镉污染土壤上不同水稻品种的镉积累与减污潜力

沈一尘,涂 晨,3,邱 炜,朱 侠,范婉仪,曹振宇,朱晓芳,骆永明① (.中国科学院土壤环境与污染修复重点实验室/南京土壤研究所,江苏 南京 20008;2.中国科学院大学,北京 0009;3.中国科学院海岸带环境过程与生态修复重点实验室/烟台海岸带研究所,山东 烟台 26003;.土壤与农业可持续发展国家重点实验室/中国科学院南京土壤研究所,江苏 南京 20008)

我国耕地土壤镉(Cd)污染问题突出,农田土壤中的Cd可通过食物链富集进而影响粮食安全和人体健康[1]。植物吸取修复因具有成本低廉、生态友好、可实现原位减污净化等优点,是当前具有发展前景的农田Cd污染土壤绿色修复技术之一[2]。目前,国内外围绕Cd超积累植物的品种筛选、Cd的吸收富集与转运机制以及田间修复示范等方面已开展了大量的研究[3]。水稻是我国乃至世界重要的粮食作物之一,具有分布面积广泛、生物量大、气候适应性强、种植技术成熟以及机械化程度高等特点,可作为Cd污染农田,特别是长期淹水的稻田土壤潜在的植物修复材料[4-5]。

水稻对Cd的积累能力主要受水稻品种遗传特性、土壤性质以及土壤中Cd含量的影响。目前已有国内外学者利用Cd高积累型水稻作为供试植物修复Cd污染农田土壤。MURAKAMI等[6]利用Cd 高积累水稻品种Chokoukoku进行Cd污染农田土壤的植物修复,发现种植2季水稻后,土壤中的Cd含量降低了38%。曹雪莹等[7]利用伴矿景天与高积累晚稻轮作修复Cd含量为0.83 mg·kg-1的污染农田,发现一季晚稻地上部对土壤中Cd的摄取量达74.1 g·hm-2,水稻地上部移除对土壤中总Cd的去除率约为4%。蒋彬等[8]通过比较在同一地区种植来自于全国不同地区的239个水稻品种,发现不同水稻品种对Cd的吸收累积能力存在极显著的基因型差异。此外,水稻对重金属的吸收还与其在土壤中的赋存形态有关。喻华等[9]研究发现,水稻籽粒中的Cd含量与土壤中水溶性交换态Cd含量呈显著正相关。由此可见,0.01 mol·L-1CaCl2提取的水溶态Cd与1 mol·L-1NH4OAc提取的交换态Cd是土壤中活性高、易被农作物吸收的形态[10-11]。待水稻成熟后将其地上部和地下部移除,土壤中生物有效态Cd含量可显著降低[12]。因此,筛选具有Cd高积累特征的水稻品种用作植物修复,对于我国面广量大的中轻度Cd污染土壤减量修复具有重要的应用潜力。然而,当前国内外已报道的Cd高积累型水稻品种资源仍非常有限,对高积累型水稻的Cd积累特征及减量化修复潜力仍有待深入研究。

因此,该研究采用盆栽试验,比较了6种不同品种水稻在轻微和轻度Cd污染土壤中的农艺性状和Cd积累能力,探讨了水稻地上部移除后盆栽土壤中CaCl2提取态和NH4OAc提取态Cd含量的变化,通过比较土壤中有效态Cd降低率和总Cd移除率,综合评估不同品种水稻的减污修复潜力,旨在为实现Cd污染稻田土壤的减量净化提供水稻品种资源与植物修复方案。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤采集自浙江省台州市路桥区西山村(28°32′2.92″ N,121°21′57.25″ E)水稻田表层土(0～20 cm),土壤类型为铁聚水耕人为土。前期田间调查发现,该地块Cd含量为0.26～0.83 mg·kg-1,大部分属于轻微污染;同时,该地块上种植的水稻品种秀水14还存在部分点位糙米Cd超标的现象,因此选择该区域土壤为供试土壤。土壤基本性质如下:pH值5.9,属弱酸性土壤,有机质含量63.92 g·kg-1,全氮含量3.74 g·kg-1,速效钾含量69.33 g·kg-1,有效磷含量16.54 g·kg-1,Cd含量0.41 mg·kg-1。依据GB 15618—2018《国家土壤环境质量标准》中有关水田(pH值5.5～6.5) Cd的风险筛选值(0.40 mg·kg-1),该土壤为轻微污染土壤。土壤采集后在清洁的室内环境中自然风干,经研磨过2 mm孔径尼龙筛并混匀后,向其喷洒浓度为33.5 mmol·L-1的Cd(NO3)2·4H2O(分析纯)溶液,边喷边搅拌混合均匀,稳定21 d后测定土壤Cd含量为0.80 mg·kg-1,据此将该土壤归为轻度污染土壤。选择实际的轻微污染土壤作为试验土壤之一,是期望通过试验筛选高积累型水稻品种,实现Cd轻微污染土壤的净化修复,将其转变为优先保护类土壤。

