2019, Vol. 38
2. 农业部南方坡耕地植物营养与农业环境科学观测实验站, 成都 610066;
3. 四川省农业农村厅成都土壤肥料测试中心, 成都 614041
2. Monitoring & Experimental Station of Plant Nutrition and Agro-Environment for Sloping Land in South Region, Ministry of Agriculture, Chengdu 610066, China;
3. Chengdu Soil and Fertilizer Testing Center, Sichuan Provincial Department of Agricultural and Rural Affairs, Chengdu 610041, China
重金属镉（Cd）具有致畸、致癌、致突变等危害[1-2]，是生物毒性最强的重金属元素之一，在土壤-植物系统间迁移能力较强，易通过食物链传递进入动物和人体造成危害[3-7]。据统计，我国每年仅由工业排放到大气环境中的Cd总量就超过2000 t，这其中绝大部分会最终进入土壤中[8]。进入21世纪以来，全国多次报道Cd污染导致的镉大米事件，造成了强烈的社会反响。根据2014年发布的全国土壤污染状况调查公报[9]，全国耕地土壤点位超标率为19.4%，Cd污染物点位超标率为7.0%。四川省土壤污染物超标率为28.7%，其中Cd污染点位超标率为20.8%[10]，是土壤中首要的污染物。因此，开展Cd超标农田的安全利用技术研究，对保障国家经济与社会安全，实现土壤的可持续利用具有重要意义。
Fe是植物必需营养元素之一，对作物生长有重要的作用，作物生产中铁肥的施用可以改变土壤Cd不同形态间的平衡，使土壤Cd活性和生物有效性发生变化，影响作物对Cd元素的吸收与转运，降低Cd在作物体内的累积。研究表明，水稻田淹水后的厌氧铁氧化过程生成无定形氢氧化铁，其对Cd2+专性吸附及与Cd2+共沉淀可降低土壤有效态Cd浓度[11]。外源添加Fe2+可以缓解Cd对水稻生长发育的毒害作用，且缓解程度存在明显的品种差异[12]。水稻植株对铁和Cd的吸收存在一定的交互作用，同时会影响植物对其他元素的吸收，Cd2+可通过铁转运蛋白被植物吸收、转运[13-16]。Fe与Cd在根系细胞质膜上的转运存在竞争关系，Cd离子可以通过质膜上的Fe和Mn转运载体进入根细胞[17-18]，而水稻对Fe、Mn和Cd的吸收及运输都共同受Nramp5基因控制[19-20]。刘侯俊等[21]研究发现，Fe和Cd在水稻吸收上表现出明显的拮抗作用。Cd通过竞争作用可抑制植物对Fe的吸收并诱发植株出现缺Fe症状[22]。也有研究指出，由于缺Fe可诱导植株部分有关Fe吸收、转运基因的表达，在增加对Fe吸收的同时促进对Cd的吸收[23]。植物在缺Fe时会促进载体对二价金属离子的运输，吸收更多的Cd离子。
目前关于水稻土施铁肥对Cd吸收的阻控的研究较多[24-25]，叶面喷施的也多有研究[26]，但是两者结合起来并且研究其施用方法的较少。本试验选取两种铁肥、四种不同水稻品种，研究了不同方法及施用时期对水稻产量和籽粒Cd积累的影响，以期找出一种简单、有效的阻控稻米Cd积累的农艺措施，为Cd轻度超标稻田的稻米安全生产提供技术支撑。
1 材料与方法 1.1 不同铁肥种类及施用方法对水稻Cd吸收的影响试验选择在Cd轻度污染的土壤上进行本项试验，供试土壤主要理化性状：有机质含量31.8 g·kg-1、有效氮139 mg·kg-1、有效磷69.7 mg·kg-1、速效钾84.7 mg· kg-1、pH为6.18、全Cd 0.53 mg·kg-1，有效Cd 0.26 mg· kg-1，土壤类型为潮土，质地为壤土。
试验共选择4个水稻品种，分别为德粳1号（粳稻）、湘晚籼12号（籼型常规稻）、川优6203（籼型三系杂交稻品种）和Y两优1号（籼型两系杂交稻）；2种铁肥，分别为EDDHA-Fe（Fe含量为6%，肥料，艾邦生物）和FeSO4·7H2O（Fe含量为20.1%，分析纯，国药试剂）；2种铁肥的施用方法分别为土施和叶面喷施。试验采用裂区设计，铁肥种类及施用方法为主处理，水稻品种为副处理，主处理设置分别为：（1）对照（CK），不施铁肥；（2）EDDHA-Fe（乙二胺邻二羟基乙酸铁）土施处理，于秧苗移栽前与常规肥料一起作底肥施用，用量为150 kg·hm-2 EDDHA-Fe；（3）FeSO4· 7H2O土施处理，于秧苗移栽前与常规肥料一起作底肥施用，用量为750 kg · hm-2 FeSO4 · 7H2O；（4）EDDHA-Fe叶面喷施处理，于拔节孕穗期、抽穗扬花期和灌浆结实期各喷施一次浓度0.2% EDDHA-Fe，共喷施3次；（5）FeSO4·7H2O叶面喷施处理，于拔节孕穗期、抽穗扬花期和灌浆结实期各喷施一次浓度0.2% FeSO4·7H2O，共喷施3次。每个处理3次重复，小区面积30 m2，栽培规格为30 cm×20 cm，处理间做30 cm埂子，重复间留80 cm走道。肥料用量为165 kg·hm-2 N、75 kg·hm-2 P2O5和90 kg·hm-2 K2O，肥料品种分别为尿素、磷铵和氯化钾，40%氮肥、100%磷肥和40%钾肥作底肥在移栽前施用；60%氮肥和60%钾肥作分蘖肥在秧苗移栽后15 d施用。
