全 文 ：
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 31 卷 第 8 期摇 摇 2011 年 4 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
塔里木河下游胡杨径向生长与地下水的关系 安红燕,徐海量,叶摇 茂,等 (2053)………………………………
冲积平原区高程因子对土壤剖面质地构型的影响———以封丘县为例 檀满枝,密术晓,李开丽,等 (2060)……
臭氧胁迫对大豆叶片抗坏血酸鄄谷胱甘肽循环的影响 王俊力,王摇 岩,赵天宏,等 (2068)……………………
重要理化因子对小球藻生长和油脂产量的影响 张桂艳,温小斌,梁摇 芳,等 (2076)……………………………
北亚热带马尾松净生产力对气候变化的响应 程瑞梅,封晓辉,肖文发,等 (2086)………………………………
亚热带沟叶结缕草草坪土壤呼吸 李熙波,杨玉盛,曾宏达,等 (2096)……………………………………………
UV鄄B辐射对马尾松凋落叶分解和养分释放的影响 宋新章,张慧玲,江摇 洪,等 (2106)………………………
干旱胁迫下内生真菌感染对羽茅的生理生态影响 韩摇 荣,李摇 夏,任安芝,等 (2115)…………………………
蜜环菌对锌的耐性和富集特性 朱摇 林,程显好,李维焕,等 (2124)………………………………………………
干旱荒漠区狭叶锦鸡儿灌丛扩展对策 张建华,马成仓,刘志宏,等 (2132)………………………………………
黄土高原区不同植物凋落物搭配对土壤微生物量碳、氮的影响 王春阳,周建斌,夏志敏,等 (2139)…………
内蒙古典型草原克氏针茅与冰草的生存策略 孙摇 建,刘摇 苗,李胜功, 等 (2148)……………………………
荒漠沙柳根围 AM真菌的空间分布 贺学礼,杨摇 静,赵丽莉 (2159)……………………………………………
开放式昼夜不同增温对单季稻影响的试验研究 董文军,邓艾兴,张摇 彬,等 (2169)……………………………
醉马草免培养内生细菌的多样性 张雪兵,史应武,曾摇 军,等 (2178)……………………………………………
河南生态足迹驱动因素的 Hi_PLS分析及其发展对策 贾俊松 (2188)…………………………………………
禹城市耕地土壤盐分与有机质的指示克里格分析 杨奇勇,杨劲松,余世鹏 (2196)……………………………
旋覆花提取物对朱砂叶螨的生物活性及酶活性的影响 段丹丹,王有年,成摇 军,等 (2203)……………………
白洋淀湖滨湿地岸边带氨氧化古菌与氨氧化细菌的分布特性 叶摇 磊,祝贵兵,王摇 雨,等 (2209)……………
干旱胁迫条件下 6 种喀斯特主要造林树种苗木叶片水势及吸水潜能变化
王摇 丁,姚摇 健,杨摇 雪,等 (2216)
………………………………………
……………………………………………………………………………
桉树人工林物种多样性变化特征 刘摇 平,秦摇 晶,刘建昌,等 (2227)……………………………………………
海河流域湿地生态系统服务功能价值评价 江摇 波,欧阳志云,苗摇 鸿,等 (2236)………………………………
芦苇在微咸水河口湿地甲烷排放中的作用 马安娜,陆健健 (2245)………………………………………………
云南不同土壤铅背景值下大叶茶种群对铅的吸收积累特征及其遗传分化
刘声传,段昌群,李振华,等 (2253)
………………………………………
……………………………………………………………………………
长江口和杭州湾凤鲚胃含物与海洋浮游动物的种类组成比较 刘守海,徐兆礼 (2263)…………………………
江西大岗山地区 7—9 月降水量的重建与分析 乔摇 磊,王摇 兵,郭摇 浩,等 (2272)……………………………
山核桃免耕经营的经济效益和生态效益 王正加,黄兴召,唐小华,等 (2281)……………………………………
基于 GIS的广州市中心城区城市森林可达性分析 朱耀军,王摇 成,贾宝全,等 (2290)…………………………
专论与综述
土壤呼吸温度敏感性的影响因素和不确定性 杨庆朋,徐摇 明,刘洪升,等 (2301)………………………………
植物代谢速率与个体生物量关系研究进展 程栋梁,钟全林,林茂兹,等 (2312)…………………………………
耕地生态补偿实践与研究进展 马爱慧,蔡银莺,张安录 (2321)…………………………………………………
问题讨论
元谋干热河谷三种植被恢复模式土壤贮水及入渗特性 刘摇 洁,李贤伟,纪中华,等 (2331)……………………
研究简报
中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响 胡摇 坤,喻摇 华,冯文强,等 (2341)………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*296*zh*P* ￥ 70郾 00*1510*33*
室室室室室室室室室室室室室室
2011鄄04
封面图说: 巴西热带雨林———美丽的巴西北部玛瑙斯热带雨林景观。 位于南美洲的亚马逊河是世界上流域最广、流量最大的
河流,孕育了世界面积最大的热带雨林,雨林中蕴藏着极丰富的生物资源。
彩图提供: 中国科学院生态环境研究中心徐卫华博士摇 E鄄mail:xuweihua@ rcees. ac. cn
生 态 学 报 2011,31(8):2341—2348
Acta Ecologica Sinica
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:四川省基金项目(2008NG0002);国家科技支撑计划项目(2006BAD02A05)
收稿日期:2010鄄04鄄01; 摇 摇 修订日期:2010鄄09鄄02
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: stu@ ipni. net
中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响
胡摇 坤1,2, 喻摇 华1, 冯文强1, 秦鱼生1, 蓝摇 兰1, 2, 廖鸣兰1,王昌全2, 涂仕华1,*
(1. 四川省农业科学院土壤肥料研究所, 成都摇 610066;2. 四川农业大学资源环境学院, 雅安摇 625014)
摘要:采用盆栽试验,研究了中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响。 结果表明,在所有测试的元素和施用方法中,
硅酸钠叶面喷施显著增加稻谷产量,而碳酸钙、硼酸、硅酸钠土施和亚硒酸钠显著降低了稻谷产量。 镁、锌、铁的盐酸盐形态对
水稻籽粒的增产效果优于硫酸盐形态,而钙、铜的硫酸盐形态增产效果略高于盐酸盐形态。 在钙、镁、硫 3 种中量元素中,钙增
加了水稻籽粒中的 Cd浓度和吸收量,而镁和硫则降低了籽粒中的 Cd浓度和吸收量,以硫磺粉处理为最低。 稻草中的 Cd浓度
和总量均以氯化镁处理为最高,硫磺粉处理最低。 镁能有效抑制 Cd从秸秆向籽粒的转移,其盐酸盐优于硫酸盐。 在微量元素
中,锌对水稻 Cd的吸收抑制作用最为显著,其次是铜,而有益元素肥料硅酸钠叶面喷施则显著增加了稻谷中的 Cd浓度和吸收
量。 硫酸亚铁、氯化锰、氯化铜、硼酸和硼砂处理都能有效地抑制 Cd从秸秆向籽粒的转移,而硅酸钠叶面喷施和锌处理则促进
了 Cd的转移,表明硅酸钠抑制水稻吸收 Cd的机制很可能发生在土壤中,而非在植株体内或地上部分。 在 Cd污染土壤上选用
适宜的中微量和有益元素肥料及其施用方法,能有效降低水稻对镉的吸收和稻米中的 Cd含量。
关键词:中量元素;微量元素;有益元素;镉;水稻; 土壤
Effects of secondary, micro鄄 and beneficial elements on rice growth and
cadmium uptake