供试水稻选用生育期基本一致且Cd吸收积累存在差异的6个水稻品种:黄华占(HHZ)、扬稻6号(9311)、泸优616(Lu-616)、383、371和364。其中,HHZ为Cd常规积累水稻品种,9311为文献[13]报道的Cd高积累水稻品种,这2种水稻均由江苏省农业科学院提供;Lu-616由四川农业大学提供;水稻材料383、371和364来源于世界核心种质资源库,由中国水稻研究所提供,这3种水稻材料在前期水培试验中表现出Cd的高积累特性。经水稻Cd积累分子标记LCd-41[14]、LCd-11[15]、LCd-38[16]和LCd-22[17]基因的单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)检测,水稻371的4种分子标记均为Cd低积累型,水稻HHZ仅有1个分子标记(LCd-38)为Cd高积累型,而水稻9311、Lu-616、383和364的4种分子标记均为Cd高积累型(表1)。

表1 6种水稻的Cd积累分子标记的SNP特征Table 1 The SNP profiles of Cd accumulation molecular markers for the 6 rice varieties

1.2 盆栽试验布置、样品收获与前处理方法

盆栽试验于2021年6—10月在中国科学院南京土壤研究所的温室内进行。试验设置轻微污染(0.41 mg·kg-1)和轻度污染(0.80 mg·kg-1)2个土壤Cd污染水平,在2种土壤中分别种植6个品种的水稻材料,同时设置未种植的对照处理(CK),每个处理均设4个重复,共计56盆。

水稻种子经消毒、浸种后,在恒温恒湿箱中催芽24 h,种子破胸后移至光照培养室育苗。待幼苗长至三叶一心时,取长势一致的健康水稻幼苗移栽至稳定好的Cd污染土壤中,每个塑料盆(直径13 cm、高17 cm)内装土1.2 kg并种植1株水稻,移栽前一天施加基肥CO(NH2)2和KH2PO4各0.4 g·kg-1。水稻幼苗返青后,土面始终保持2～3 cm的淹水(自来水),分蘖后期烤田10 d,待水稻进入成熟期后不再淹水,保持湿润灌溉。分别在水稻分蘖期和灌浆期追施CO(NH2)2和KH2PO4各0.6 g·kg-1[16]。水稻成熟后,记录水稻株高和有效分蘖数。分别采集植株的根系、秸秆和稻谷样品,用自来水和去离子水洗净后置于75 ℃烘箱,干燥24 h后测定生物量干重。干燥后的水稻秸秆和根系样品采用粉碎机磨细待测,干燥后的稻谷经砻谷机(农奥 NA.JLG-2018)去壳后得到糙米,再用不锈钢粉碎机磨细待测。盆钵中移除水稻根系后的土壤样品经风干、研磨并分别过尼龙筛(2和0.15 mm孔径)后待测。

1.3 测定项目与方法

土壤理化性质分析方法参照文献[17],土壤Cd含量分析方法参考国家标准[18],土壤样品用王水经电热板加热消解,同时设置标准土壤样品进行质量控制。分别采用0.01 mol·L-1CaCl2和1 mol·L-1NH4OAc(pH 7.0)2种方式提取土壤中的有效态Cd[10-11]。初始土壤中的总Cd含量和水稻收获后的土壤有效态Cd含量均采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定,具体分析方法参照文献[18]。水稻收获后的土壤总Cd含量采用高精度台式X射线荧光光谱仪(HDXRF,Cadence,美国XOS公司)测定。彭洪柳等[19]比较HDXRF与ICP-AES对土壤中Cd等重金属含量的测定结果发现,2种方法的测试结果一致,决定系数为0.995 4,说明HDXRF法能够实现高精度的土壤Cd含量测定。

水稻株高、有效分蘖数、秸秆干重、千粒重和稻谷产量等生理指标的测定方法参照文献[20]。粉碎后的水稻根、秸秆以及糙米样品经HNO3-H2O2湿法消解[21],定容后同样采用ICP-MS测定Cd含量。

