不同来源生物质炭对水稻镉锌吸收积累的影响

申小刚，张阿凤，叶雪珠，陈德*，张棋，赵首萍，肖文丹，伍少福

（1.西北农林科技大学资源环境学院，陕西杨凌 712100；2.浙江省农业科学院农产品质量安全与营养研究所，农产品质量安全危害因子与风险防控国家重点实验室，农业农村部农产品信息溯源重点实验室，杭州 310021；3.绍兴市粮油作物技术推广中心，浙江 绍兴 312000）

近年来，我国面临较为严重的农田土壤镉（Cd）污染和稻米Cd 超标问题[1-2]。土壤中Cd 有着相比其他重金属元素更强的生物有效性，而水稻又是Cd 吸收能力最强的大宗谷类作物，长期食用Cd 超标的稻米可能会对人体健康造成不同程度的危害[3-4]。对Cd污染耕地进行治理，降低土壤中Cd的生物有效性，保障稻米安全，是当前农业生产过程中亟需解决的重要问题。原位钝化技术操作简便、成本低廉，是一种常用的安全利用措施[1，5]。生物质炭作为一种土壤调理剂近年来已成为农业环境领域的研究热点并被广泛应用于土壤改良，它能够有效降低土壤重金属有效性及作物吸收[6]，改善土壤物理、化学性质并提高土壤微生物活性，促进土壤固碳并降低温室气体排放，提升作物品质和产量，有较好的农业、环境效应[7-8]。尤其是在我国当前全面推进各领域“碳达峰、碳中和”的背景下，生物质炭作为土壤改良剂具有重要的应用前景[9]。

已有大量研究发现施用生物质炭可有效降低水稻等作物对Cd 的吸收。Chen 等[10]收集了74 篇已发表的文献并通过整合分析（Meta-analysis）的方法研究了施用生物质炭对植物重金属吸收的影响，发现植物体内Cd 的含量平均降低了38%。此外，不同来源生物质炭对植物Cd 等重金属吸收有显著影响，如施用畜禽粪便来源生物质炭植物体内Cd的降幅显著高于秸秆、木料等来源的生物质炭，而污泥生物质炭对作物体内Cd 的含量无显著影响；而且，生物质炭的pH 值越高，植物体内Cd 的降幅就越高[10]。类似地，Albert等[11]也通过整合分析的方法发现施用生物质炭后植物茎叶和根中的Cd 含量分别平均降低了40.1%和27.7%，且生物质炭的粒径、pH、裂解温度均会影响植物茎和根中Cd的含量。生物质炭对土壤重金属的钝化作用主要在于其疏松多孔、具有较高的pH 值和比表面积，丰富的含氧官能团和无机矿物组分，从而能够很好地吸附、络合土壤溶液中的重金属；而生物质炭的碱性等特征也使其能很好地提高土壤pH 值，降低土壤中Cd 的有效性及作物对Cd 的吸收和转运[10-11]。当前我国在生物质炭产业化应用方面已有很好的研究基础和政策支持，在耕地地力提升以及耕地重金属污染治理等实践中已有较多的应用。例如，农业农村部在2017 年将秸秆炭化还田列为秸秆农用十大模式之一；2021 年又将“秸秆炭化还田减排固碳技术”列为《2021 年农业农村部重大引领性技术》之一。然而，生物质炭对土壤重金属的钝化效应受到原材料、裂解温度、施用量以及土壤条件和作物类型等诸多因素的影响。在大面积的实际应用过程中，因为用量大，只能向生物质炭生产厂家购买，因此其实际效果也受原料和厂家实际生产工艺的影响。因而，评价不同来源的工厂化生产的生物质炭对特定土壤条件下Cd 的钝化效果，筛选出适宜的生物质炭产品并分析可能的原因，对于生物质炭的规模化应用具有重要意义。