HU Kun1, 2, YU Hua1, FENG Wenqiang1, QIN Yusheng1, LAN Lan1, 2, LIAO Minglan1, WANG Changquan2,
TU Shihua1,*
1 Soil and Fertilizer Institute, Sichuan Academy of Agricultural Sciences, Chengdu 610066, China
2 College of Resources and Environment, Sichuan Agricultural University, Ya忆an 625014, China
Abstract: Cadmium (Cd) is one of the most toxic pollutants in the environment. Agricultural soils in several locations of
Sichuan province in China are slightly to moderately contaminated by Cd that creates risk for animal and human health
through food chains. Thus, how to minimize Ca uptake by crops and to produce safe agricultural products are highly
concerned by the government and the society. Our previous work had examined the effects of macro鄄nutrients ( nitrogen,
phosphorus and potassium) on Cd uptake by wheat and rice. It indicated that different forms of these fertilizers do affect Cd
uptake by wheat and rice in the ways of enhancement, reduction or no effect. The results encouraged the authors to further
research the rest of the plant necessary nutrients and beneficial elements commonly used in agriculture. This study,
therefore, aimed to continue examining effects of secondary, micro鄄 and beneficial elements on rice growth and Cd uptake
from a soil moderately contaminated with Cd in a pot experiment. The experiment consisted of twenty one treatments
including both sulfate and chloride salts of calcium (Ca), magnesium (Mg), iron (Fe), manganese (Mn), zinc (Zn)
and copper (Cu), and elemental sulfur (S), calcium carbonate as a third form of Ca carrier, borax and boric acid as two
sources of boron (B), sodium selenite (Se) and sodium silicate (Si) applied into soil or as folia spray. All the treatments
repeated four times. The results showed that folia application of sodium silicate significantly increased rice grain yield,
while calcium carbonate, boric acid and sodium silicate incorporated into soil significantly reduced rice grain yield. The
chloride salts of Mg, Zn and Fe were more favorable to enhance rice grain yield than the sulfate salts of the three elements,
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while the sulfate salts of Ca and Cu just behaved in an opposite manner. Among the three secondary elements of Ca, Mg
and S, Ca enhanced but Mg and S in particular reduced the concentrations and uptake of Cd in grain. In straw, the
concentrations and uptake of Cd were minimized by magnesium chloride and S in particular. It was found that Mg retarded
transferring Cd from straw to grain, with magnesium chloride more effective than the magnesium sulfate. Among the micro鄄
elements studied, Zn was most effective in blocking Cd uptake by rice, and followed by Cu, while folia application of the
beneficial element of Si as sodium silicate topped the all the treatments in concentrations and uptake of Cd in grain. The
treatments of ferrous sulfate, magnesium chloride, cupper chloride, boric acid and borax effectively depressed but the
treatments of Zn and folia application of sodium silicate promoted the transfer of Cd from straw to grain, indicating the
mechanism of Si blocking Cd uptake by rice was most likely to occur in soil rather than within plant or in the aboveground
portions of the plant. It implies that selecting appropriate forms of secondary, micro鄄 and beneficial elements and using
proper application methods could effectively reduce Cd uptake by and Cd content in grain in the Cd polluted soil.
