本研究结果证实了,在合理的水分灌溉条件下施用Si素土壤调理剂可以在不影响水稻产量的情况下,显著地降低水稻糙米中的重金属Cd含量。首先,通过研究水稻根际土的氧化还原电位Eh动态、土壤pH值动态和土壤重金属Cd的形态分级,表明淹水灌溉CF可以维持水稻根际土较低的氧化还原电位,提高土壤pH值,促进土壤中重金属Cd从弱酸可提取态向碳酸盐结合态以及残渣态转化,降低土壤中Cd的迁移能力,限制其向水稻根系的转运;其次,通过研究水稻根系泌氧量、根表Fe、Mn、Cd含量、水稻不同部位Cd含量的变化,证实了淹水条件CF下施用Si素调理剂能促进水稻的根系泌氧能力,根系泌氧量增大,根表Fe2+、Fe3+、Mn2+含量均显著提高,水稻糙米中的Cd含量降低。其原因可能是由于淹水灌溉CF导致土壤呈还原性环境,故而还原铁Fe2+和还原锰Mn2+含量显著上升,同时根系泌氧量的增加,O2的释放导致根表氧化铁Fe3+含量的增加;不仅如此,水稻根表还原Fe2+、还原Mn2+氧化态Fe3+的含量提高,而且降低了根表Cd的含量,与根表Cd含量呈显著的负相关关系。可能的解释是,根表还原态Fe2+和Mn2+以较Fe3+更大的比例增加,由于吸附竞争作用导致根表Cd含量的下降。所以,可以推断本研究中水稻根表Cd含量与根表氧化态Fe3+存在负相关,实际上是土壤中Fe2+与Cd在根表的相互作用而形成的间接关系。综上所述,在持续淹水灌溉模式下施用Si素调理剂,一方面通过改变土壤中Cd的形态分布,降低Cd的运移能力,限制其向水稻根系的转运;另一方面通过维持较低的氧化还原电位和提高土壤的pH值,来增加土壤中的Fe2+、Mn2+等还原态阳离子与Cd2+的竞争吸附作用,以及还原态阴离子与Cd2+的共沉淀作用,从而最终达到降低水稻糙米Cd含量的目的。
本研究将传统农艺措施(水分调控)与化学钝化修复(外源Si素)相结合,研究了不同水分条件下施加外源Si对水稻糙米Cd累积的影响和作用机理。该研究成果可为在合理土壤水分管理下开展大田Cd污染钝化修复治理提供了科学依据,对农田土壤重金属污染修复技术的发展具有重要意义。 |