大量研究表明，不同品种水稻对Cd的吸收、积累能力有很大差异[12]。有研究者在pH 为5.17，总Cd 含量为2.66 mg·kg-1的土壤条件下通过田间试验调查了10 个品种水稻对Cd 吸收和积累情况，发现不同品种水稻糙米中Cd 的含量范围在0.21～1.53 mg·kg-1之间[13]。陈德等[14]研究了20 个水稻品种对Cd 的吸收和积累特性，发现水稻籽粒中的Cd 含量范围在0.07～0.39 mg·kg-1之间，其中12 个品种籽粒Cd 含量≤0.2 mg·kg-1。可见，在合适的土壤污染条件下选用低积累水稻品种是实现稻米Cd含量达标的有效途径。然而，采取单一的低积累品种措施存在较大的不确定性，因此通常结合原位钝化措施以更好地实现稻米的安全生产。而不同来源生物质炭施用对不同品种Cd吸收的影响是否一致，还少有研究。此外，尽管稻米Cd 含量是影响其安全性的重要指标，而其他元素如Zn 含量的高低也会在一定程度上影响含Cd 稻米的安全性[3，15]，这是因为当饮食中Zn 等营养元素不足时，人体对Cd 的吸收量就会极大增加，反之亦然[3，16]。因此，稻米中Cd 的毒性和健康风险不仅取决于其自身Cd 含量的多少，还与其Zn 含量的多少有关。Chaney 等[3]通过研究提出稻米中Cd/Zn 含量比的临界值（0.015），当稻米中Cd/Zn 比高于这一临界值时，则由于Zn 等元素摄入不足而导致Cd 摄入量增加，进而增加潜在的健康风险。因此，研究不同生物质炭在影响不同品种水稻Cd 吸收的同时，如何影响对Zn 的吸收以及稻米中Cd/Zn比的变化具有重要意义。

为了有效应对土壤Cd 污染和稻米Cd 超标的问题，本研究在浙江省绍兴市某水稻生产基地布置田间小区试验，研究不同生物质炭施用对两个品种水稻吸收、转运及积累Cd 和Zn 的影响，探讨上述过程中Cd和Zn 的相互作用；以期为更好地评价市售不同来源生物质炭对土壤-水稻系统Cd 生物有效性的影响及可能的机制，为有效提升土壤质量和稻米安全生产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 供试材料

1.1.1 供试土壤及生物质炭

田间小区试验位于浙江省绍兴市越城区某水稻基地，供试土壤为湖海相沉积物发育的水稻土，青粉泥田土属，基本性质：土壤pH 值5.4，有机质（SOM）含量56 g·kg-1，全氮（TN）、碱解氮（AN）、全磷（TP）、有效磷（AP）含量依次为2.9 g·kg-1、280 mg·kg-1、0.7 g·kg-1和4.5 mg·kg-1，Cd 和Zn 总量分别为0.32 mg·kg-1和245.9 mg·kg-1。据前期调研，当地农户种植的多个批次的稻米Cd 含量均超出0.2 mg·kg-1的国家限量标准值。

本研究用到的生物质炭包括玉米秸秆生物质炭（MSBC）、水稻秸秆生物质炭（RSBC）、花生壳炭（PHBC）、稻壳炭（RHBC）、厨余垃圾生物质炭（CWBC）以及小麦秸秆生物质炭（WSBC）。其中MSBC 购自黑龙江大庆市金土地生物质材料制造有限公司，生产设备为转窑式连续炭化炉，炭化温度约400～550 ℃；PHBC 和WSBC 购自商丘三利新能源有限公司，生产设备为池式炭化，炭化温度约500 ℃；RSBC 和RHBC购自嘉兴嘉华牧业有限公司，生产设备为转窑式炭化炉，炭化温度约800 ℃；CWBC 购自浙江金锅锅炉有限公司，生产设备为转窑式炭化炉，炭化温度约350 ℃。各生物质炭的主要性质如表1 所示，其中C、H、O、N、S 含量用元素分析仪测定，有机碳参考土壤有机碳的测定方法（重铬酸钾氧化法），比表面积为BET 比表面积。

表1 本研究生物质炭基本性质Table 1 Properties of biochar in this study

1.1.2 供试水稻

每个小区设置2 个水稻品种，供试水稻品种为浙优18（ZY-18）和浙粳96（ZG-96），其中浙优18 为籼型杂交稻、浙粳96 为粳型常规稻，两个水稻品种均来自绍兴市舜达种业有限公司。水稻于2020 年5 月30日浸种、育秧，6月25日插秧。

