镉胁迫对粉葛幼苗生长、生理特性及镉富集的影响

【目的】镉污染严重威胁农业生态与人类健康,探究作物对镉的累积效应及生理机制对重金属污染的治理意义重大。以赣葛1号为材料,探讨镉胁迫下粉葛幼苗的生长、镉富集特性、耐受性及生理响应。【方法】本研究采用水培试验,检测分析了不同浓度镉(0,10,25,50,100 mg/L)胁迫对粉葛幼苗镉含量、叶片过氧化物酶、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶、丙二醛、可溶性糖、可溶性蛋白含量等指标的影响。【结果】介质中镉对粉葛幼苗的生长具有“低促高抑”的作用,叶片(叶长、叶宽)日增长率随介质中镉浓度增加呈先增后降趋势,在25 mg/L浓度时达最大。总体上,随着镉浓度的升高,粉葛叶片过氧化物酶和超氧化物歧化酶活性呈“先升后降再升”的变化趋势,其中过氧化物酶活性显著增加了174.90%~200.13%;过氧化氢酶、丙二醛和可溶性糖含量呈先降低后升高的趋势;而可溶性蛋白含量呈先增加后降低的趋势。粉葛根系、叶片中镉含量均随着镉浓度的增加而显著增加(P<0.05),根系和叶片富集系数分别为24.42~28.36和5.24~8.39;相关性表明粉葛幼苗根系、叶片中镉含量与介质中镉含量均表现为极显著正相关关系(P<0.001)。【结论】粉葛是一种潜在的镉忍耐植物,具备较强的镉富集能力,并通过调节抗氧化系统和根系固持来缓解镉毒害。该研究结果为寻找合适的植物修复材料提供了理论依据。

土壤改良剂对Cd污染石灰性稻田土壤Cd形态与水稻Cd积累的影响

【目的】镉(Cd)是一种有毒重金属,稻田Cd污染和稻米中Cd的积累已严重影响了现代农业高质量发展。研究不同土壤改良剂对南方Cd污染石灰性稻田中土壤Cd化学形态变化及水稻吸收积累Cd的影响,为选择适合修复南方石灰性稻田Cd污染的钝化材料和保障粮食安全生产提供理论依据。【方法】研究以Cd污染石灰性稻田为研究对象,通过大田原位修复试验,在等量氮磷钾养分投入条件下,研究了添加土壤调理剂(AF)、炭基微生物菌剂(CMF)和复合微生物肥+RBM微生物液体菌剂(RBM)对Cd污染稻田土壤化学性质、Cd形态含量变化以及水稻各部位Cd富集与转移的影响。【结果】施用土壤改良剂在一定程度上能保证水稻产量。与单施化肥处理相比,添加炭基微生物菌剂可以提高土壤有机碳含量,增幅为13.19%,而且施用土壤改良剂的处理均能增加土壤CEC,同时降低水稻成熟期土壤DTPA有效态Cd含量和土壤酸可提取态Cd含量,其中AF和CMF处理土壤酸可提取态Cd含量显著降低了8.84%和8.37%,促进了土壤Cd由活性强的形态向稳定态转化;通过BCR法分析土壤中Cd的4种化学形态发现,各处理土壤化学形态Cd含量大小均表现为残渣态>可还原态>酸可提取态>可氧化态;AF处理TF_(Leaf/Stem)降低了15.01%,而CMF和RBM处理TF_(Leaf/Stem)分别提高了15.14%和28.29%;此外,CMF处理水稻植株中TF_(Stem/Root)和TF_(Rice/Root)分别降低了29.61%和43.52%,进而导致施用土壤改良剂的处理糙米中Cd含量降幅为22.75%~26.98%。相关分析表明,土壤有机碳与可氧化态和残渣态Cd含量呈显著正相关,糙米Cd含量与土壤酸可提取态Cd含量和糙米Cd富集系数均呈显著正相关。【结论】Cd污染石灰性稻田中施用土壤调理剂、炭基微生物菌剂、复合微生物肥+RBM微生物液体菌剂主要是通过提高土壤有机碳和CEC达到削减Cd生物有效性的效果,进而减少了水稻植株对Cd的吸收,降低了Cd从水稻根系向地上部的转移。可以考虑采用炭基微生物菌剂和复合微生物肥修复Cd污染石灰性稻田,达到生态修复目标。