1.4 数据处理与统计分析

不同品种水稻对Cd的转移系数(TF)=糙米Cd含量/秸秆Cd含量;生物富集系数(BCF)=水稻地上部Cd含量/土壤Cd含量;水稻地上部Cd吸取量=糙米平均Cd含量×平均每盆稻谷产量+秸秆平均Cd含量×平均每盆秸秆干重;水稻根系Cd吸取量=根部平均Cd含量×平均每盆根系生物量。水稻收获后,采用水稻Cd吸取总量预测土壤Cd含量,水稻移除后土壤Cd含量=土壤初始Cd含量-水稻Cd吸取总量/盆栽土质量。水稻地上部Cd含量为水稻地上部Cd吸取总量与秸秆和稻谷生物量之和的比值。

采用SPSS 21.0软件进行数据统计与分析,采用LSD检验方法进行差异显著性分析(P<0.05),采用Excel 2016和Origin 2022 pro软件进行数据处理与图表制作。

研究区岩性主要为沉积岩.1928年，我国著名地质学家杨曾威、李春昱和黄汲清等在此作了很多工作，并研究了杨家坨煤系的沉积特征，对本地区杨家坨煤系地层进行了划分；1963年，杨士恭对下杨家坨煤系上部地层，首次使用了灰峪组之名，1976年北京矿务局也将其命名为灰峪组，使该地层成为石炭系上统北京地区代表剖面[5].同年(1976年)，北京矿务局分别在本地区的岔儿沟东侧及岔儿沟与阴山沟分水岭上测得二叠系下统地层代表剖面，并分别命名为岔儿沟组和阴山沟组[5].至此，以军庄镇地名命名的石炭系上统和二叠系下统的地层剖面，成为北京地区上古生界地层的代表剖面.

2 结果与分析

2.1 不同品种水稻的农艺性状

由表2可知,相比于Cd含量为0.41 mg·kg-1的轻微污染土壤,各水稻品种在Cd含量为0.80 mg·kg-1的轻度污染土壤中均可以正常生长,但不同水稻品种间在株高、生物量和产量等方面差异显著(P<0.05)。与常规品种HHZ相比,水稻Lu-616在2种土壤中的有效分蘖数、千粒重、稻谷产量、秸秆干重和根系干重这5个农艺性状指标值均显著增加(P<0.05)。此外,其他4种水稻(383、364、371和9 311)的秸秆干重也均高于HHZ。

表2 不同品种水稻在轻微和轻度Cd污染土壤上的农艺性状Table 2 Agronomic traits of different rice varieties on slightly and mildly Cd-polluted soils

2.2 不同品种水稻对Cd的积累

不同品种水稻根系中Cd含量见图1。在轻微污染土壤中,各品种水稻根系中Cd含量为1.04～3.12 mg·kg-1,均值为1.84 mg·kg-1。在轻度污染土壤中,各品种水稻根系中Cd含量为3.56～7.70 mg·kg-1,均值为5.27 mg·kg-1;水稻品种Lu-616、383和9311根系中Cd含量显著高于其他品种(P<0.05)。

同一幅图中同一颜色直方柱上方英文字母不同表示不同水稻品种间某指标差异显著(P<0.05)。图1 轻微和轻度污染土壤中不同水稻品种根系、秸秆和糙米Cd含量Fig.1 Cd content inroots, shoots, and unpolished rice of different rice varieties on slightly and mildly Cd-polluted soils

在轻微污染土壤中,各品种水稻秸秆中的Cd含量为0.12～0.85 mg·kg-1,均值为0.31 mg·kg-1。其中,水稻Lu-616的秸秆Cd含量显著高于其他各品种水稻(P<0.05)。而在轻度污染土壤中,各品种水稻秸秆中的Cd含量为0.45～3.34 mg·kg-1,均值为1.91 mg·kg-1;其中,水稻Lu-616、383、9311和364的秸秆Cd含量显著高于常规品种HHZ和水稻371(P<0.05),水稻Lu-616秸秆中Cd含量是水稻371的7.3倍。水稻糙米与秸秆中的Cd含量变化趋势相似,在轻微污染土壤中,各品种水稻糙米中Cd含量为0.02～0.15 mg·kg-1,均值为0.06 mg·kg-1,各品种水稻糙米的Cd含量均远低于GB 2762—2012《食品安全国家标准 食品中污染物限量》中的限定值0.2 mg·kg-1。而在轻度污染土壤中,各品种水稻糙米中的Cd含量为0.07～0.59 mg·kg-1,均值为0.29 mg·kg-1。其中,水稻Lu-616糙米中Cd含量最高可达0.59 mg·kg-1,水稻383糙米中Cd含量为0.39 mg·kg-1,是轻微污染土壤中的19.5倍。由此可见,与常规品种HHZ相比,水稻Lu-616、383和9311的根系和秸秆不仅具有较强的Cd吸收富集能力,还具有较强的向籽粒中转运积累的能力,这一结果也与这3个水稻品种的Cd积累相关SNP分子标记的检测结果一致。