1.2 不同时期喷施铁肥对水稻Cd吸收的影响试验选择在Cd轻度污染的土壤上进行本试验，供试土壤主要理化性状：有机质含量23.9 g·kg-1、有效氮109 mg·kg-1、有效磷55.1 mg·kg-1、速效钾114 mg· kg-1、pH为5.93、全Cd 0.58 mg · kg-1和有效Cd 0.24 mg·kg-1，土壤类型为潮土，质地为壤土。试验水稻品种为川优6203，叶面喷施铁肥为EDDHA-Fe（6%）。试验采用随机区组设计，铁肥喷施时期设5个处理，分别为：（1）对照（CK），喷施清水；（2）拔节孕穗期喷施EDDHA-Fe（0.2%），喷施3次，5~7 d 1次；（3）抽穗扬花期喷施EDDHA-Fe（0.2%），喷施3次，5~7 d 1次；（4）灌浆结实期喷施EDDHA-Fe（0.2%），喷施3次，5~ 7 d 1次；（5）拔节孕穗期、抽穗扬花期和灌浆结实期各喷施EDDHA-Fe（0.2%）1次。每个处理3次重复，小区面积20 m2，栽培规格为30 cm×20 cm，处理间隔50 cm，重复间留100 cm走道。肥料用量为165 kg· hm-2 N、75 kg·hm-2 P2O5和90 kg·hm-2 K2O，肥料品种分别为尿素、磷铵和氯化钾，40%氮肥、100%磷肥和40%钾肥作底肥在移栽前施用；60%氮肥和60%钾肥作分蘖肥在秧苗移栽后15 d施用。
1.3 测定项目与方法水稻成熟后采集水稻样品，样品分为籽粒和茎秆两部分收集。样品带回室内用水洗净泥污，晾干、置于烘箱杀青、干燥，然后磨碎过40目尼龙筛，分析茎秆和糙米Cd含量。分析方法采用HNO3-HClO4湿法消煮，消煮样品时，同时消煮空白和标准样品（GBW10010）进行质量控制和结果校正，用石墨炉原子吸收分光光度计法（novAA400-德国耶拿）测定各样品中的Cd含量[27]。收获时，每小区水稻全部收割，单打单收并测定含水量，最后换算为最终产量。
1.4 数据处理与分析数据处理在SPSS 15.0软件完成，统计分析采用DPS15.10软件比较。
2 分析与讨论 2.1 不同铁肥种类及施用方法对水稻产量及Cd吸收的影响通常认为水稻由于经常处于淹水的生长条件下，Fe营养相对其他微量营养元素不易缺乏[28]，但是试验结果显示水稻施用铁肥后其产量都有一定程度增加，在个别处理有显著增加（表 1）。硫酸亚铁和EDDHA-Fe底肥土施及追肥喷施两种方法均增加了4个水稻品种的产量，其中德粳1号增产幅度最大，平均增产率为12.39%，其中EDDHA-Fe追肥喷施和EDDHA-Fe底肥土喷施均显著增加了水稻产量（P < 0.05），其余处理也有不同程度增产，但效果不显著。其次为川优6203，平均增产率7.90%，但增产效果均不显著；Y两优1号平均增产率为5.72%，其中FeSO4·7H2O追肥喷施处理增产较为显著（P < 0.05）；湘晚籼12号平均增产率为6.15%。不同处理而言，EDDHA-Fe追肥喷施的增产效果最好，在4个水稻品种中的平均增产率为10.28%；其次为硫酸亚铁底肥土施，平均增产率为8.30%；硫酸亚铁追肥喷施处理的平均增产率最低，为5.77%。
|
表 1 不同铁肥种类及施用方法对水稻产量的影响 Table 1 Effects of different iron fertilizer types and application methods on rice yield |
不同水稻品种的稻米Cd差异较大（图 1），不施铁肥处理下4个品种稻米Cd平均含量排序为：Y两优1号 > 湘晚籼12号 > 川优6203 > 德粳1号，根据稻米食品标准（GB 2762—2017），不施铁肥处理下4个水稻品种中只有德粳1号所有处理的稻米Cd含量低于0.20 mg·kg-1，达到国家食品安全标准，这可能与不同水稻品种的Cd累积特性不同有关，由于粳稻对Cd的累积能力远低于其他水稻品种，因此在污染土壤中德粳1号能够达到国家食品安全标准。施用铁肥对籼型常规稻的Y两优1号作用最为明显，对籼型杂交稻的作用介于籼型常规稻和粳稻之间。
|
图 1 不同铁肥种类及施用方法下稻米和秸秆Cd含量变化 Figure 1 Cd content in rice and straw under different Fe fertilizer types and application methods |
除此之外不同种类铁肥和施用方法对不同水稻品种稻米Cd含量也有一定影响，并且对Cd含量较高的Y两优1号和湘晚籼12号影响较大，而在另外两个品种无显著影响。不同的铁肥品种中EDDHA-Fe效果要好于FeSO4·7H2O。在Y两优1号中EDDHA-Fe两种方法施用后稻米Cd的平均值由空白处理的0.331 mg·kg-1下降到0.281 mg·kg-1，而FeSO4·7H2O两种方法施用后稻米Cd的平均值为0.301 mg·kg-1。在湘晚籼12号中EDDHA-Fe两种方法施用后稻米Cd的平均值由空白处理的0.323 mg·kg-1下降到0.230 mg·kg-1，而FeSO4·7H2O两种方法施用后稻米Cd的平均值为0.229 mg·kg-1。而对不同施用方法而言，不同的品种差异较大。在Y两优1号中底肥土施铁肥后稻米Cd的平均值由空白处理的0.331 mg·kg-1下降到0.299 mg·kg-1，而追肥喷施铁肥后稻米Cd的平均值为0.283 mg·kg-1。在湘晚籼12号中底肥土施铁肥后稻米Cd的平均值由空白处理的0.323 mg·kg-1下降到0.259 mg·kg-1，而追肥喷施铁肥后稻米Cd的平均值为0.220 mg·kg-1。综合以上措施，效果最好的为EDDHA-Fe追肥喷施，能够平均降低水稻籽粒24%的Cd含量。