1.2 试验设计

选择地势平坦、地力均匀的地块布置小区试验。设置MSBC、RSBC、RHBC、PHBC、CWBC 和WSBC 共6个生物质炭处理，每个处理生物质炭的用量为30 t·hm-2，同时设置不施生物质炭对照（CK），共7 个处理，每个处理3 次重复，随机区组排列，共21 个小区，每个小区面积20 m2（5 m×4 m），小区四周设保护行，宽度1 m。在此基础上设置裂区试验，每个小区设置2 个水稻品种。在水稻移栽前15 d 平整土地、划定小区并施用生物质炭，将生物质炭均匀撒于土壤表面并人工翻匀，深度约0～20 cm。水分管理、施肥、施药等田间管理措施与农户一致。

1.3 样品采集与处理

水稻进入成熟期后测产并采集植株和土壤样品，采样时间为2020年10月20日。各小区随机采集6株水稻装入网袋并带回实验室，用不锈钢剪刀分成稻穗、茎叶和根三部分，用自来水将附着的泥土等杂质冲洗干净，随后用去离子水冲洗3 次。晾干水分，在105 ℃的烘箱中杀青30 min，然后在70 ℃条件下烘干。烘干后的稻穗脱粒后用不锈钢检验砻谷机脱壳。糙米、茎叶和根用不锈钢粉碎机粉碎后置于自封袋备用。用不锈钢土钻以“S”形采集混合土壤样品，每个小区采集6 个点位，采集深度为0～20 cm。土壤样品带回实验室后去除杂质并置于用玛瑙研钵研磨后依次过10、60 目及100 目尼龙筛，置于自封袋备用。过100 目筛的土壤样品用于全量养分和重金属总量的测定，过60 目筛的样品用于测定土壤有机质含量，过10 目筛的样品用于测定土壤pH 值、有效态养分含量以及可提取态Cd和Zn的含量。

水稻各部位样品用HNO3-HClO4（体积比为5∶1）经微波消解后，用ICP-MS（X-series 2，赛默飞世尔，美国）测定。每个批次的样品消解时分别带3 个空白样品和3个标准物质进行质控。Cd 和Zn的标样回收率分别为93%～104%和92%～106%。土壤样品的分析测定参照鲁如坤《土壤农化分析》中的方法。土壤pH 值用pH 计测定（PHS-3C，上海雷磁），水土比2.5∶1，有机质含量用重铬酸钾容量法测定，全氮含量用全自动凯氏定氮仪测定（K1100，山东海能），全磷含量用浓硫酸-高氯酸消解后比色测定，土壤碱解氮含量用碱解扩散法测定，有效磷含量采用氟化铵-盐酸浸提-磷钼蓝比色法测定。土壤Cd、Zn 总量用HNO3-HClO4-HF（体积比5∶1∶1）浸泡经微波消解（Mars X，美国CEM 公司），用ICP-MS（X-series 2，赛默飞世尔，美国）测定。土壤有效态Cd、Zn含量用0.01 mol·L-1CaCl2溶液浸提（固液比1∶10）后经ICP-MS测定。

1.4 数据统计分析

用根-茎转运系数和茎-籽粒转运系数表示水稻由地下部向地上部转运Cd或Zn的能力：

式中：TFS/R表示水稻由根部向茎叶转运Cd 或Zn 的转运系数；TFG/S表示水稻由茎叶向籽粒转运Cd 或Zn 的转运系数；C茎叶、C根系和C籽粒分别表示水稻茎叶、根系和籽粒中特定重金属（Cd或Zn）的含量，mg·kg-1。

数据的整理、制图利用Excel 2016 进行，图表中的数据均采用平均值±标准差的形式表示。统计分析软件使用SPSS20，用单因素方差分析统计处理间差异，当方差分析具有显著差异（P＜0.05）时，利用LSD 法对处理间平均数进行多重比较。变量间相关性用Pearson相关系数（R）表示。