不同品种水稻地上部Cd的生物富集系数(BCF)和秸秆至糙米的转移系数(TF)见表3。在轻微污染土壤中,不同品种水稻的BCF范围为0.09～0.62,其中水稻Lu-616的BCF最高。随着土壤中Cd含量增加,6种水稻的BCF均显著增加,其中水稻616、383、9311和364的BCF均大于1,分别达2.37、2.26、1.96和1.10。与BCF不同,在轻度污染土壤中,常规品种HHZ糙米的TF最高(0.34),明显高于其他品种水稻(0.12～0.17)。

表3 不同品种水稻的生物富集系数 (BCF)和转移系数(TF)Table 3 Bioaccumulation factors (BCF) and transfer factors (TF) of different rice varieties

2.3 水稻秸秆移除后土壤中总Cd和有效态Cd含量变化

水稻收获后,轻微和轻度污染土壤中CaCl2提取态和NH4OAc提取态Cd含量的变化如图2所示。

*表示与对照相比差异显著(P<0.05),**表示与对照相比差异极显著(P<0.01)。图2 不同品种水稻地上部移除后土壤中提取态Cd含量变化Fig.2 Changes in the CaCl2 extractable and NH4OAc extractable Cd contents in soils after the whole plant removal of different rice varieties

在轻度污染土壤中,未种植水稻的对照(CK)组土壤中CaCl2提取态Cd含量为36.4 μg·kg-1,种植不同品种水稻后土壤中CaCl2提取态Cd含量为27.3～42.5 μg·kg-1。除了种植常规水稻HHZ的土壤中CaCl2提取态Cd含量略有升高外,种植其他几种水稻的土壤中CaCl2提取态Cd含量均有所降低,其中水稻383最低,相较于CK组显著降低29.3%(P<0.05),其次为水稻Lu-616和9311。CK组土壤中NH4OAc提取态Cd含量为89.5 μg·kg-1,种植不同品种水稻后,土壤中NH4OAc提取态Cd含量在70.4～96.6 μg·kg-1之间。与CaCl2提取态Cd含量变化趋势相似,除了种植常规水稻HHZ的土壤中NH4OAc提取态Cd含量略有升高外,种植其他几种水稻的土壤中NH4OAc提取态Cd含量均有所降低,其中水稻383最低,相较于CK组显著降低21.3%(P<0.01),其次为水稻Lu-616和9311(P<0.05)。对于所有处理,轻度污染土壤中CaCl2提取态和NH4OAc提取态Cd含量均显著高于轻微污染土壤(P<0.05);对于2种土壤,NH4OAc提取态Cd含量均显著高于CaCl2提取态(P<0.05)。

通过水稻地上部和根系的生物量及Cd含量分别计算每盆水稻地上部和根系对Cd的吸取量,结果见表4。在轻微污染土壤中,水稻Lu-616和9311的地上部Cd吸取量分别为23.81和9.21 μg·盆-1,根系Cd吸取量分别为16.29和13.15 μg·盆-1,而整个植株的Cd吸取总量分别为40.11和22.24 μg·盆-1,显著高于其他品种(P<0.01)。据此计算,种植这2种水稻后轻微污染土壤中Cd含量预测值分别为0.38和0.39 mg·kg-1,均已降至筛选值0.40 mg·kg-1以下。在轻度污染土壤中,水稻Lu-616、383和9311的地上部Cd吸取量分别为87.63、74.57和62.44 μg·盆-1,根系Cd吸取量分别为39.83、19.19和28.13 μg·盆-1,而整个植株的Cd吸取总量分别为127.46、93.76和90.58 μg·盆-1,显著高于其他品种水稻(P<0.01)。种植这3种水稻后轻度污染土壤中Cd含量预测值分别可降低至0.69、0.72和0.72 mg·kg-1。将通过水稻吸取总量计算得到的收获后土壤中Cd含量预测值与水稻移除后盆栽土壤中Cd含量的HDXRF实测值进行相关性分析,发现轻度污染土壤中的Cd含量预测值与实测值之间呈极显著线性正相关(r=0.977,P<0.01),说明通过水稻Cd吸取总量能较好地预测污染土壤中Cd的减少量。