与稻米中Cd含量变化不同，4个水稻品种秸秆Cd含量除Y两优1号较高，施用铁肥后显著降低外，其他几个品种不同处理差异并不显著。Y两优1号中FeSO4·7H2O追肥喷施的秸秆中Cd含量最高为1.714 mg·kg-1，EDDHA-Fe追肥喷施处理中Cd含量最低为1.263 mg·kg-1。其他品种中秸秆中Cd含量在不同处理与不施用铁肥相比均有一定程度增加，但均未达到显著水平。
从图 2可见，从4个水稻品种籽粒/秸秆Cd含量比来看，不施用铁肥下，湘晚籼12号籽粒/秸秆Cd含量比最高，其他3个品种差异不大，4个品种分别为Y两优1号，0.220；湘晚籼12号，0.346；德粳1号，0.257；川优6203，0.235。4个水稻品种施用铁肥后籽粒/秸秆Cd含量比都有了显著降低，说明使用铁肥都能够抑制Cd从茎秆往籽粒运输。其中Y两优1号和川优6203的籽粒/秸秆平均值波动较小，德粳1号和湘晚籼12号降低较大。湘晚籼12号植株体内Cd向籽粒转移的能力较强，空白处理中籽粒/秸秆Cd含量最高，但是所有的铁肥处理都能够显著降低Cd从茎秆往籽粒运输的能力，其中EDDHA-Fe追肥喷施处理效果最为明显。对于Y两优1号而言，EDDHA-Fe底肥土施降低效果最明显，德粳1号和川优6203中FeSO4·7H2O底肥土施降低幅度最大。不同水稻品种施用铁肥后籽粒/秸秆Cd含量比都有了显著降低，但是效果差异较大，可能是由于不同水稻品种的吸收能力差异造成的。
|
图 2 不同铁肥种类及施用方法下水稻籽粒与秸秆Cd含量比 Figure 2 The ratio between Cd content in rice and Cd content in straw under different Fe fertilizer types and application methods |
不同的铁肥品种中，FeSO4·7H2O底肥和追肥处理中籽粒/秸秆Cd含量比较低，在4个品种中平均值分别为Y两优1号，0.192；湘晚籼12号，0.208；德粳1号，0.175；川优6203，0.196，而EDDHA-Fe底肥和追肥处理中籽粒/秸秆较高，在4个品种中平均值分别为Y两优1号，0.192；湘晚籼12号，0.246；德粳1号，0.202；川优6203，0.217。不同施用方法中，底肥和追肥在不同的品种中对籽粒/秸秆Cd含量比有一定差异，其中在Y两优1号，两种方法结果相同，均为0.193，湘晚籼12号和川优6203中，追肥喷施铁肥的籽粒/秸秆较低，而德粳1号效果相反。
4个水稻品种稻米Fe含量排序为：湘晚籼12号 > Y两优1号 > 川优6203 > 德粳1号，与稻米中Cd含量类似，均是德粳1号最低，其他3个品种较高（图 3）。不同种类的铁肥施用均显著增加了Y两优1号稻米Fe含量，部分铁肥施用处理能够显著增加川优6203水稻品种稻米Fe含量，而施用铁肥对湘晚籼12号和德粳1号两个水稻品种稻米Fe含量有一定增加，但并未达到显著水平。四个铁肥处理中以EDDHA-Fe和FeSO4·7H2O喷施两处理的稻米Fe含量增加幅度较大，而EDDHA-Fe和FeSO4·7H2O底肥土施两处理的稻米Fe含量略有增加。
|
图 3 不同铁肥种类及施用方法下稻米和秸秆Fe含量变化 Figure 3 Fe content in rice and straw under different Fe fertilizer types and application methods |
4个水稻品种秸秆Fe平均含量排序为：川优6203 > 德粳1号 > 湘晚籼12号 > Y两优1号，与稻米Fe含量完全不同（图 3）。铁肥施用提高了Y两优1号、湘晚籼12号和德粳1号的秸秆Fe含量，而川优6203秸秆Fe含量在铁肥施用后反而有所降低，但均未达到显著差异。与稻米Fe含量变化相似，四个铁肥处理中以Fe SO4·7H2O喷施处理的秸秆Fe含量增加幅度最大，而Y两优1号和湘晚籼12号两个品种的EDDHA-Fe和FeSO4·7H2O底肥土施两处理的秸秆Fe含量无显著变化，而德粳1号所有施用铁肥处理的秸秆Fe含量都明显增加。
2.2 不同时期喷施铁肥对水稻产量及Cd吸收的影响从川优6203不同时期喷施铁肥产量结果来看，与前面试验结果一致，喷施EDDHA-Fe有利于提高水稻的产量（表 2），但未达到显著效果。与喷施清水对照处理相比，孕穗期喷施铁肥增产量最高，达602.7 kg·hm-2，增幅为6.42%；其次是灌浆期喷施铁肥处理，增产513.3 kg·hm-2，增幅为5.47%。扬花期喷施铁肥处理与孕穗期、扬花期和灌浆期3个时期分别喷施一次的处理增产量较接近，增幅约2.5%左右。由此可见，孕穗期喷施铁肥对水稻增产作用最佳。
|
|
表 2 不同时期喷施铁肥对水稻产量的影响 Table 2 Effects of Fe fertilizer application on rice yield at different stages |