2 结果与分析

2.1 水稻各部位Cd、Zn的含量及籽粒Cd/Zn比

水稻籽粒中Cd 和Zn 的含量及Cd/Zn 比如图1 所示。杂交稻品种ZY-18 籽粒中Cd 的含量范围在0.08～0.18 mg·kg-1之间（图1A），Zn 的含量在16.0～19.5 mg·kg-1（图1B）；常规稻品种ZG-96 中Cd 的含量在0.037～0.059 mg·kg-1之间，Zn 的含量在21.6～23.2 mg·kg-1。ZY-18 籽粒中Cd 的含量明显高于ZG-96（图1A），而Zn 则相反（图1B）。与对照相比，各生物质炭处理ZY-18 籽粒中Cd 的含量均显著降低，降幅在29%～56%之间，其中RSBC 处理籽粒中Cd 的降幅最高，其次为PHBC 和CWBC，WSBC 降低幅度最低；各处理ZG-96 籽粒中Cd 含量与对照相比无显著变化。MSBC 和WSBC 处理ZY-18 籽粒中Zn 的含量与对照相比分别降低了18%和16%，而各生物质炭处理ZG-96 籽粒中Zn 的含量与对照相比无显著变化。如图1C 所示，除WSBC 处理外，各生物质炭处理ZY-18籽粒Cd/Zn 比均显著降低，降幅在28%～51%之间，其中RSBC 降幅最大，PHBC 和CWBC 次之，MSBC 最低；ZG-96籽粒中Cd/Zn比无显著差异。

图1 水稻籽粒中Cd、Zn含量及Cd/Zn比Figure 1 Cd and Zn concentration in rice grain and the ratio

各处理水稻茎叶和根中Cd、Zn 的含量如图2 所示，除WSBC 外，各生物质炭处理均显著降低了ZY-18 茎叶中Cd 的含量，降幅为38%～61%之间，其中RSBC降幅最高，PHBC、CWBC次之；ZG-96茎叶中Cd的含量无显著变化（图2A）。与对照相比，生物质炭处理ZY-18 茎叶中Zn 的含量降低了15%～32%，RSBC 降幅最高，RHBC 降幅最低；ZG-96 茎叶中Zn 的含量也降低了15%～32%，RSBC 降幅最高，WSBC 降幅最低（图2B）。与对照相比，ZY-18 根中Cd 含量仅RSBC、PHBC 和CWBC 处理显著降低，降幅分别为37%、30%和35%；ZG-96 根中Cd 含量仅CWBC 处理显著降低了44%（图2C）。两个品种水稻根中Zn的含量与对照相比均无显著变化（图2D）。

图2 水稻茎叶和根中Cd和Zn含量Figure 2 Cd and Zn concentration in rice shoot and root

2.2 水稻Cd、Zn的转运系数

图3 为不同处理对两个品种水稻Cd、Zn 转运系数的影响。由图3 可知，与对照相比，RSBC、PHBC、RHBC 三个处理显著降低了ZY-18 体内Cd 的根-茎转运系数（TFS/R-Cd），降幅分别为40%、34%和33%；ZG-96 体内Cd 的根-茎转运系数无显著变化（图3A）。与对照相比，两个品种水稻体内Cd 的茎叶-籽粒转运系数（TFG/S-Cd）均无显著变化（图3B）。两个水稻品种的TFS/R-Cd 数值均高于其TFG/S-Cd 数值；ZY-18 的TFS/R-Cd 是ZG-96 的1.8～2.9 倍，两个品种间的TFG/S-Cd 数值无显著差异。与对照相比，RSBC处理ZY-18体内Zn的根-茎转运系数（TFS/R-Zn）显著降低了35%；RSBC 和RHBC 处理ZG-96 的TFS/R-Zn分别降低了38%和39%（图3C）。与对照相比，RSBC处理ZY-18体内Zn的茎叶-籽粒转运系数（TFG/S-Zn）显著增加了37%；MSBC、RSBC、RHBC 和CWBC 处理ZG-96 的TFG/S-Zn 增加了38%～57%，RSBC 增幅最大（图3D）。各品种的TFS/R-Zn 数值均明显高于其对应的TFG/S-Zn 数值；两个品种的TFS/R-Zn 数值无显著差别，但ZG-96 的TFG/S-Zn 数值明显高于ZY-18，前者是后者的1.6～2.3倍。

