晚稻全生育期Cd的迁移转化规律及预测模型研究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0680

中国农学通报 ›› 2021, Vol. 37 ›› Issue (25): 1-10.doi: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0680

所属专题：水稻

• 农学·农业基础科学 • 下一篇

晚稻全生育期Cd的迁移转化规律及预测模型研究

杨国航¹^,²(), 李琼¹^,²(), 和利钊¹^,², 顾静¹^,²(), 牛婧¹^,², 张海欧¹^,², 郑子健¹^,², 赵振¹^,²

¹广西博世科环保科技股份有限公司,南宁 530007
²北京博世科环保科技有限公司,北京 100101

收稿日期:2020-11-20 修回日期:2021-04-21 出版日期:2021-09-05 发布日期:2021-09-23
通讯作者: 李琼,顾静
作者简介:杨国航,女,1991年出生,山东济宁人,研究生,主要从事重金属污染土壤修复研究。通信地址：100101 北京市朝阳区安立路80号广西博世科环保科技股份有限公司/北京博世科环保科技有限公司,Tel：010-59636049-815,E-mail： yangguohang888@163.com。
基金资助:
广西省重点研发计划项目“典型硫化物矿区土壤重金属污染地球化学工程修复技术与防控示范”(桂科AB18281002);广西省崇左市科技专项资金项目“多金属复合污染农田安全利用技术集成与示范”(崇科FC2019002)

Study on the Migration, Transformation and Prediction Model of Cadmium in the Whole Growth Stage of Late Rice

Yang Guohang¹^,²(), Li Qiong¹^,²(), He Lizhao¹^,², Gu Jing¹^,²(), Niu Jing¹^,², Zhang Haiou¹^,², Zheng Zijian¹^,², Zhao Zhen¹^,²

¹Guangxi Bossco Environmental Protection Technology Co., Ltd., Nanning 530007
²Beijing Bossco Environmental Protection Technology Co., Ltd., Beijing 100101

Received:2020-11-20 Revised:2021-04-21 Online:2021-09-05 Published:2021-09-23
Contact: Li Qiong,Gu Jing

摘要/Abstract

摘要：

为探讨晚稻全生育期Cd的迁移转化规律及预测模型,采用长沙市望城区大田试验土壤-水稻Cd点对点数据,对水稻4个典型生育期（苗期、分蘖期、灌浆期和成熟期）及不同部位（根、茎叶及籽粒）Cd的吸收、累积和分配差异进行研究。结果表明,同一生育期各部位Cd含量和富集能力均为根>茎叶>籽粒,且根部明显高于其他部位,不同生育期差异显著,具体为成熟期>灌浆期>分蘖期>苗期;Cd转运能力为土-根>根-茎叶>茎叶-籽粒>根-籽粒,籽粒Cd大部分来自于茎叶的转移,且分蘖期转运能力显著高于其余生育期;Cd积累量和分配差异为茎叶>根>籽粒,且分蘖期和成熟期远大于苗期和灌浆期;土壤pH和有效态镉(ACd)含量是影响水稻Cd吸收的主控因子,pH为负效应,有效态镉为正效应,分蘖期茎叶Cd含量受其影响最大,是控制Cd进入籽粒的关键时期。可利用分蘖期土壤pH和有效态镉含量预测成熟期籽粒Cd含量,最优预测模型为lgCd_{成熟期籽粒}=0.158-0.099pH_分蘖期+0.261lgACd_分蘖期。研究结果可为中国长株潭地区稻田土壤Cd污染风险评估和管控提供理论依据和数据支撑。

关键词: 晚稻, 生育期, 镉, 迁移转化, 土壤理化性质, 预测模型

Abstract:

To better understand the migration, transformation and prediction model of cadmium (Cd) in the whole growth stage of late rice, we used soil-rice point-to-point data of Cd in field test in Wangcheng Changsha to study the differences of absorption, accumulation and distribution of Cd in different parts (root, stem and leaf, grain) of rice and its four typical growth stages (seedling stage, tillering stage, filling stage and mature stage). The results indicate that the Cd content and enrichment ability of each part in the same growth stage are all the roots> stems and leaves> grains, and the Cd content in roots are significantly higher than that in other parts, and there are significant differences in different growth stages, namely mature stage> filling stage> tillering stage> seedling stage. The transport capacity of Cd is soil root> root-stem and leaf> stem and leaf-grain> root-grain, most of the Cd in grain is from the transfer of the stem and leaf, and the transport capacity of Cd in tillering stage is significantly higher than that in other stages. The accumulation and distribution differences of Cd are stem and leaf> root> grain, and the tillering stage and mature stage are much higher than seedling stage and filling stage. The main factors affecting the Cd absorption are soil pH and available cadmium (ACd) content, pH has a negative effect and available cadmium has a positive effect, and the Cd content in stems and leaves of tillering stage is most affected by them, therefore it is the key stage to control Cd into grain. The pH and available cadmium in tillering stage could be used to predict Cd content of grains in mature stage, and the optimal prediction model is lgCd_{the grain in maturity stage}= 0.158- 0.099pH_{tillering stage}+ 0.261lgACd_{tillering stage}. The research results could provide a theoretical basis and data support for the risk assessment and controlling of soil Cd pollution in rice fields in Changzhutan area of China.

Key words: late rice, growth stage, cadmium, migration and transformation, physical and chemical properties of soil, prediction model

中图分类号:

杨国航, 李琼, 和利钊, 顾静, 牛婧, 张海欧, 郑子健, 赵振. 晚稻全生育期Cd的迁移转化规律及预测模型研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(25): 1-10.

Yang Guohang, Li Qiong, He Lizhao, Gu Jing, Niu Jing, Zhang Haiou, Zheng Zijian, Zhao Zhen. Study on the Migration, Transformation and Prediction Model of Cadmium in the Whole Growth Stage of Late Rice[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2021, 37(25): 1-10.

图/表 11

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参数	生育期	变化范围	平均值±标准误差	变异系数/%	P	F
pH	苗期	4.94~6.11	5.44±0.06a	1.07	<0.001	9.95
	分蘖期	4.10~6.35	5.20±0.10a	1.91
	灌浆期	5.30~8.16	5.87±0.12b	2.06
	成熟期	4.90~6.28	5.36±0.07a	1.29
土壤有机质/(g/kg)	苗期	30.11~50.66	41.18±1.22a	2.96	<0.001	17.95
	分蘖期	18.23~60.62	42.16±1.82a	4.32
	灌浆期	19.59~56.32	40.56±1.69a	4.17
	成熟期	35.58~91.58	57.50±2.66b	4.63
土壤全镉/(g/kg)	苗期	0.16~0.52	0.33±0.02a	6.06	0.012	3.85
	分蘖期	0.23~0.89	0.48±0.04b	8.33
	灌浆期	0.20~1.07	0.44±0.04b	9.09
	成熟期	0.25~0.95	0.43±0.03b	6.98
土壤有效态镉/(mg/kg)	苗期	0.05~0.22	0.12±0.01a	8.33	0.015	3.65
	分蘖期	0.07~0.66	0.20±0.03b	15.00
	灌浆期	0.05~0.19	0.11±0.01a	9.09
	成熟期	0.05~0.78	0.17±0.03ab	17.65

参数	生育期	变化范围	平均值±标准误差	变异系数/%	P	F
pH	苗期	4.94~6.11	5.44±0.06a	1.07	<0.001	9.95
	分蘖期	4.10~6.35	5.20±0.10a	1.91
	灌浆期	5.30~8.16	5.87±0.12b	2.06
	成熟期	4.90~6.28	5.36±0.07a	1.29
土壤有机质/(g/kg)	苗期	30.11~50.66	41.18±1.22a	2.96	<0.001	17.95
	分蘖期	18.23~60.62	42.16±1.82a	4.32
	灌浆期	19.59~56.32	40.56±1.69a	4.17
	成熟期	35.58~91.58	57.50±2.66b	4.63
土壤全镉/(g/kg)	苗期	0.16~0.52	0.33±0.02a	6.06	0.012	3.85
	分蘖期	0.23~0.89	0.48±0.04b	8.33
	灌浆期	0.20~1.07	0.44±0.04b	9.09
	成熟期	0.25~0.95	0.43±0.03b	6.98
土壤有效态镉/(mg/kg)	苗期	0.05~0.22	0.12±0.01a	8.33	0.015	3.65
	分蘖期	0.07~0.66	0.20±0.03b	15.00
	灌浆期	0.05~0.19	0.11±0.01a	9.09
	成熟期	0.05~0.78	0.17±0.03ab	17.65