同一水稻品种喷施铁肥后各处理的稻米Cd含量都有不同程度的降低，喷施时间越晚，稻米中Cd含量降低越多（表 3）。在4个喷施铁肥处理中，以孕穗期、扬花期和灌浆期各喷施1次EDDHA-Fe处理的稻米Cd含量最低。所有喷施铁肥处理的秸秆Cd含量都较喷清水处理有一定程度增加，以扬花期喷施铁肥处理的秸秆Cd含量最高，其次为孕穗期、扬花期和灌浆期各喷施1次处理，而灌浆期喷施铁肥处理的秸秆Cd含量最低。所有喷施铁肥处理的稻米/秸秆Cd含量比都有所下降，以扬花期和孕穗期、扬花期和灌浆期3个时期分别喷施1次两处理的稻米/秸秆Cd含量比最小，这表明水稻喷施铁肥降低了秸秆中Cd向稻米中转移，抑制了稻米中Cd的累积，不失为控制稻米Cd含量的一种实用方式。
|
|
表 3 不同时期喷施铁肥对水稻秸秆和籽粒Cd含量的影响 Table 3 Effects of Fe fertilizer application on cadmium content in rice straw and grain at different stages |
从水稻秸秆和籽粒中Fe含量来看（表 4），喷施铁肥后稻米和秸秆中的Fe含量分别增加12.1~18.9 mg· kg-1和13.9~40.7 mg·kg-1。稻米中增加最多的处理是扬花期喷施，含量达156.4±11.6 mg·kg-1；秸秆中含量最高的处理是孕穗期喷施。从喷施时期来看，喷施Fe时间越靠近稻米形成期，其稻米中Fe含量增加越多，但含量达到156 mg·kg-1左右时不再增加，而秸秆中Fe则随喷施时间越晚含量越低。稻米/秸秆Fe含量比值远高于稻米/秸秆Cd含量比值，这表明水稻中Fe由植株向稻米转移的速率远高于Cd。稻米/秸秆Fe含量比值随喷施时间的推移逐渐增加。孕穗期、扬花期和灌浆期3个时期分别喷施1次处理稻米和秸秆中Fe含量都较高。因此，在扬花期后喷施铁肥有利于稻米中Fe含量的积累。
|
|
表 4 不同时期喷施铁肥对水稻秸秆和籽粒Fe含量的影响 Table 4 Effects of Fe fertilizer application on Fe content in rice straw and grain at different stages |
有研究表明，水稻对Cd的吸收、转运与Fe、Mn等营养代谢密切相关，Fe、Mn、Cd元素间表现为竞争吸收与转运的关系。Sasaki等[19]和Ishimaru等[20]则发现水稻对Fe、Mn和Cd的吸收及运输都共同受Nramp5 基因控制。在本试验中，4个水稻品种的秸秆Fe含量与稻米Cd含量呈直线性负相关（图 4），当秸秆Fe含量越高，稻米中的Cd含量越低，这表明当水稻体内Fe含量丰富时，Fe优先与转动蛋白结合，而Cd与转动蛋白的结合概率下降，因此，秸秆中Cd向稻米中的转移受到抑制，达到降低稻米Cd含量的目的。
|
图 4 稻米Cd含量与秸秆Fe含量的关系 Figure 4 Correlation between Cd content in rice and Fe content in straw |
不同水稻品种中稻米Fe含量与稻米Cd含量呈显著二次函数关系（P < 0.01），其二次回归方程为CCd= -0.436+0.009CFe-2.62×10-5CFe2（图 5）。这进一步说明，水稻籽粒中的Fe与Cd并非为单纯的竞争转运关系，当稻米中Fe含量较低时，Cd含量同样较低，随着稻米中Fe含量的上升而上升，但当稻米中Fe含量上升到一定程度后，稻米中的Cd含量又开始下降。这有可能是因为水稻中Cd与Fe共用运输通道，当二者含量较低时，铁载体蛋白的运输能力能够满足水稻籽粒中二者的吸收，并且随着Fe含量的上升，水稻的生长得到促进，从而增加了其体内铁载体蛋白的合成，间接促进了水稻中Cd的吸收。但是当水稻中Fe的含量到达一定程度时，再进一步增加Fe的含量对水稻生长并无明显影响。水稻体内的铁载体蛋白的含量也不能无限上升，但是其运载能力有限，而有限的铁载体的运载能力被大量增加的Fe所占用，因此这种竞争抑制了部分Cd的吸收，从而造成稻米中Cd含量的下降。秸秆和稻米Fe含量与Cd的相关分析表明，在一定程度上通过喷施EDDHA-Fe可以控制稻米Cd的转移，降低稻米Cd含量。
|
图 5 稻米Cd含量与Fe含量的相关性 Figure 5 Correlation between Fe content and Cd content in rice |
在水稻田前期淹水的过程中，土壤长期处于还原状态[29]，土壤Fe3+被还原为Fe2+，因而易于被水稻吸收。到了水稻灌浆和成熟期，田间开始晒田，这时土壤氧化还原电位发生变化，土壤中Fe2+又被氧化为Fe3+[30]，因此灌浆时土壤Fe的有效性降低，导致水稻吸收的铁含量减少。Fe在水稻体内是不易移动和再转运的元素，前期被茎秆吸收的Fe无法转运到其他器官[31]，而土壤中Fe的有效性又开始降低，因此籽粒中表现出了部分的缺Fe症状。水稻稻米Cd含量和稻米及茎秆中Fe含量都有可能呈二次函数关系，也就是先升高后降低的趋势。但由于茎秆中前期吸收的Fe含量较高，表现的趋势可能是降低的趋势，而水稻籽粒中Fe含量较低，呈现的是完整的先升高后降低的趋势。这两种不同的趋势是水稻茎秆和籽粒中不同时期Fe吸收和累积量的不同造成的。