Key Words: secondary element; microelement; beneficial element; cadmium; rice; soil
镉(Cd)是重要的环境污染物之一,它通过食物链进入人体而危害人体健康,严重时可导致高血压、骨痛
病、肾功能紊乱、肝损害、肺水肿、贫血等疾病,甚至诱发癌症[1]。 日本的骨痛病就是因为消费者食用了被 Cd
污染的稻米所引起的[2]。 因此,土壤鄄作物系统中 Cd 污染与迁移已成为国内外环境污染研究的热点之
一[3鄄4]。 土壤中 Cd形态可分为水溶交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残留态[5],其中
水溶交换态 Cd是植物吸收的主要来源,生物有效性最高。 土壤中 Cd 的生物有效性主要受土壤 pH、有机质、
共存离子、水分、温度、矿物组成等因素的影响[6鄄11]。
施肥是农业生产中最常见的增产措施,肥料是土壤鄄植物系统中不可缺少的因素。 施肥不仅能为植物提
供养分,促进植物生长;同时,肥料进入土壤后改变土壤理化性质,以及与重金属本身发生一系列的作用,从而
影响到重金属的生物有效性。 适量的添加微肥有助于作物增产,提高作物品质。 钙(Ca)、镁(Mg)、硫(S)、铁
(Fe)、锰(Mn)、硼(B)、锌(Zn)、钼(Mo)和铜(Cu)等元素是植物生长的必需营养元素,硅(Si)和硒(Se)等为
植物生长的有益元素。 施用这些元素的肥料后是否会影响土壤重金属的生物有效性或毒性,从而影响植物对
Cd的吸收, 除 Ca、Zn、Si、Se外[12鄄16],目前对其他元素的研究鲜见报道, 特别是在淹水条件下。 为此,本研究
采用盆栽试验,探讨了不同中微量元素和有益元素肥料在淹水培养条件对水稻吸收 Cd 的影响,以期为 Cd 污
染农田区域的合理施肥提供理论依据和技术支撑。
1摇 材料与方法
1. 1摇 试验材料
(1)供试土壤摇 采自四川省绵竹市兴隆镇由灰色冲积物发育而成的潴育型水稻土,前茬作物为大麦,采
样深度 0—20cm。 土样经去除植物残体,风干、用木槌碎化混匀后作水稻盆栽使用;土壤基础分析样品研磨过
1mm筛。 土壤基本理化性质分析采用以下方法:土壤 pH用 pH计(pHS鄄4C+)测定,有机质含量用重铬酸钾容
量法鄄外加热法,CEC采用醋酸铵法,全氮用半微量开氏法,碱解氮用碱解扩散法,土壤速效磷用 0. 5 mol / L
NaHCO3法,有效钾用冷的 2 mol / L HNO3浸提鄄火焰光度法,全镉用 HCl鄄HNO3 鄄HF鄄HClO4消解,石墨炉原子吸
收分光光度计法(novAA400鄄德国耶拿)测定[5]。 有效镉用 1 mol / L MgCl2(pH=7)溶液浸提,石墨炉原子吸收
分光光度计法(novAA400鄄德国耶拿)测定。 供试土壤的基本理化性质见表 1。 该土壤全 Cd 含量为 0. 92 mg /
kg,属于 Cd中度污染土壤[17]。 因此,本研究试图探讨在 Cd中度污染土壤条件下种植水稻的食品安全风险。
(2)供试作物摇 水稻, 品种为域优 838,经前期研究筛选出的抗 Cd 污染品种,由四川省绵阳市农科所
提供。
1. 2摇 试验设计
1. 2. 1摇 盆栽试验
摇 摇 试验设 21 个处理,包括不同金属中微量元素的硫酸盐、盐酸盐,非金属微量元素的硼砂和硼酸,硫磺粉、
2432 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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碳酸钙及有益元素的亚硒酸钠和硅酸钠,每个处理重复 4 次。 此外,除不施肥对照外的每一处理都添加了
0郾 2g N / kg、0. 15g P2O5 / kg和 0. 15g K2O / kg。 氮肥为尿素, 磷肥和钾肥分别用磷酸氢二钾和磷酸二氢钾调节
用量平衡。 所有加入的元素都为分析纯试剂,按照盆在试验的一般做法,肥料用量为一般大田施用量的 2 倍,
具体处理及肥料用量见表 2。
表 1摇 供试土壤基本理化性质
Table 1摇 Some of the selected basic properties of the soil in study
pH CEC // (cmol / kg)
有机质 /
OM
/ (g / kg)
全氮 /
Total N
/ (g / kg)
碱解氮 /
Alk鄄hydr N
/ (mg / kg)
有效磷 /
Avail P
/ (mg / kg)
有效钾 /
Avail K
/ (mg / kg)
全镉 /
Total Cd
/ (mg / kg)
有效镉 /
Avail Cd
/ (mg / kg)
6. 43 15. 9 43. 3 0. 25 166. 9 14. 4 99. 6 0. 92 0. 36
表 2摇 不同中微量和有益元素肥料对水稻生长和吸收镉影响的试验设计
Table 2摇 Experiment design for effects of different fertilizers of secondary, micro鄄 and beneficial elements on rice growth and cadmium uptake
元素类别
Element type
处理
Treatment
肥料
Fertilizer used
元素用量***
Element rate / (g /盆)
对照 CK 无肥(CK0) 0 0
NPK(CK) CO(NH2) 2 +K2HPO4 + KH2PO4 0. 2+0. 15+0. 15
中量元素 Secondary element CaSO4 CK+CaSO4·2H2O 0. 3
CaCl2 CK+CaCl2 0. 3
CaCO3 CK+CaCO3 0. 3
MgSO4 CK+MgSO4·7H2O 0. 3
MgCl2 CK+MgCl2 . 6H2O 0. 3
S CK+硫磺粉 2
微量元素 Microelement FeSO4 CK+FeSO4·7H2O 0. 3
FeCl3 CK+FeCl3·6H2O 0. 3
H3BO3 CK+H3BO3 0. 2
Na2B4O7 CK+Na2B4O·. 10H2O 0. 2
MnSO4 CK+MnSO4·H2O 0. 3
MnCl2 CK+MnCl2·4H2O 0. 3
CuSO4 CK+CuSO4·5H2O 0. 3
CuCl2 CK+CuCl2·2H2O 0. 3
ZnSO4 CK+ZnSO4·7H2O 0. 3
ZnCl2 CK+ZnCl2 0. 3