图3 水稻Cd、Zn转运系数Figure 3 Translocation factor of Cd and Zn in rice plant

2.3 土壤有效态Cd、Zn含量

不同种类生物质炭添加对土壤有效态Cd、Zn 含量的影响见图4。各生物质炭处理土壤有效态Cd、Zn含量与对照相比均显著降低，其中有效态Cd 的降幅在38%～91%之间（图4A），有效态Zn 的降幅在53%～96%之间（图4B）。土壤中有效态Cd、Zn 的降低趋势总体一致，RSBC 处理降幅最高，其次为PHBC，MSBC处理土壤有效态Cd、Zn含量降幅最低。

图4 不同生物质炭处理土壤有效态Cd、Zn含量Figure 4 Available Cd and Zn concentration in soils

2.4 土壤pH、有机质及养分含量

不同种类生物质炭的施入对土壤pH 值、有机质及养分含量有着不同程度的影响（表2）。施用不同生物质炭后土壤pH 值与对照相比提高了0.4～1.6 个单位，其中RSBC 处理土壤pH 值上升幅度最高，其次为PHBC 处理。施用生物质炭均显著提高了土壤有机质含量，增幅在26%～65%之间，其中MSBC 处理增幅最高。MSBC 和CWBC 处理显著增加了土壤全氮含量，增幅分别为12%和9%，而RHBC 和WSBC 则显著增加了土壤碱解氮含量，增幅均为7%。与对照相比，RSBC处理土壤全磷含量增加了64%，其他生物质炭处理无显著变化；而土壤有效磷含量变化更加明显，RSBC、PHBC 及CWBC 处理有效磷含量与对照相比分别增加了253%、120%及124%。

表2 不同处理土壤pH值、有机质及养分含量Table 2 Soil pH，organic matter and nutrient content

3 讨论

3.1 不同水稻品种对Cd、Zn吸收的差异及籽粒Cd/Zn比

本研究结果表明，两个不同基因型供试水稻对Cd 和Zn 的吸收、转运和积累能力具有显著差异，杂交稻品种ZY-18 籽粒Cd 含量显著高于常规稻品种ZG-96，而前者Zn 含量却低于后者。这一方面可能是由于杂交稻品种具有更强的Cd吸收、转运能力，这主要体现在前者茎叶中Cd 和根-茎转运系数明显高于后者。相关分析结果表明水稻籽粒中Cd的浓度与Cd的根茎-转运系数有显著正相关关系（表3）。陈德等[14]在pH 值5.5、Cd 含量0.43 mg·kg-1的土壤条件下研究了不同品种对Cd、Zn积累转运的影响，发现ZY-18、甬优9 和甬优12 等Cd 含量相对最高的品种均为杂交稻，而秀水519、秀水03、嘉58 等Cd 含量最低的品种均为常规稻，这与前人的研究结果类似[4，17]。另一方面可能是由于ZG-96具有更强的Zn吸收转运能力，主要体现在其籽粒中有着更高的Zn 含量和更低的Cd/Zn 比，以及较高的茎-籽粒Zn 转运系数。相关分析结果也表明籽粒Cd、Zn 含量具有显著的负相关关系（表3），说明Cd、Zn 之间的拮抗作用也可能是ZG-96 籽粒中Cd 含量低的重要原因。陈德等[14]的研究发现秀水519和甬优362等品种的籽粒Cd、Zn含量表现出Cd低Zn高，而ZY-18和甬优12等品种表现出Cd 高Zn 低，但是20 个品种之间籽粒Cd 和Zn 的含量无显著的相关关系，即不具有普遍性。此外，通过外源添加Zn 从而抑制Cd 在籽粒中的积累，也说明Cd、Zn之间的拮抗作用[18-19]。