2.4 稻米中金属元素与环境因子之间的PCA和RDA分析对水稻籽粒中重金属的浓度进行主成分分析（PCA分析），结果见图 6。通过实验，发现水稻籽粒中的重金属浓度之间有一定的关系，稻米中的Cd与Mn、Fe之间呈正相关。第一和第二主成分分别可以解释变量变化的81.9%和18.1%，不同水稻品种之间的重金属浓度分布差距较大。其中德粳1号的样点主要分布在第二和第三象限，其富集Cd的能力较差，籽粒中Cd含量较低，同时其对Fe的吸收能力也较低。川优6203的样点主要分布在第一和第四象限，对Cd的富集能力也较低，但是对Fe的吸收能力却远强于其他几个水稻品种。说明杂交稻吸收营养元素的能力也强于粳稻。Y两优1号和湘晚籼12号的样点分布则较为分散，四个象限均有分布。相比而言，四个水稻品种对Mn的吸收能力差距不大。水稻籽粒中重金属Cd和Mn的相关性较好，但是与Fe的相关性一般。
|
R-Cd水稻籽粒中Cd含量；R-Mn水稻籽粒中Mn含量；R-Fe水稻籽粒中Fe含量；S-Cd水稻茎秆中Cd含量；S-Fe水稻茎秆中Fe含量；S-Mn水稻茎秆中Mn含量；Ty施用铁肥类型；Vr水稻品种；Pa铁肥施用方式 R-Cd, Cd content in the rice; R-Mn, Mn content in the rice; R-Fe, Fe content in the rice; S-Cd, Cd content in the rice straw; S-Fe, Fe content in the rice straw; S-Mn, Mn content in the rice straw; Ty, Types of Fe fertilizer use; Vr, Rice varieties; Pa, Patterns of Fe fertilizer use 图 6 稻米中金属元素与环境因子之间的PCA和RDA分析 Figure 6 PCA and RDA analysis between the heavy metals in rice and environment factors |
通过水稻籽粒中的重金属含量与环境因子之间的RDA分析可以看出（图 6），水稻籽粒中的Cd与茎秆中的Cd含量和施肥方式及铁肥种类等相关性较好，同时与茎秆中的Fe含量呈显著负相关，也受到铁肥施用方式的影响。对施肥方式而言，喷施的效果要好于土施，这与我们前期的推测也相同。有可能是因为土壤前期处于淹水状态，土壤的Fe供应量较为充足，因此土施效果不明显，而后期土壤Fe有效性降低，土壤铁供应能力下降，因而叶面喷施的效果更为理想。同时FeSO4·7H2O的效果要好于EDDH-Fe，杂交稻的富集Cd能力要高于常规稻，粳稻的富集能力最低。
3 结论（1）FeSO4·7H2O和EDDHA-Fe底肥土施及追肥喷施两种方法均增加了四个水稻品种的产量，其中德粳1号增产幅度最大，平均增产率为12.39%，其次为川优6203，平均增产率7.90%；Y两优1号平均增产率为5.72%；湘晚籼12号平均增产率为6.15%。不同时期喷施铁肥，孕穗期增产量最大，其次是灌浆期处理，扬花期处理与孕穗期、扬花期、灌浆期3个时期分别喷施1次的处理增产量较接近。
（2）铁肥施用对不同水稻品种稻米Cd含量影响显著，EDDHA-Fe喷施处理显著降低了4个水稻品种的稻米Cd含量，平均下降20.87%。不同水稻品种的稻米Cd含量差异较大，其平均含量排序为：Y两优1号 > 湘晚籼12号 > 川优6203 > 德粳1号，4个水稻品种中只有德粳1号所有处理的稻米Cd含量达到国家食品安全标准。施用铁肥对籼型常规稻的Y两优1号降Cd作用最为明显，对籼型杂交稻的作用其次，对粳稻作用不明显。水稻施铁肥喷施时间越晚，稻米中Cd含量越低，并且多次喷施铁肥效果更好。
（3）试验中，水稻秸秆Fe含量与稻米Cd含量呈直线性负相关，水稻稻米Fe含量与稻米Cd含量呈极显著二次函数关系，稻米Cd含量随秸秆中Fe含量的增加先增加后下降，通过喷施铁肥可以控制稻米Cd的转移，降低稻米Cd含量。试验表明，通过合理施用铁肥可以降低Cd轻度污染土壤中稻米Cd含量。
| [1] |
Ghoochani M, Rastkari N, Yunesian M, et al. What do we know about exposure of Iranians to cadmium? Findings from a systematic review[J]. Environmental Science & Pollution Research, 2018, 25(4): 1-11. |
| [2] |
Li B, Xiao R, Wang C, et al. Spatial distribution of soil cadmium and its influencing factors in peri-urban farmland:A case study in the Jingyang District, Sichuan, China[J]. Environmental Monitoring & Assessment, 2017, 189(1): 1-16. |
| [3] |
Rapisarda V, Miozzi E, Loreto C, et al. Cadmium exposure and prostate cancer:Insights, mechanisms and perspectives[J]. Frontiers in Bioscience, 2018, 23(9): 1687-1700. DOI:10.2741/4667 |
| [4] |