有益元素 Beneficial element Na2SiO3(土施 S*) CK+Na2SiO3·9H2O 1. 626
Na2SiO3(叶施 F**) CK+Na2SiO3·9H2O 1. 16
Na2SeO3 CK+Na2SeO3 0. 046
摇 摇 *土施指硅酸钠在水稻移栽前施入土壤; **叶施指硅酸钠在水稻分蘖期和抽穗期按 1. 16 g / L浓度叶面喷施两次; ***元素用量中,所
有中微量和有益元素的用量都施用了 N、P、K肥用量
称取 8kg污染风干土样于盆钵中,按处理准确称取不同肥料,均匀混入土中。 灌水并保持盆钵土面 2—
3cm水层,1d后每盆移栽 3 株秧苗。
1. 2. 2摇 水稻生长调查和样品采集与测定
水稻生育期中调查水稻分蘖、植株高度,成熟后取样分析水稻有效穗、每穗籽粒数、千粒重、籽粒和秸秆生
物量等。 用于 Cd分析的水稻籽粒和秸秆样品,经风干和烘干后, 用不锈钢研磨仪研碎,混匀备用。 植株样品
用体积分数为 4 颐1 的混合酸(HNO3 颐HClO4 = 4 颐1)消解,然后用石墨炉原子吸收分光光度计法(novAA400鄄德
国耶拿)测定镉含量。 同时消煮空白和标准样品(国家标准物质 GBW10010(GSB鄄1)大米成分分析标准物质
(地球物理地球化学勘察研究所 IGGE),回收率为 97. 6%—102. 8% )进行质量控制和结果校正。
3432摇 8 期 摇 摇 摇 胡坤摇 等:中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响 摇
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1. 3摇 数据处理
采用 Microsoft Excel和 DPS3. 01 进行有关数据的计算和统计检验。
2摇 结果与讨论
2. 1摇 不同中微量和有益元素肥料对水稻生长的影响
不同中微量元素和有益元素对水稻生长和产量的影响显著(表 3)。 除千粒重外,所有施肥处理都比无肥
处理显著增加了水稻生长, 有效改善了产量构成因素,提高了籽粒产量。 在施肥处理中,不同肥料对水稻株
高和籽粒千粒重有一定影响,但处理间差异不显著;不同肥料对有效穗、穗粒数、籽粒产量和稻草产量的影响
差异明显,达到显著水平。 在所有处理中,氯化锰处理的稻草产量为最高,并显著高于对照(CK)。
表 3摇 不同中微量元素和有益元素对水稻生长和生物产量的影响
Table 3摇 Effects of different secondary, micro鄄 and beneficial elements on rice growth and yield
元素类别
Element type
处理
Treatment
株高
Plant height / cm
有效穗
Effective panicles
/ (穗 /盆)
穗粒数
Grains per panicle
/ (粒 /穗)
千粒重
1000鄄grain
weight / g
籽粒干重
Grains yield
/ (g /盆)
秸秆干重
Straw yield
/ (g /盆)
CK0 99. 6 b* 20. 3 f 96. 0 def 23. 7 ab 45. 9 g 61. 3 e
CK 101. 3 ab 30. 3 bc 104. 4 abcde 23. 1 ab 73. 0 bcd 89. 8 bc
中量元素 CaSO4 107. 9 ab 30. 3 bc 116. 7 abc 22. 7 ab 72. 3 bcd 83. 6 cd
Secondary CaCl2 108. 5 a 26. 7 cde 105. 8 abcde 24. 2 a 67. 9 cde 83. 7 cd
element CaCO3 103. 2 ab 21. 7 ef 119. 4 ab 23. 7 ab 61. 2 ef 72. 5 de
MgSO4 103. 1 ab 24. 7 def 119. 1 ab 23. 6 ab 68. 4 cde 84. 5 cd
MgCl2 108. 5 a 27. 0 cd 122. 1 a 22. 9 ab 74. 5 bc 94. 0 abc
S 105. 2 ab 28. 0 cd 107. 5 abcde 23. 2 ab 69. 4 cde 81. 5 cd
微量元素 FeSO4 105. 5 ab 28. 3 cd 105. 0 abcde 23. 5 ab 70. 0 cde 84. 3 cd
Microelement FeCl3 107. 0 ab 27. 0 cd 116. 5 abc 23. 8 ab 74. 2 bc 88. 8 bc
MnSO4 106. 8 ab 29. 7 bcd 112. 5 abcd 21. 9 b 72. 2 bcd 93. 5 abc
MnCl2 102. 0 a 39. 0 a 92. 3 ef 22. 4 ab 80. 1 ab 105. 3 a
CuSO4 104. 4 ab 27. 7 cd 118. 7 ab 23. 2 ab 74. 9 bc 92. 5 abc
CuCl2 105. 7 ab 28. 3 cd 94. 8 def 24. 2 a 65. 2 cde 87. 6 bc
ZnSO4 109. 4 ab 28. 0 cd 101. 8 bcde 23. 8 ab 67. 4 cde 81. 7 cd
ZnCl2 102. 3 ab 25. 7 cde 118. 1 abc 22. 9 ab 69. 4 cde 84. 7 cd
H3BO3 106. 6 ab 26. 0 cde 107. 7 abcde 22. 6 ab 63. 4 def 87. 9 bc
Na2B4O7 104. 9 ab 29. 7 bcd 105. 9 abcde 23. 0 ab 72. 0 bcd 88. 8 bc
有益元素 Na2SiO3(土施淤) 106. 1 ab 27. 3 cd 98. 9 cdef 24. 0 ab 63. 7 def 85. 6 cd
Beneficial Na2SiO3(叶施于) 103. 7 ab 34. 0 ab 117. 8 abc 22. 1 ab 87. 9 a 101. 1 ab
element Na2SeO3 104. 2 ab 29. bcd 81. 2 f 23. 0 ab 54. 2 fg 95. 2 abc
摇 摇 同列不同小写字母表示 P < 0. 05 水平上差异显著,淤土施指硅酸钠在水稻移栽前施入土壤; 于叶施指硅酸钠在水稻分蘖期和抽穗期按 1.