3.2 不同生物质炭影响水稻Cd、Zn 吸收、转运的可能机制

本研究的结果表明，生物质炭的施用均有效降低了土壤-水稻系统Cd的生物有效性，且不同生物质炭之间存在较大差异，如ZY-18 籽粒中Cd 的降幅为29%～56%，而土壤有效态Cd 的降幅为38%～91%，其中RSBC 效果最佳。造成不同生物质炭效果差异的首要因素可能在于其pH 值不同。研究表明，较高的pH 值引起的“石灰效应”是生物质炭钝化土壤中Cd等重金属的主要作用机理[20]，相关性分析也显示水稻籽粒中Cd 的浓度与土壤有效态Cd 含量显著相关，而有效态Cd含量与土壤pH值显著负相关（表3）。生物质炭的施入大幅提高了酸性土壤的pH 值，从而引起土壤负电荷数量增加，这有利于土壤颗粒吸附、络合土壤溶液中Cd 等重金属，在特定条件下甚至会促进沉淀的形成[21-22]。Chen 等[10]的研究也发现，生物质炭的pH 值越高，其对植物中Cd等重金属的降低幅度越大，而当pH 值大于10 时效果最佳。本研究中，水稻秸秆炭RSBC 的pH 值最高，PHBC 和CWBC 次之，三种生物质炭处理对应的土壤pH 值、有效Cd以及籽粒中Cd 含量的变化幅度与其自身pH 值大小一致。王霞等[23]在pH 值5.77、Cd 含量1.90 mg·kg-1的田间条件下研究了同一工厂生产的水稻秸秆炭、小麦秸秆炭和玉米秸秆炭对水稻Cd 吸收的影响，发现当三种炭的用量为4 t·hm-2和8 t·hm-2两个用量时，水稻籽粒中Cd 含量均无显著变化；当施用量为16 t·hm-2时，仅水稻秸秆炭处理水稻糙米中Cd 含量显著降低，而三种生物质炭中水稻秸秆炭的pH 值最高（8.88）。该研究与本研究较一致的是，不同生物质炭之间均为水稻秸秆炭效果最佳，而不同的是生物质炭对Cd 的钝化效果较差，原因可能在于所用的生物质炭pH值较低、施用量较少以及土壤Cd 含量较高，同时也说明不同厂家生产的生物质炭性质（如pH 值）有较大差异，这可能与其生产条件和工艺有关。RSBC 的pH 值比较高的原因除了水稻秸秆自身的特性外，还可能与其炭化温度较高有关，较高的炭化温度不仅可以提高生物质炭的pH 值，也增加了水稻生物质炭的灰分含量（表1）。而灰分中含有的碳酸盐、磷酸盐等无机矿物组分则有利于促进生物质炭对土壤溶液中Cd等重金属的吸附、固定[24-25]。李瑞月等[26]研究了统一条件下（450 ℃裂解）制备的小麦、水稻、玉米秸秆炭对溶液中Cd2+和Pb2+的去除效果，发现前两种炭对重金属的去除效果均高于玉米秸秆炭，并推测其主要原因是由于前两种炭具有较高的碳酸盐、磷酸盐等无机矿物组分；另外，Chen 等[27]也研究了水洗和未水洗生物质炭对溶液中Pb2+的去除效果，发现水洗后生物质炭中可溶性磷酸盐、碳酸盐、硅酸盐等无机矿物大幅降低，因而其对Pb2+的去除效率也大幅降低，而未水洗炭因为有较高的磷酸盐、碳酸盐和硅酸盐等无机矿物组分，因而对Pb2+的去除率较高，且吸附平衡后溶液中上述可溶性无机矿物离子大幅降低，说明这些离子参与了去除溶液中Pb2+的反应。尽管生物质炭的比表面积和孔隙结构可能会对其吸附、固定重金属有一定贡献，然而，已有的较多研究发现，比表面积大的炭质材料对Cd、Pb 等重金属的吸附固定能力反而可能会较低[24-25]，表明比表面积对生物质炭钝化重金属的贡献可能较小，Zheng等[28]的研究也表明，虽然稻壳炭的比表面积是水稻秸秆炭的5.6倍，然而后者的pH值却高于前者1.3 个单位，因而水稻秸秆炭更有利于降低作物（小麦）对Cd 的吸收。此外，除不同生物质炭之间的差异外，生物质炭的粒径也会影响到其对土壤重金属的钝化效果和植物吸收，通常来讲，粒径越小，效果越好[29-30]。

表3 水稻各部位Cd、Zn含量，转运系数与土壤有效态含量及基本性质之间的相关性（相关系数R）Table 3 Correlation between Cd and Zn content in various parts of rice，translocation factor，soil available Cd，Zn concentration and basic properties（correlation coefficient R）