Hu Y, Cheng H, Tao S. The challenges and solutions for cadmium-contaminated rice in China:A critical review[J]. Environment International, 2016, 92-93: 515. DOI:10.1016/j.envint.2016.04.042 |
| [5] |
Xie C, Hu L, Yang Y, et al. Accumulation and tolerance to cadmium heavy metal ions and induction of 14-3-3 gene expression in response to cadmium exposure in Coprinus atramentarius[J]. Microbiological Research, 2017, 196: 1-6. DOI:10.1016/j.micres.2016.11.012 |
| [6] |
Chemek M, Mimouna S B, Boughammoura S, et al. Protective role of zinc against the toxicity induced by exposure to cadmium during gestation and lactation on testis development[J]. Reproductive Toxicology, 2016, 63: 151-160. DOI:10.1016/j.reprotox.2016.06.005 |
| [7] |
Ninkov M, Aleksandrov A P, Mirkov I, et al. Strain differences in toxicity of oral cadmium intake in rats[J]. Food & Chemical Toxicology, 2016, 96: 11-23. |
| [8] |
Shao X, Cheng H, Li Q, et al. Anthropogenic atmospheric emissions of cadmium in China[J]. Atmospheric Environment, 2013, 79(11): 155-160. |
| [9] |
环境保护部、国土资源部.全国土壤污染状况调查公报[R].北京: 中华人民共和国环境保护部、国土资源部, 2014. Ministry of Environmental Protection, Ministry of Land and Resources. Bulletin of the national survey of soil pollution[R]. Beijing: Ministry of Environmental Protection, Ministry of Land and Resources, 2014. |
| [10] |
四川省环境保护厅、四川省国土资源厅.四川省土壤污染状况调查公报[R].成都: 四川省环境保护厅、四川省国土资源厅. 2014. Department of Environmental Protection of Sichuan Province, Department of Land and Resources of Sichuan Province. Investigation bulletin of soil pollution in Sichuan Province[R]. Chengdu: Department of Environmental Protection of Sichuan Province, Department of Land and Resources of Sichuan Province, 2014. |
| [11] |
李义纯, 李永涛, 李林峰, 等. 水稻土中铁-氮循环耦合体系影响镉活性机理研究[J]. 环境科学学报, 2018, 38(1): 328-335. LI Yi-chun, LI Yong-tao, LI Lin-feng, et al. Mechanisms of the ironnitrogen coupled cycles controlling variations of cadmium activity in paddy soil[J]. Acta Scientiae Circumstantiae, 2018, 38(1): 328-335. |
| [12] |
李姣, 刘璐, 杨斌, 等. 镉及镉与铁、锌互作对水稻生长的影响[J]. 华北农学报, 2018, 33(1): 217-223. LI Jiao, LIU Lu, YANG Bin, et al. Effects of cadmium concentration and interaction of cadmium with iron and zinc interaction on rice growth[J]. Acta Agriculturae Boreali-Sinica, 2018, 33(1): 217-223. |
| [13] |