炭基微生物菌剂对红壤性水稻土-水稻系统中Cd行为的影响

为探讨炭基微生物菌剂使土壤Cd生物活性降低和水稻对Cd吸收减少的可能性,采用盆栽试验,以单施NPK化肥为对照(CF),对比分析了石灰、牡蛎壳粉和炭基微生物菌剂对Cd污染红壤性水稻土土壤化学性质、土壤Cd形态分布和水稻Cd吸收迁移的影响。结果表明,添加石灰和牡蛎壳粉均可显著提高土壤pH值(增加0.31~0.86个单位),添加炭基微生物菌剂能提高土壤总有机碳(TOC)含量,较CF增幅为10.04%(P<0.05)。添加石灰、牡蛎壳粉和炭基微生物菌剂均对生物有效Cd(DTPA有效态、酸可提取态)含量有显著的降低作用。与对照相比,添加石灰、牡蛎壳粉和炭基微生物菌剂处理的DTPA有效态Cd含量分别显著降低了24.97%、19.52%和17.13%(P<0.05),同时促进土壤Cd从酸可提取态向残渣态转化。此外,添加炭基微生物菌剂对水稻成熟期的根系、茎叶和籽粒的干物质积累均具有较明显的促进作用。与对照相比,石灰和炭基微生物菌剂处理后糙米Cd含量分别降低了42.83%和54.57%(P<0.05),糙米对土壤Cd的生物富集系数(BCF)降低了41.57%和53.93%(P<0.05)。相关分析结果显示,土壤DTPA有效态Cd含量与pH值呈显著负相关,水稻植株(糙米、茎叶、根系)Cd含量与酸可提取态和可还原态Cd含量呈显著正相关(P<0.05)。线性预测方程证明糙米中Cd积累直接来自根系和秸秆的转移,而且土壤中酸可提取态Cd是糙米中Cd积累的最佳预测因子。综上,石灰、炭基微生物菌剂对Cd污染红壤性水稻土都表现出很好的修复效果,从降镉和协同提升土壤质量的角度来看,炭基微生物菌剂可作为一种比较理想的镉污染稻田土壤修复改良剂。本研究结果为南方红壤性稻田Cd污染治理提供了新思路。

石灰和牡蛎粉对酸性镉污染农田粉葛增产降镉效应

为探究含钙物质对酸性镉污染农田粉葛生长及镉富集特征,以江西省新余市酸性镉污染土壤为研究对象,研究了施用石灰和牡蛎粉2种钙素材料对土壤化学性质、粉葛各部位镉含量及生物量的影响。结果表明,与对照比,施钙(石灰、牡蛎粉)处理显著提高了土壤pH(0.85~0.87个单位),显著降低了土壤有效态镉含量(53.85%),施钙处理还降低了镉在粉葛体内富集。与对照相比,石灰处理粉葛总生物量、产量和收益分别增加了34.26%、38.20%和107.15%,块根和葛粉中镉含量分别降低了34.09%和15.38%。与对照相比,牡蛎粉处理粉葛总生物量、产量和收益分别增加了42.46%、38.07%和173.08%,块根和葛粉中镉含量分别降低了63.64%和69.23%,其中以牡蛎粉处理的增产降镉效果最佳。相关分析表明,粉葛生物量及产量与土壤pH呈显著正相关(P<0.05),与土壤镉含量呈显著负相关(P<0.05);粉葛各部位镉含量与土壤pH呈显著负相关(P<0.05),与土壤中镉含量呈显著正相关(P<0.05)。综上,在镉污染耕地上施用牡蛎粉(2250 kg·hm^(-2))更有利于促进粉葛的生长,提高粉葛产量、品质及收益,同时还能有效降低镉在粉葛体内的富集,实现粉葛安全生产。