生物质炭的施用降低了ZY-18 体内Cd 的根-茎转运系数，这可能也是其降低水稻籽粒中Cd 含量的重要因素。Cd 由根向茎叶的转运能力以及由茎叶向籽粒的转运能力是最终影响水稻籽粒中Cd含量的重要因素，研究表明，转运系数越高，水稻由根部向茎叶及籽粒转运Cd 等的能力就越强[31-32]。相关分析也表明，籽粒Cd 含量与Cd 的根-茎转运系数显著相关，且Cd 的茎-籽粒转运系数明显小于根-茎转运系数，也说明根-茎转运能力是决定水稻籽粒中Cd 最终浓度的重要因素。Chen等[33]的研究也发现，施用生物质炭降低了水稻对Cd的根-茎转运系数，这可能是由于生物质炭的添加提高了土壤有效硅含量并增加了水稻茎叶中硅的含量，而硅含量的增加可以和水稻体内的Cd发生反应从而阻抑Cd向地上部运输[34-35]。

尽管添加生物质炭后土壤中有效态Zn 的降幅大于土壤有效态Cd 的降幅，但籽粒Zn 含量对此所受的影响较小。这一方面可能是由于土壤中有效态Zn 的含量比有效态Cd 含量高，尽管生物质炭处理较大幅度地降低了有效Zn 的含量，但土壤溶液中仍有较充足的Zn供水稻吸收；其次，可能是由于水稻根系对缺Zn 的响应机制，有研究表明在土壤有效Zn 较低的情况下，水稻根系中的某些基因可以表达，以提高Zn 的吸收和转运[36-37]。此外，不同水稻品种对Zn的吸收积累的确存在差异，尤其是在缺Zn 的条件下，高Zn 水稻品种具有更高的吸收和转运Zn的能力[38]。与Cd相比，生物质炭添加对水稻吸收Zn的影响较小，因而生物质炭处理在降低ZY-18 籽粒中Cd 含量的同时，更有利于降低水稻籽粒的Cd/Zn 比。而低积累品种ZG-96 有着更低的籽粒Cd 含量、更高的Zn 含量和更小的Cd/Zn 比，具有更高的安全性。可见生物质炭添加和低积累水稻品种的选种都是实现受污染耕地安全利用的有效途径。本研究的结果显示，施用生物质炭对ZG-96 籽粒中Cd 的含量无显著影响，这可能是由于其对Cd 的吸收能力本来就较低，也说明不同品种对Cd 的吸收积累受生物质炭的影响不同。此外，尽管本研究中未施用生物质炭对照两个品种籽粒中Cd 的含量均未超标，但生物质炭的添加会极大地降低降雨量减少等气候波动造成水稻籽粒中Cd积累上升的风险，同时也会降低农户选用其他Cd 积累能力更高的品种的Cd 超标风险。最后，生物质炭当前的成本仍较高，在大面积应用时可考虑与石灰、海泡石等碱性材料混合施用，从而减少用量、降低成本，这些问题均有待进一步研究。

4 结论

（1）杂交稻品种浙优18 对Cd 的吸收、转运和积累显著高于常规稻品种浙粳96，而Zn 则呈现出相反的规律，浙优18籽粒的Cd/Zn比显著高于浙粳96的。

（2）施用生物质炭处理可显著降低浙优18 各部位Cd 的含量，降幅在29%～56%之间，不同种类生物质炭之间存在差异，其中水稻秸秆炭处理降幅最高；生物质炭对籽粒中Zn含量的影响较小；生物质炭处理可有效降低浙优18中Cd的根-茎转运系数和籽粒Cd/Zn比；施炭对低积累品种浙粳96 籽粒Cd 含量无显著影响，不同水稻品种对生物质炭处理的响应不同。

（3）生物质炭处理可显著降低土壤有效态Cd、Zn含量，降幅分别为38%～91%和53%～96%。施用不同种类生物质炭土壤pH 值提高了0.4～1.6 个单位，有机质含量增加了26%～65%，且土壤氮磷养分含量也有不同程度的增加。