陈爱葵, 王茂意, 刘晓海, 等. 水稻对重金属镉的吸收及耐性机理研究进展[J]. 生态科学, 2013, 32(4): 514-522. CHEN Ai-kui, WANG Mao-yi, LIU Xiao-hai, et al. Research progress on the effect of cadmium on rice and its absorption and tolerance mechanisms[J]. Ecological Science, 2013, 32(4): 514-522. |
| [14] |
Nakanishi H, Ogawa I, Ishimaru Y, et al. Iron deficiency enhances cadmium uptake and translocation mediated by the Fe2+ transporters OsIRT1 and OsIRT2 in rice[J]. Soil Science & Plant Nutrition, 2010, 52(4): 464-469. |
| [15] |
Pence N S, Larsen P B, Ebbs S D, et al. The molecular physiology of heavy metal transport in the Zn/Cd hyperaccumulator Thlaspi caerulescens[J]. Proc Natl Acad Sci USA, 2000, 97(9): 4956-4960. DOI:10.1073/pnas.97.9.4956 |
| [16] |
Vert G, Briat J F, Curie C. Arabidopsis IRT2 gene encodes a root-periphery iron transporter[J]. Plant Journal, 2010, 26(2): 181-189. |
| [17] |
Uraguchi S, Fujiwara T. Cadmium transport and tolerance in rice:Perspectives for reducing grain cadmium accumulation[J]. Rice, 2012, 5(1): 5. DOI:10.1186/1939-8433-5-5 |
| [18] |
Safarzadeh S, Ronaghi A, Karimian N. Effect of cadmium toxicity on micronutrient concentration, uptake and partitioning in seven rice cultivars[J]. Archives of Agronomy & Soil Science, 2013, 59(2): 231-245. |
| [19] |
Sasaki A, Yamaji N, Yokosho K, et al. Nramp5 is a major transporter responsible for manganese and cadmium uptake in rice[J]. Plant Cell, 2012, 24(5): 2155-2167. DOI:10.1105/tpc.112.096925 |
| [20] |
Ishimaru Y, Takahashi R, Bashir K, et al. Characterizing the role of rice Nramp5 in manganese, iron and cadmium transport[J]. Sci Rep, 2012, 2(6071): 286-293. |
| [21] |
刘侯俊, 李雪平, 韩晓日, 等. 铁镉互作对水稻脂质过氧化及抗氧化酶活性的影响[J]. 应用生态学报, 2013, 24(8): 2179-2185. LIU Hou-jun, LI Xue-ping, HAN Xiao-ri, et al. Effects of Fe-Cd interaction on the lipid peroxidation and antioxidative enzyme activities of rice[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2013, 24(8): 2179-2185. |
| [22] |
Sharma S S, Kaul S, Metwally A, et al. Cadmium toxicity to barley (Hordeum vulgare) as affected by varying Fe nutritional status[J]. Plant Science, 2004, 166(5): 1287-1295. DOI:10.1016/j.plantsci.2004.01.006 |
| [23] |
万亚男, 张燕, 余垚, 等. 铁营养状况对黄瓜幼苗吸收转运镉和锌的影响[J]. 农业环境科学学报, 2015, 34(3): 409-414. WAN Ya-nan, ZHANG yan, YU Gui, et al. Effects of iron supply on cadmium and zinc uptake and translocation by cucumber seedlings[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2015, 34(3): 409-414. |