16 g / L浓度叶面喷施两次; 元素用量中,所有中微量和有益元素的用量都施用了 N、P、K肥用量
在中微量元素肥料处理中,氯化锰比 CK显著增加了水稻有效穗,碳酸钙和硫酸镁则显著降低有效穗,其
他处理与对照之间没有显著差异。 氯化锰、氯化铜、硅酸钠土施和亚硒酸钠处理比 CK 明显降低了水稻穗粒
数,以亚硒酸钠处理为最低,其差异达到显著水平,其余处理与 CK 之间的差异不显著;但硫酸钙、碳酸钙、硫
酸镁、氯化镁、三氯化铁、氯化锰、硫酸铜、氯化锌和硅酸钠叶面喷施对增加穗粒数都有明显影响。 在籽粒产量
上,硅酸钠叶面喷施的增产效果最为显著,碳酸钙、硼酸、硅酸钠土施和亚硒酸钠的减产效果达到显著水平,以
亚硒酸钠的产量为最低;其余处理的籽粒产量与 CK差异不显著。 稻草产量显著高于和低于 CK 的分别为氯
化锰和碳酸钙处理,其余处理之间差异不显著。
总体来看,在本研究涉及的中微量元素中,镁、锌、铁的盐酸盐形态对水稻的增产效果优于硫酸盐形态,以
氯化锰的效果最优;而钙、铜的硫酸盐形态对水稻的增产效果略高于盐酸盐形态;硅酸钠叶面喷施对水稻的增
4432 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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产效果最佳,高于所有处理,也显著高于硅酸钠土施,这与唐永康和曹一平的研究结果[18]一致,即叶面喷施硅
能提高植物的光合能力,促进水稻的生长,增加水稻的生物量。 与 CK 相比, 只有 3 个钙盐处理提高了水稻籽
粒产量, 其中碳酸钙处理的增产效果达到显著水平。 施用硫和镁没有增产效果,说明该土壤补缺这两种元
素,这也在过去的研究和生产中得了到印证。 亚硒酸钠的施用严重影响了水稻的生长和产量,也许是因为本
试验的硒肥用量不适合水稻生长。
2. 2摇 不同中微量和有益元素肥料对水稻吸收 Cd的影响
2. 2. 1摇 中量元素对水稻吸收 Cd的影响
从表 4 看出,中量元素肥料对水稻籽粒 Cd浓度和吸收量的影响不同。 与 CK相比,仅有碳酸钙处理显著
增加了水稻籽粒的 Cd浓度;同时,碳酸钙比硫酸镁和硫磺粉处理显著增加了籽粒 Cd 吸收总量,CK与其余施
肥处理间差异不显著。 在钙、镁、硫 3 种元素中,镁和硫磺粉处理籽粒中的 Cd 含量最低。 稻草中的 Cd 浓度
与 Cd总量均以氯化镁为最高,其余处理间 Cd浓度差异一般不显著;氯化镁处理的 Cd 吸收总量显著高于其
他(硫酸镁除外)处理。 从不同中量元素来看,籽粒中的 Cd 都是钙盐处理明显高于镁和硫,而稻草中却是镁
肥处理高于钙和硫;籽粒和稻草中 Cd 的浓度与吸收总量都是硫磺粉处理最低。 就硫酸盐与盐酸盐来看,盐
酸盐处理水稻籽粒和稻草中的 Cd明显高于其硫酸盐;从 Cd 在稻草和稻谷子粒中的分配来看,稻草中的 Cd
浓度和总量都远高于稻谷。 这些结果说明,秸秆可能是水稻 Cd 的主要储存器官或过滤器,若能采取特定措
施使 Cd滞留 /沉淀在秸秆中,就会有效减少 Cd向稻米中的转移,降低籽粒的 Cd 吸收量。 与无肥相比,施肥
处理一般都显著增加了水稻秸秆中的 Cd 含量和吸收量,其中氯化镁增幅最大为 94. 6%和 103. 5% 。 与 CK
相比,中量元素都能在一定程度上阻止 Cd 从秸秆向籽粒转移,以镁的效果最佳,其阻止效果为盐酸盐优于硫
酸盐。
表 4摇 中量元素对水稻吸收 Cd的影响
Table 4摇 Effects of secondary elements on cadmium uptake by rice
处理
Treatment
籽粒 Seed
Cd浓度
Cd content
/ (mg / kg)
Cd吸收量
Cd uptake
/ (滋g /盆)
秸秆 Straw
Cd浓度
Cd content
/ (mg / kg)
Cd吸收量
Cd uptake
/ (滋g /盆)
籽秆 Cd比例
Cd in grain /
Cd in straw
CK0 0. 0126 b 0. 58 c 0. 0471 b 2. 89 c 0. 20 a
CK 0. 0131 b 0. 96 ab 0. 0502 b 4. 51 bc 0. 21 a
CaSO4 0. 0141 ab 1. 02 ab 0. 0662 ab 5. 53 bc 0. 18 ab
CaCl2 0. 0155 ab 1. 05 ab 0. 0732 ab 6. 13 b 0. 17 ab
CaCO3 0. 0182 a 1. 11 a 0. 0771 ab 5. 59 bc 0. 20 a
MgSO4 0. 0123 b 0. 84 b 0. 0753 ab 6. 36 ab 0. 13 ab
MgCl2 0. 0125 b 0. 93 ab 0. 0977 a 9. 18 a 0. 10 b
S 0. 0122 b 0. 84 b 0. 0620 ab 5. 05 bc 0. 17 ab
虽然该试验使用的土壤全 Cd含量已达到中度 Cd污染程度,但所有肥料处理水稻籽粒的 Cd 含量均低于
国家规定的安全限量值(0. 1mg / kg),这与本试验采用水稻品种为过去筛选出的抗 Cd污染品种有关。 淹水条
件下硫在还原层被还原成 S2-并与 Cd2+形成 CdS而降低 Cd的有效性,其效果随用量增加而增加,这可能是本
试验中的硫磺粉和硫酸盐都能在一定程度上降低水稻中 Cd含量和吸收总量的原因。 在通常情况下,土壤 Cd
的有效性与 pH呈负相关,即 Cd的有效性随土壤 pH增加而降低。 但本试验中出现了施用碳酸钙后水稻籽粒
中 Cd浓度和总量最高的情况,其原因有待研究。
2. 2. 2摇 微量元素和有益元素对水稻吸收镉的影响
不同微量和有益元素肥料对水稻籽粒 Cd含量和吸收量的影响存在明显的差异(表 5)。 与 CK 相比,硅
酸钠叶面喷施明显增加了稻谷中的 Cd浓度和吸收量, 而硫酸锌、亚硒酸钠和硅酸钠土施则显著降低了稻谷
中的 Cd浓度和吸收量,其它处理之间差异不显著;无肥处理对稻谷的 Cd 浓度和吸收量没有显著影响。 硫酸
5432摇 8 期 摇 摇 摇 胡坤摇 等:中微量元素和有益元素对水稻生长和吸收镉的影响 摇
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亚铁处理稻草中的 Cd浓度和吸收量最高,显著高于 CK,而两种锌肥,硅酸钠的两种施用方法和亚硒酸钠处
理都比 CK显著降低了稻草中 Cd的浓度和吸收量,其他处理间的差异不显著。 从 Cd在籽粒和秸秆中的分配
比例来看,硅酸钠叶面喷施处理 Cd的籽 /秆比值最大,硫酸亚铁和硼酸处理最小,其高低顺序依次为:硅酸钠
叶施>氯化锌>硫酸锌>硅酸钠土施>亚硒酸钠>氯化铁>硫酸铜>硫酸锰>氯化铜>硼砂抑氯化锰>硫酸亚铁抑
硼酸。 这些结果说明了硫酸亚铁和硼酸处理在一定程度上抑制了 Cd 从秸秆向籽粒的转移,而硅酸钠叶面喷
施和锌处理则促进了 Cd的转移,硅酸钠叶面喷施对 Cd从秸秆向籽粒的转移效率比土施约高 1 倍。
表 5摇 微量元素和有益元素对水稻吸收镉的影响
Table 5摇 Effect of micro鄄 and beneficial elements on cadmium uptake by rice
处理
Treatment
籽粒 Seed
Cd浓度
Cd content
/ (mg / kg)
Cd吸收量
Cd uptake
/ (滋g /盆)
秸秆 Straw
Cd浓度
Cd content
/ (mg / kg)
Cd吸收量
Cd uptake
/ (滋g /盆)