化肥配施土壤调理剂对酸化红壤性水稻土改良效果研究

【目的】针对我国南方酸化红壤性稻田,研究化肥配施土壤调理剂对水稻产量及土壤化学性质的影响,以期为土壤调理剂在酸性稻田土壤的改良提供理论依据和技术支撑。【方法】以南方酸性稻田土壤为研究对象,以杂交水稻品种H优518为供试材料,通过大田试验,分析化肥(常量、减10%、20%、30%)配施不同用量土壤调理剂(750,1500,2250 kg/hm^2)对水稻产量及其构成因素、成熟期干物质积累量、土壤pH及土壤养分的影响。【结果】增施土壤调理剂能显著提升土壤pH,相较于常量施肥,处理70%F+150 pH上升0.48个单位,而且增施2250 kg/hm^2土壤调理剂对提高土壤有机质和有效磷含量具有显著效果,但是对土壤氮素养分和速效钾含量影响不明显。水稻产量处理100%F+100和100%F+150最高,且显著高于处理80%F+100和70%F+150,增幅分别为8.79%和9.39%。常量施肥条件下,处理100%F+50、100%F+100和100%F+150产量均高于处理100%F,但未达到显著水平。减施化肥条件下,水稻产量处理90%F+50略高于处理100%F,但差异不显著。各处理的成熟期总干物质积累量差异不显著,水稻产量与成熟期总干物质积累量呈显著直线正相关。【结论】常量施肥添加2250 kg/hm^2土壤调理剂能改良酸性土壤、提高土壤有效养分含量和实现水稻高产。

长期绿肥和秸秆还田替代部分化肥提升红壤性水稻土酸解有机氮组分比例及供氮能力

【目的】氮是限制土壤生产力的重要营养元素。研究长期施用绿肥和秸秆下,红壤性稻田土壤氮组分含量的变化及其与氮素供应容量和强度的关系,深化理解有机肥提高土壤肥力的理论。【方法】长期定位试验位于江西农业大学科技园内,始于1981年,供试土壤为第四纪红色粘土发育的潴育性水稻土。设置4个处理:无肥(CK);单施化肥(F);翻压紫云英作早稻基肥+追施化肥(MF);翻压紫云英和稻草还田作晚稻基肥+追施化肥(MSF)。2019年晚稻收获后,测定0—20 cm土层土壤有机氮组分、全氮、可矿化氮、微生物量氮含量,研究碱解氮释放特性及其与有机氮组分的关系。【结果】施肥显著提高了土壤中各形态氮素的含量。在等量氮磷钾养分投入条件下,MF和MSF处理分别提高了土壤全氮15.03%和24.35%、矿化氮35.73%和58.02%、微生物量氮21.73%和36.73%(P <0.05),MSF处理增加效果最显著。土壤碱解氮的供应强度均表现为MSF>MF>F>CK;供应容量MSF和MF处理均显著高于F处理,增幅分别为19.01%和25.22%。MF和MSF处理土壤酸解总有机氮含量显著高于CK和F处理;MSF处理的酸解氨态氮、酸解氨基酸态氮、酸解未知氮含量均显著高于F处理,增幅分别为36.02%、33.52%和26.58%,而土壤非酸解性氮含量处理间差异不显著。逐步线性回归和通径分析表明,土壤微生物量氮和酸解氨态氮是土壤矿化氮的主要来源,而土壤微生物量氮是碱解氮的主要直接贡献者。【结论】在等氮磷钾施肥量下,长期有机养分替代部分化肥有效提高了红壤性水稻土有机氮中微生物量氮和酸解氨态氮的含量,促进了土壤有机氮的矿化,提升了土壤碱解氮含量,进而改善了稻田土壤的氮素供应容量和强度。绿肥和秸秆联合还田的效果优于绿肥单独还田。