表4 不同品种水稻的地上部和根系移除对Cd的吸取效果Table 4 Reduction of cadmium through removal of aboveground part and root of rice plant with different varieties

图3 水稻地上部Cd吸取量与土壤可提取态Cd减少量的相关性分析Fig.3 Correlation analysis between aboveground Cd uptake in the rice and extractable Cd reduction in the soil

由图3可见,两者呈正相关关系,尤其是NH4OAc提取态Cd,在轻微和轻度污染土壤中与水稻地上部Cd吸取量的相关系数r分别为0.83和0.97,呈显著正相关(P<0.05)。轻微污染土壤中,水稻Lu-616的NH4OAc提取态Cd含量降幅最大,比未种植的对照组降低8.98 μg·盆-1;轻度污染土壤中,水稻383的NH4OAc提取态Cd含量降幅最大,比未种植的对照组降低22.87 μg·盆-1。

3 讨论

3.1 不同品种水稻的Cd积累特性

已有研究表明,植物生物量、地上部的重金属富集量以及富集系数是评价植物修复技术的重要指标[22]。在该研究的6种供试水稻品种中,9311、Lu-616、383、371和364这5种水稻的生物量均高于或显著高于常规品种HHZ。水稻Lu-616、383和9311的单株地上部Cd积累量分别为87.63、74.57和62.44 μg,亦显著高于郑陶等[23]报道的在人为添加Cd为10 mg·kg-1的土壤中高积累水稻材料Wujin4B 地上部对Cd的积累量(52 μg·株-1)。在Cd含量为0.80 mg·kg-1的轻度污染土壤上,Lu-616、383和9311这3种水稻的BCF均远高于其他3种水稻,特别是水稻Lu-616和383的BCF分别为2.37和2.26,高于唐皓等[22]从56种水稻材料中筛选出的7种Cd高积累水稻(分蘖期和孕穗期分别为2.08和2.05)。然而,该研究中Cd污染土壤上水稻Lu-616、383、9311和364糙米Cd含量均已超过GB 2762—2012中的限定值0.2 mg·kg-1,应采取相应调控措施确保水稻糙米中Cd含量的安全达标。在后续研究中,通过在灌浆期对9311和383这2种Cd高积累型水稻的叶面喷施阻控剂,可使水稻9311的糙米Cd含量低于国家标准,确保水稻籽粒安全。

3.2 土壤有效态Cd含量变化与水稻Cd吸收的相关性

不同化学提取剂可以分别提取土壤中不同形态的重金属,以便更准确地预测土壤中重金属的生物有效性和作物可食部位的重金属含量[24]。ZHANG等[11]比较了6种不同单一提取剂对土壤中重金属(Cu、Pb、Zn和Cd)有效态的预测性,发现采用1 mol·L-1NH4OAc和0.01 mol·L-1CaCl2这2种提取剂获得的土壤中重金属有效态含量与稻米中重金属含量之间相关性最高,表明NH4OAc和CaCl2相较于其他提取剂更适用于预测污染土壤中重金属的生物可利用度。该研究中,不同品种水稻收获并移除后,所有处理土壤中NH4OAc提取态Cd含量均高于CaCl2提取态,这是因为前者常用于提取土壤中的可交换态Cd,后者常用于提取土壤中的水溶态Cd,而已有文献表明水溶态Cd是土壤中活动性最强、最易被植物吸收的形态[9]。此外,不同品种水稻中Cd积累量大于NH4OAc提取态Cd减少量,说明还有其他形态的Cd也能被水稻吸收。DENG等[25]通过BCR分级提取试验发现,水稻吸收的Cd形态与土壤中非残留态Cd密切相关,特别是与土壤中可交换态Cd含量呈线性相关。

轻度污染土壤上种植的水稻Lu-616、383和9311的地上部Cd积累量较高,对应了土壤中NH4OAc 提取态Cd含量的大幅降低,这与张青等[26]报道的结果一致。除水稻HHZ外,其余品种水稻收获后,土壤中CaCl2提取态Cd的降低率均高于NH4OAc提取态Cd,进一步表明CaCl2提取态Cd更容易被水稻吸收。水稻HHZ秸秆移除后,土壤中CaCl2提取态和NH4OAc提取态Cd含量与对照组相比均有所上升,可能是由于水稻HHZ根系分泌的有机酸对Cd有一定的活化作用;而土壤有效态Cd含量变化是土壤中Cd活化与水稻吸收综合作用的结果。此外,值得注意的是,笔者研究采用的轻度污染土壤是人为添加外源Cd制备而成的,由于老化时间较短,该土壤中Cd的有效性往往会高于实际Cd污染农田土壤。因此,不同品种水稻对土壤中Cd的活化作用及对Cd的吸取去除能力尚需在田间水平开展深入研究。