籽秆 Cd比例
Cd ratio:
籽 /秆
CK0 0. 0126 abcd 0. 58 cdef 0. 0471 bc 2. 89 e 0. 20 cd
CK 0. 0131 abc 0. 96 abc 0. 0502 bc 4. 51 abcde 0. 21 cd
FeSO4 0. 0123 abcde 0. 86 bcd 0. 0727 a 6. 13 a 0. 14 cd
FeCl3 0. 0138 ab 1. 02 ab 0. 0497 bc 4. 42 bcde 0. 23 cd
MnSO4 0. 0128 abcd 0. 93 abc 0. 0488 bc 4. 57 abcde 0. 20 cd
MnCl2 0. 0105 abcde 0. 84 bcde 0. 0520 abc 5. 48 abc 0. 15 d
CuSO4 0. 0105 abcde 0. 79 bcdef 0. 0411 c 3. 80 cde 0. 21 cd
CuCl2 0. 0088 bcde 0. 57 cdef 0. 0421 c 3. 68 de 0. 16 cd
ZnSO4 0. 0078 de 0. 52 def 0. 0092 d 0. 75 f 0. 70 b
ZnCl2 0. 0111 abcde 0. 77 bcdef 0. 0116 d 0. 98 f 0. 78 b
H3BO3 0. 0128 abcd 0. 81 bcde 0. 0643 ab 5. 65 ab 0. 14 d
Na2B4O7 0. 0096 bcde 0. 69 bcdef 0. 0534 abc 4. 74 abcd 0. 15 cd
Na2SiO3(土施) 0. 0074 e 0. 47 ef 0. 0085 d 0. 73 f 0. 65 b
Na2SiO3(叶施) 0. 0150 a 0. 81 a 0. 0069 d 0. 66 f 1. 23 a
Na2SeO3 0. 0082 cde 0. 44 f 0. 0097 d 0. 92 f 0. 48 bc
与中量元素的硫酸盐和盐酸盐不同,由于微量元素用量较小,其硫酸盐没有表现出比盐酸盐降低水稻对
Cd吸收的明显优势。 在本试验使用的 4 种金属微量元素中,锌对水稻 Cd 的吸收抑制作用最为显著,其次是
铜。 这可能归因于 Zn与 Cd是化学性质相近的 2 个元素,在土壤化学反应和作物吸收方面具有一定的拮抗作
用,特别是在土壤低 Cd浓度时 Zn与 Cd拮抗作用更为明显[19]。 虽然旱作条件下土壤中的有效 Cd 含量随着
铁锰氧化物加入量的增加而降低[20],但在淹水条件下,土壤中大量的铁 /锰氧化物被还原成 Mn2+和 Fe2+,因而
加入的 Mn2+和 Fe2+对土壤 Cd有效性的影响比 Zn2+和 Cu2+小。 硅酸钠的 2 种施用方法对水稻吸收 Cd的显著
差异具有重要的意义。 硅酸钠土施显著降低了水稻对 Cd的吸收,而硅酸钠叶面喷施却显著增加了水稻对 Cd
的吸收,这揭示了硅对 Cd吸收的拮抗机制主要发生在土壤中,即 Cd 进入水稻根系之前。 一当 Cd 进入植株
体内,通过地上部分吸收的硅虽能显著增加水稻产量,但不对 Cd 的吸收产生任何抑制作用,反而还促进水稻
对 Cd的吸收,并增加 Cd从秸秆向籽粒的转移。 因此,Cd污染土壤上硅肥的正确使用方法应为土施。 土壤施
用硅肥比不施硅肥能增加铁锰氧化物结合的镉,并显著降低玉米木质部汁液中的 Cd 含量,从而降低玉米和
水稻地上部分 Cd的吸收量,硅抑制 Cd的毒害[21鄄24]。 由于作物叶面喷施硅肥后,硅是通过叶面直接进入植物
体内,既没有发生相应的土壤反应,也没有产生抑制 Cd 通过木质部向上转移的效果,这可能是叶面喷施硅肥
增加了水稻产量,但促进了 Cd吸收的原因。 但这需要后续研究进一步证实。 硼酸与四硼酸钠分别为硼的酸
性和碱性化合物,两者都在一定程度上比 CK 降低了水稻籽粒中的 Cd 浓度和吸收量,但差异未达到显著水
平;在抑制 Cd 从秸秆向籽粒转移上,二者的作用则非常明显。 在旱作条件下,亚硒酸盐能降低对土壤 Cd 的
有效性和作物吸收[15鄄16],在本淹水培养试验中也观察到了这一现象。
6432 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
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3摇 结论
在本研究中,镁、锌、铁的盐酸盐形态对水稻籽粒的增产效果优于硫酸盐形态,以氯化锰的增产效果最优;
而钙、铜的硫酸盐形态增产效果略高于盐酸盐形态;硅酸钠叶面喷施对水稻的增产效果最佳,高于所有处理;
而碳酸钙、硼酸、硅酸钠土施和亚硒酸钠显著降低了籽粒产量,以亚硒酸钠处理的产量为最低。 在钙、镁、硫 3
种中量元素中,钙增加了水稻籽粒中的 Cd 浓度和吸收量,而镁和硫则降低了籽粒中的 Cd 浓度和吸收量,以
硫磺粉处理为最低。 稻草中的 Cd浓度和总量均以氯化镁处理为最高,硫磺粉处理最低。 镁能有效抑制 Cd
从秸秆向籽粒的转移,盐酸盐优于硫酸盐。 在微量元素中,锌对水稻 Cd 的吸收抑制作用最为显著,其次是
铜,而有益元素肥料硅酸钠叶面喷施则显著增加了稻谷中的 Cd 浓度和吸收量。 硫酸亚铁、氯化锰、氯化铜、
硼酸和硼砂处理能有效地抑制 Cd 从秸秆向籽粒的转移,而硅酸钠叶面喷施和锌处理则促进了 Cd 的转移。
该试验结果认为,硅酸钠抑制水稻吸收 Cd 的机制很可能发生在土壤中,而非在植株体内或地上部分。 尽管
土壤中 Cd的全量(0. 92 mg / kg)已达到中度污染程度,但稻米中的 Cd 含量均远远低于食品 Cd 污染限量标
准,表明采用 Cd抗性品种是解决稻米 Cd 污染的最有效的措施,优化的施肥技术也能有效降低稻米中的 Cd
含量。
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8432 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 31 卷摇
ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 31,No. 8 April,2011(Semimonthly)
CONTENTS
The relationship between Populus euphratica忆s radial increment and groundwater level at the lower reach of Tarim River
AN Hongyan, XU Hailiang, YE Mao,et al (2053)
……………
…………………………………………………………………………………
Influence of elevation factor on soil profile texture configuration: a case study of the alluvial plain of Fengqiu County
TAN Manzhi, MI Shuxiao, LI Kaili, et al (2060)
………………
…………………………………………………………………………………
Effects of ozone on AsA鄄GSH cycle in soybean leaves WANG Junli, WANG Yan, ZHAO Tianhong, et al (2068)……………………