化肥配施土壤改良剂对双季稻产量、经济效益及土壤化学性质的影响

【目的】施用土壤改良剂是我国南方红壤酸性稻田土壤改良的主要方法,研究化肥配施土壤改良剂对双季稻产量、经济效益及土壤化学性质的影响,旨在为我国南方红壤酸性稻田改良及合理施肥提供理论基础和数据支撑。【方法】以水稻品种中嘉早17和H优518为早稻、晚稻供试材料,通过大田试验,研究化肥配施不同用量(150、300、450、600 kg/hm2)土壤改良剂对红壤酸性稻田土壤pH值、土壤有效氮磷钾养分、土壤CEC、水稻产量及其构成因素和经济效益的影响。【结果】增施土壤改良剂有利于提高红壤酸性稻田土壤pH和CEC,而对土壤有效氮磷钾养分含量的影响不大。常量施肥条件下,增施土壤改良剂对早稻产量无显著影响,但显著提高了晚稻产量,与单施化肥处理相比增幅为4.0%~5.6%。减施25%化肥条件下,随着土壤改良剂用量增加,早、晚稻产量均呈增加的趋势,但处理间无显著差异。从水稻净收益和产投比来看,早稻减施25%化肥和晚稻常量施肥分别配施150 kg/hm2土壤改良剂有利于提高周年水稻种植的经济效益。【结论】化肥配施土壤改良剂对我国南方红壤稻田酸化改良有一定效果,而且在一定程度上增加了水稻产量和经济效益。

江西省耕地土壤pH值和养分状况调查

按中国第二次土壤普查推荐的土壤养分和pH值的分级标准,对2014年江西省5个不同区域(赣南、赣北、赣中、赣西、赣东北)的94个县(市)具有代表性的4 188个耕地土壤的养分和pH值的测定数据进行比较分析,探明江西省耕地土壤养分及pH状况。结果表明:江西省耕地土壤pH值平均为5.3,偏酸性;赣南、赣北耕地土壤有机质质量分数均值分别为28.5、25.8 g/kg,属中等水平,而赣中、赣西和赣东北土壤有机质质量分数均值分别为31.9、33.9、31.1 g/kg,属较丰富水平;赣南土壤碱解氮质量分数均值为144.4 mg/kg,属较丰富水平,其他4个区域的均值均高于150 mg/kg,属丰富水平;赣南、赣中土壤有效磷质量分数均值分别为21.8、21.6 mg/kg,属较丰富水平,其他3个区域的属中等水平;5个区域土壤速效钾质量分数均值均在50~100 mg/kg,属较缺乏水平。可见,江西省耕地土壤酸化严重,养分极不平衡。

富硅生物炭有效提高红壤性稻田土壤不同形态硅含量及水稻产量

【目的】硅是水稻正常生长发育的有益元素,研究富硅生物炭对红壤性稻田土壤中硅形态、水稻产量和硅吸收的影响,旨在为富硅生物炭在水稻生产上的应用提供科学依据。【方法】以南方红壤性水稻土为研究对象进行水稻盆栽试验,供试水稻品种为‘美香粘2号’。试验包括5个硅生物炭材料:1个低硅(BW3)、2个中硅(BH7、BB7)和2个富硅生物炭(AH、AB),每个生物炭材料添加量分别为盆栽土量的0.4%和0.8%,以不添加生物炭的处理为对照(CK)。水稻成熟期测产,并将水稻植株分为根、茎、叶样品,测定生物量及硅吸收量。同时,以连续化学浸提法测定土壤不同形态硅的含量。【结果】添加富硅生物炭显著增加了土壤有效硅、有机结合态硅及铁锰氧化物结合态硅的含量。5个生物炭材料中,以添加AB生物炭的处理增加幅度最高,其土壤有效硅、有机结合态硅及铁锰氧化物结合态硅较CK分别提高了184.23%、59.53%和117.54%。双因素方差分析结果表明,生物炭的硅水平和添加量对水稻产量、秸秆生物量、根部生物量均有极显著影响(P<0.01),且二者间交互作用极显著(P<0.01)。添加生物炭的处理间水稻籽粒产量差异显著(P<0.05);除低量低硅生物炭(BW3)处理外,其他生物炭处理水稻籽粒产量均显著高于对照(P<0.05),且各生物炭高添加量处理的水稻产量显著高于其低添加量,较CK的增幅达到4.18%~44.28%。水稻各部位硅积累量表现为:秸秆>籽粒>根部。两种添加量下水稻总吸硅量高低均表现为:AB>AH>BB7>BH7>BW3。在高添加量时,生物炭AB处理的水稻总吸硅量最大,比CK增加了73.68%,其次是AH生物炭。【结论】添加富硅生物炭比普通生物炭可更有效地提高红壤性水稻土中有效硅、有机结合态及铁锰氧化物结合态硅的含量,进而显著增加水稻对硅的吸收,提高水稻籽粒产量和生物量。提高生物炭的添加量对土壤和水稻硅含量的提升效果更好。因此,富硅生物炭是水稻生产中的高效生物硅肥。