3.3 水稻秸秆移除对土壤有效态Cd含量降低的贡献与减量修复潜力

水稻地上部Cd吸取量与土壤有效态Cd减少量之间存在显著正相关关系,种植水稻383、9311和Lu-616可以显著降低土壤中NH4OAc提取态Cd含量(P<0.05),其降低率分别为21.29%、14.47%和14.36%,推测水稻植株吸收富集的Cd对土壤中有效态Cd含量的降低有重要贡献。HU[27]发现,水稻成熟期根际土壤中可交换态Cd含量显著下降(33.71%),这支持了笔者的推测。

植物净化率指修复植物地上部移除部分对Cd的吸取量占土壤耕层Cd总量的比例,可用于综合评价该植物对Cd污染土壤的修复潜力[28]。盆栽试验中,种植水稻Lu-616、383和9311对轻度污染土壤Cd的净化率分别为9.1%、7.8%和6.5%。根据盆栽试验得到的水稻9311秸秆和糙米中Cd的平均含量(2.52和0.32 mg·kg-1),结合国家水稻数据中心网站发布的水稻9311产量数据〔600 kg·(667 m2)-1〕,以及文献报道的稻田耕层土壤容重(1.10～1.25 g·cm-3)[29]和中国水稻秸秆系数(草谷比为1.00)[30],可估算出田间种植1季水稻9311后,通过水稻地上部移除可使轻度污染土壤(0.80 mg·kg-1)中Cd的净化率达1.3%～1.5%。唐皓等[31]在有效态Cd含量为7.68 mg·kg-1的土壤上种植水稻Lu527-8和Lu17-9,灌浆期时通过移除水稻地上部可使土壤中Cd的净化率分别达0.82%和1.25%;据柳赛花等[32]报道,在Cd污染农田土壤上种植9311和玉珍香2种水稻,其地上部移除后对土壤Cd的净化率分别为7.2%和7.1%。同样的水稻品种9311对土壤Cd的净化率高于笔者研究,这可能是因为其土壤Cd含量(1.69 mg·kg-1)明显高于笔者研究,导致水稻9311对Cd的吸收量增加。这些结果表明,土壤性质和水稻品种的差异都可以影响水稻秸秆移除对土壤有效态Cd的净化率。此外,与其他Cd富集植物如苎麻[33](Cd净化率为1.22%)和印度芥菜[34](Cd净化率为0.35%～9.22%)相比,笔者研究中的高积累水稻Lu-616、383和9311对土壤中Cd的净化率也具有优势。同时,水稻还具有气候适应性更强、种植面积更广、种植技术成熟、便于机械化操作等优点。

通常,常规水稻品种不被认为是高富集植物修复材料,如笔者研究中的HHZ。但近年来,随着重金属高/低积累性水稻品种(品系)筛选技术的快速进步,目前已选育出相对于常规(主栽)品种具有更高重金属积累能力的水稻品种。笔者研究观察到,水稻Lu-616和9311植株的Cd吸取总量显著高于其他品种,具有较强的修复潜力。可以预测,若没有污染源进入土壤,通过种植高积累型水稻品种,是可以实现Cd轻微污染土壤(土壤Cd含量刚过超筛选值)的净化修复,并从安全利用类转变为优先保护类土壤这一目标的。值得重视的是,对Cd含量超标的稻米需要严格监管以防止流入市场。未来将进一步结合品种选育和农艺调控措施,在水稻籽粒积累Cd的关键生育期进行阻控,将Cd更多地截留在秸秆中而使稻米安全可食,以同步实现污染土壤的减污净化与稻米安全生产之目标。

4 结论

(1)不同品种水稻对Cd的吸收富集与积累能力具有显著差异,水稻Lu-616、383和9311属于Cd高积累型水稻。

(2)Cd高积累型水稻可显著降低土壤中CaCl2提取态和NH4OAc提取态Cd含量,从而减少土壤有效态和总Cd含量。

(3)Cd高积累型水稻地上部的移除具有较大的减污潜力。