The effects of physical and chemical factors on the growth and lipid production of Chlorella
ZHANG Guiyan, WEN Xiaobin,LIANG Fang, et al (2076)
……………………………………………
………………………………………………………………………
Response of net productivity of masson pine plantation to climate change in North Subtropical Region
CHENG Ruimei, FENG Xiaohui, XIAO Wenfa, et al (2086)
…………………………………
………………………………………………………………………
Soil respiration of Zoysia matrella turfgrass in subtropics LI Xibo,YANG Yusheng,ZENG Hongda,et al (2096)………………………
Effect of UV鄄B radiation on the leaf litter decomposition and nutrient release of Pinus massoniana
SONG Xinzhang, ZHANG Huiling, JIANG Hong, et al (2106)
……………………………………
……………………………………………………………………
Physiological ecological effect of endophyte infection on Achnatherum sibiricum under drought stress
HAN Rong, LI Xia, REN Anzhi, et al (2115)
…………………………………
……………………………………………………………………………………
Zinc Tolerance and Accumulation Characteristics of Armillara mellea ZHU Lin,CHENG Xianhao,LI Weihuan,et al (2124)…………
Expansion strategies of Caragana stenophylla in the arid desert region
ZHANG Jianhua, MA Chengcang, LIU Zhihong, et al (2132)
…………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Effects of mixed plant residues from the Loess Plateau on microbial biomass carbon and nitrogen in soil
WANG Chunyang, ZHOU Jianbin, XIA Zhimin,et al (2139)
………………………………
………………………………………………………………………
Survival strategy of Stipa krylovii and Agropyron cristatum in typical steppe of Inner Mongolia
SUN Jian, LIU Miao, LI Shenggong, et al (2148)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………
Spatial distribution of arbuscular mycorrhizal fungi in Salix psammophila root鄄zone soil in Inner Mongolia desert
HE Xueli, YANG Jing, ZHAO Lili (2159)
……………………
…………………………………………………………………………………………
An experimental study on the the effects of different diurnal warming regimes on single cropping rice with Free Air Temperature
Increased (FATI) facility DONG Wenjun, DENG Aixing, ZHANG Bin, et al (2169)…………………………………………
Endophytic bacterial diversity in Achnatherum inebrians by culture鄄independent approach
ZHANG Xuebing, SHI Yingwu,ZENG Jun, et al (2178)
………………………………………………
…………………………………………………………………………
Hierarchical Partial Least Squares (Hi_PLS) model analysis of the driving factors of Henan忆s Ecological Footprint (EF) and its
development strategy JIA Junsong (2188)…………………………………………………………………………………………
Evaluation on spatial distribution of soil salinity and soil organic matter by indicator Kriging in Yucheng City
YANG Qiyong,YANG Jinsong,YU Shipeng (2196)
…………………………
…………………………………………………………………………………
The toxicity of lupeol of Inula britanica on Tetranychus cinnabarinus and its effects on mite enzyme activity
DUAN Dandan,WANG Younian,CHENG Jun,et al (2203)
…………………………
…………………………………………………………………………
Abundance and biodiversity of ammonia鄄oxidizing archaea and bacteria in littoral wetland of Baiyangdian Lake, North China
YE Lei, ZHU Guibing, WANG Yu, et al (2209)
………
…………………………………………………………………………………
Changes of leaf water potential and water absorption potential capacities of six kinds of seedlings in Karst mount area under
different drought stress intensities: Taking six forestation seedlings in karst Mountainous region for example
WANG Ding,YAO Jian,YANG Xue,et al (2216)