富硅生物炭对红壤性稻田土壤镉形态及水稻镉吸收与转移的影响

【目的】农田土壤Cd污染已成为突出的环境问题,Cd污染修复技术备受关注。研究富硅生物炭对红壤性稻田土壤镉形态含量及水稻镉吸收、累积与转移的影响,旨在为富硅生物炭对镉污染农田修复提供科学依据。【方法】以南方镉污染的红壤性水稻土为研究对象,采用盆栽试验,在等量氮磷钾养分投入条件下,以不添加生物炭的处理为对照(CK),研究不同添加量(0.2%和0.4%)的低硅(BW3)和高硅(AH、AB)含量的3种不同类型生物炭对土壤镉形态含量及水稻产量、生物量和镉吸收、累积的影响。【结果】添加富硅生物炭,土壤中可交换态和还原态镉占比均降低,而可氧化态和残渣态镉占比均增加。水稻各部位镉含量由大到小依次为根、秸秆和籽粒。与CK相比,生物炭的添加显著降低了水稻各部位镉含量,其中以添加0.4%高硅生物炭AB的处理降低效果最为明显,比CK降低了66.85%(P<0.05);秸秆镉的含量变化规律与籽粒变化趋势基本一致;根系镉的含量在两种施加量水平下,由大到小均表现为CK、BW3、AH和AB,且差异显著(P<0.05)。添加富硅生物炭提高了水稻产量、秸秆和根系生物量。在两种施加量水平下,籽粒产量、秸秆生物量、根系生物量均表现为低硅生物炭(BW3)和高硅生物炭(AH、AB)间差异显著(P<0.05)。相较于CK,添加富硅生物炭显著降低了水稻镉富集系数(BCF),降幅为14.52%~36.32%。转移系数TF1(根部到秸秆)和TF2(根部到籽粒)变化规律大致相似。无论是高量还是低量添加富硅生物炭,TF1和TF2均显著小于CK处理(P<0.05),降幅分别为50.64%~57.39%、48.87%~56.05%和31.39%~47.67%、29.06%~45.34%。【结论】添加富硅生物炭能改变镉污染农田土壤镉形态含量,降低镉的生物有效性,从而减少水稻对镉的吸收;同时,还能够提高水稻生物量和籽粒产量。综上所述,富硅生物炭可以作为镉污染农田修复的一种调理剂,尤其是以高硅生物炭效果最好。

不同程度镉污染农田中粉葛镉富集转运特征

探究不同程度镉(Cd)污染土壤对粉葛植株Cd积累分配特征的影响,为Cd污染农田的植物修复提供参考依据.在不同Cd污染[ω(Cd)为0.32~38.08 mg·kg^(-1)]农田开展多点试验,分析了粉葛主要生育期不同部位生物量、Cd含量、Cd积累量及其富集和转运系数.结果表明,研究区粉葛块根干重为5.04~11.98 t·hm^(-2),生物量为13.21~29.07 t·hm^(-2),Cd积累量为15.74~106.03 g·hm^(-2);粉葛对Cd的吸收规律表现为:主藤>叶片>侧枝>葛头>块根;随着土壤Cd含量的增加,粉葛各部位Cd含量均显著增加(P<0.05),而生物量均显著降低(P<0.05);粉葛地上部Cd富集和转运系数呈先增大后减小的变化趋势,而根部Cd富集和转运系数均逐渐减小.相关分析表明,土壤Cd含量是影响粉葛Cd积累的关键因素.在轻中度Cd污染下,粉葛经济部分(葛粉)ω(Cd)为0.03~0.22 mg·kg^(-1),均低于药用植物的标准限值(≤0.30 mg·kg^(-1));在中度污染粉葛地上部Cd富集和转运系数分别为2.43~7.97和3.02~9.81.粉葛具有很强的Cd富集和运输能力,是适合用作Cd污染土壤修复的潜力植物.