| [24] |
卢美献.不同固定剂及其配比对土壤中镉砷钝化修复效果研究[D].南宁: 广西大学, 2016. LU Mei-xian. Study on immobilization and remediation of cadmium and arsenic combined pollution soil by different soil amendments and their mix[D]. Nanning: Guangxi University, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10593-1016218757.htm |
| [25] |
黄崇玲.不同铁氧化物对土壤镉有效性及水稻累积镉的影响[D].南宁: 广西大学, 2013. HUANG Chong-ling. Effects of different iron oxides on the bioavailability of soil cadmium and cadmium accumulation in rice[D]. Nanning: Guangxi University, 2013. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10593-1013372444.htm |
| [26] |
邵国胜, 陈铭学, 王丹英, 等. 稻米镉积累的铁肥调控[J]. 中国科学(C辑:生命科学), 2008(2): 180-187. SHAO Guo-sheng, CHEN Ming-xue, WANG Dan-ying, et al. Regulation of iron fertilizer on cadmium accumulation in rice[J]. Chinese Science Series C:Life Science, 2008(2): 180-187. |
| [27] |
鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京: 中国农业出版社, 2000. BAO Shi-dan. Soil and agricultural chemistry analysis[M]. Beijing: China Agriculture Press, 2000. |
| [28] |
陈虎.淹水条件下土壤中铁和砷的形态转化与砷释放机制[D].合肥: 安徽农业大学, 2016. CHEN Hu. Speciation transformation and arsenic release mechanism of iron and arsenic in flooded soils[D]. Hefei: Anhui Agriculture University, 2016. http://cdmd.cnki.com.cn/Article/CDMD-10364-1016258063.htm |
| [29] |
毛凌晨, 叶华. 氧化还原电位对土壤中重金属环境行为的影响研究进展[J]. 环境科学研究, 2018, 31(10): 1669-1676. MAO Ling-chen, YE Hua. Influence of redox potential on heavy metal behavior in soils:A review[J]. Research of Environmental Sciences, 2018, 31(10): 1669-1676. |
| [30] |
甄博, 郭相平, 陆红飞, 等. 旱涝交替胁迫对拔节期水稻生长和土壤氧化还原电位的影响[J]. 灌溉排水学报, 2018, 37(10): 42-47. ZHEN Bo, GUO Xiang-ping, LU Hong-fei, et al. Response of rice growth and soil redox potential to alternate drought and water logging stresses at the jointing stage[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2018, 37(10): 42-47. |
| [31] |
饶玉春, 郑婷婷, 马伯军, 等. 微量元素铁、锰、铜对水稻生长的影响及缺素防治[J]. 中国稻米, 2012, 18(4): 31-35. RAO Yu-chun, ZHENG Ting-ting, MA Bo-jun, et al. Effects of trace elements iron, manganese and copper on rice growth and nutrient deficiency control[J]. Chinese Rice, 2012, 18(4): 31-35. DOI:10.3969/j.issn.1006-8082.2012.04.007 |