……………………
…………………………………………………………………………………
Comparison of structure and species diversity of Eucalyptus community LIU Ping, QIN Jing, LIU Jianchang, et al (2227)…………
Ecosystem services valuation of the Haihe River basin wetlands JIANG Bo,OUYANG Zhiyun,MIAO Hong,et al (2236)……………
Effects of Phragmites australis on methane emission from a brackish estuarine wetland MA Anna, LU Jianjian (2245)………………
Genetic differentiation and the characteristics of uptake and accumulation of lead among Camellia sinensis populations under
different background lead concentrations of soils in Yunnan,China
LIU Shengchuan, DUAN Changqun, LI Zhenhua, et al (2253)
………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Comparison of zooplankton lists between Coilia mystus food contents and collections from the Yangtze River Estuary & Hangzhou
Bay LIU Shouhai,XU Zhaoli (2263)………………………………………………………………………………………………
Reconstruction and analysis of July鄄September precipitation in Mt. Dagangshan, China
QIAO Lei, WANG Bing, GUO Hao, et al (2272)
…………………………………………………
…………………………………………………………………………………
Analysis on economic and ecological benefits of no鄄tillage management of Carya cathayensis
WANG Zhengjia, HUANG Xingzhao, TANG Xiaohua, et al (2281)
…………………………………………
………………………………………………………………
GIS鄄based analysis of the accessibility of urban forests in the central city of Guangzhou, China
ZHU Yaojun,WANG Cheng,JIA Baoquan,et al (2290)
………………………………………
……………………………………………………………………………
Review and Monograph
Impact factors and uncertainties of the temperature sensitivity of soil respiration
YANG Qingpeng, XU Ming,LIU Hongsheng,et al (2301)
………………………………………………………
…………………………………………………………………………
The advance of allometric studies on plant metabolic rates and biomass
CHENG Dongliang,ZHONG Quanlin, LIN Maozi, et al (2312)
…………………………………………………………………
……………………………………………………………………
Practice and the research progress on eco鄄compensation for cultivated land MA Aihui,CAI Yinying,ZHANG Anlu (2321)…………
Discussion
Soil water holding capacities and infiltration characteristics of three vegetation restoration models in dry鄄hot valley of Yuanmou
LIU Jie, LI Xianwei, JI Zhonghua, et al (2331)
………
……………………………………………………………………………………
Scientific Note
Effects of secondary, micro鄄 and beneficial elements on rice growth and cadmium uptake
HU Kun, YU Hua, FENG Wenqiang, et al (2341)
……………………………………………
…………………………………………………………………………………
2009 年度生物学科总被引频次和影响因子前 10 名期刊绎
(源于 2010 年版 CSTPCD数据库)
排序
Order
期刊 Journal
总被引频次
Total citation
排序
Order
期刊 Journal
影响因子
Impact factor
1 生态学报 11764
2 应用生态学报 9430
3 植物生态学报 4384
4 西北植物学报 4177
5 生态学杂志 4048
6 植物生理学通讯 3362
7
JOURNAL OF INTEGRATIVE
PLANT BIOLOGY
3327
8 MOLECULAR PLANT 1788
9 水生生物学报 1773
10 遗传学报 1667
1 生态学报 1. 812
2 植物生态学报 1. 771
3 应用生态学报 1. 733
4 生物多样性 1. 553
5 生态学杂志 1. 396
6 西北植物学报 0. 986
7 兽类学报 0. 894
8 CELL RESEARCH 0. 873
9 植物学报 0. 841
10 植物研究 0. 809
摇 绎《生态学报》 2009 年在核心版的 1964 种科技期刊排序中总被引频次 11764 次,全国排名第 1; 影响因
子 1郾 812,全国排名第 14;第 1 ~ 9 届连续 9 年入围中国百种杰出学术期刊; 中国精品科技期刊
摇 摇 编辑部主任: 孔红梅摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 执行编辑: 刘天星摇 段摇 靖
生摇 态摇 学摇 报
(SHENGTAI摇 XUEBAO)
(半月刊摇 1981 年 3 月创刊)
第 31 卷摇 第 8 期摇 (2011 年 4 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA
摇
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