫生标准限定值。(4)添加4种钝化剂均能促进土壤Cd向残渣态转化,降低土壤中有效Cd含量,进而降低了水稻各器官中Cd的积累。在酸性土壤中生物质炭对土壤Cd的钝化效果最好,钙质土壤中则是秸秆有机肥钝化效果最好。酸性土壤上硅钙肥和秸秆有机肥显著提升了酸性土壤pH值和有机质含量,相应地土壤有效Cd含量降低了39.45%和34.69%;在钙质土壤上此现象则不明显。此外,酸性土壤中施用钝化剂对土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶等重要酶的活性无不良影响。(5)本试验使用的4种钝化剂和2种叶面阻控剂不仅能降低糙米Cd含量,而且还有助于稻米营养品质的改善。在酸性土壤上,硅钙肥、生物质炭和Fe粉显著提升了糙米Zn含量;在钙质土壤中,硅钙肥显著提升了糙米Fe元素含量和Zn元素含量。两种叶面肥提高了稻米Se,Si和蛋白质含量,综合效果以叶面含硒硅肥更优。(6)室内模拟污染土壤实验表明,酸性土壤的酸度调节对控制Cd的有效性具有重要意义。Ca Cl2提取态Cd含量主要受到弱酸提取态(AE-Cd)、可氧化态(OXD-Cd)以及残渣态(RES-Cd)Cd含量影响较大,残渣态Cd含量对Ca Cl2提取态Cd含量具有明显的负贡献,其他3种形态的Cd含量对Ca Cl2提取态Cd含量具有正向贡献。施加钝化剂可通过改变土壤酸度和影响土壤溶解性有机碳(DOC)与Cd2+的络合作用,促进土壤Cd形态向活性比较低的其他3种形态转化,从而可以降低Cd的有效性。
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