参数	生育期	变化范围	平均值±标准误差	变异系数/%	P	F
根Cd/(mg/kg)	苗期	0.04~1.50	0.97±0.06a	6.19	<0.001	27.73
	分蘖期	0.46~5.01	1.69±0.26b	15.38
	灌浆期	0.19~4.38	2.46±0.21c	8.54
	成熟期	1.22~5.88	3.77±0.30d	7.96
茎叶Cd/(mg/kg)	苗期	0.21~1.41	0.56±0.06a	10.71	0.002	5.42
	分蘖期	0.27~3.17	0.99±0.15bc	15.15
	灌浆期	0.20~2.03	0.80±0.09ab	11.25
	成熟期	0.37~2.68	1.16±0.12c	10.34
籽粒Cd/(mg/kg)	成熟期	0.11~0.75	0.31±0.03	9.68	—	—

参数	生育期	变化范围	平均值±标准误差	变异系数/%	P	F
根Cd/(mg/kg)	苗期	0.04~1.50	0.97±0.06a	6.19	<0.001	27.73
	分蘖期	0.46~5.01	1.69±0.26b	15.38
	灌浆期	0.19~4.38	2.46±0.21c	8.54
	成熟期	1.22~5.88	3.77±0.30d	7.96
茎叶Cd/(mg/kg)	苗期	0.21~1.41	0.56±0.06a	10.71	0.002	5.42
	分蘖期	0.27~3.17	0.99±0.15bc	15.15
	灌浆期	0.20~2.03	0.80±0.09ab	11.25
	成熟期	0.37~2.68	1.16±0.12c	10.34
籽粒Cd/(mg/kg)	成熟期	0.11~0.75	0.31±0.03	9.68	—	—

生育期	部位	pH	土壤有机质	土壤全镉	土壤有效态镉	根
苗期	土壤有效态镉	-0.713^**	—	0.472^*	—	—
分蘖期	根	-0.445^*	—	0.525^**	0.720^**
	茎叶	-0.439^*	—	0.547^**	0.832^**	0.882^**
	土壤有效态镉	—	—	0.714^**	—	—
灌浆期	茎叶	—	0.434^*	0.431^*	—	0.659^**
灌浆期	土壤有效态镉	-0.496^*	—	—	—	—
成熟期	茎叶	—	—	0.493^*	0.602^**	—
	籽粒	—	—	0.600^**	0.774^**	0.440^*
	土壤有效态镉	—	—	0.795^**	—	—

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Study on the Migration, Transformation and Prediction Model of Cadmium in the Whole Growth Stage of Late Rice

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生育期	参数	pH	土壤全镉	土壤有效态镉	茎叶	籽粒
苗期	根	—	-0.532^**	—	—	—
苗期	茎叶	—	-0.527^**	—	—	—
分蘖期	根	—	—	—	0.820^**	—
分蘖期	茎叶	-0.434^*	—	0.470^*	—	—
灌浆期	根	—	-0.484^*	—	0.731^**	—
成熟期	根	—	—	—	—	0.531^**
成熟期	茎叶	—	—	—	—	0.608^**

部位	因子数	因子	回归预测模型(n=24)	r²	P
茎叶	单因子	pH	lgCd_茎叶=1.750-0.358pH	0.317	0.004	—
	单因子	lgACd	lgCd_茎叶=0.572+0.897lgACd	0.449	<0.001	—
	双因子	pH,lgACd	lgCd_茎叶=2.124-0.310pH+0.817lgACd	0.684	0.001	<0.001
	双因子	pHlgACd	lgCd_茎叶=0.621+0.184pHlgACd	0.602	<0.001	—

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