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土壤重金属污染问题已成为土壤退化的重要表现之一，随着工农业生产和经济社会的不断发展，我国农田土壤重金属污染问题已十分突出。特别是在经济快速发展、土地利用强度大的长江三角洲、珠江三角洲部分地区，农田土壤重金属污染已严重危及蔬菜和粮食作物的品质安全。因此，研究重金属污染水稻土的改良修复，减小重金属对水稻产量和品质的危害具有重要的意义。本文采用盆栽试验研究了：1)有机物料对不同积累特性水稻生长和重金属积累的影响；2)重金属在土壤-水稻系统中迁移、分配的有机调控机理；3)超积累植物伴矿景天修复及菜籽饼施用对后茬水稻积累重金属的调控效应。主要研究结果如下：
1.在重金属污染土壤上，中浙优1号(ZZY1)对重金属具有一定的耐性，相同处理时ZZY1品种糙米、砻糠、秸秆中重金属浓度均低于重金属敏感水稻品种汕优63(SY63)。施用菜籽饼能促进污染土壤上水稻的生长和产量形成，大量施用自制有机碳源则不利于水稻生长。菜籽饼处理使SY63和ZZY1籽粒产量显著提高，糙米中重金属浓度降低。高量菜籽饼处理时ZZY1糙米中Cd浓度为0.27mg/kg，更接近于食品中0.2 mg/kg限量标准。表明施用菜籽饼和种植ZZY1，可在重金属污染土壤上实现产量高、重金属浓度低的双重目标。
2.在水稻抽穗期和成熟期，土壤pH变化幅度在0.4个单位内，除高量有机碳源处理土壤中提取态重金属浓度增大外，其余有机物处理与对照间差异并不显著，表明在碱性土壤中施用菜籽饼和猪粪对提取态重金属的影响较小。水稻糙米中重金属浓度和积累量与水稻生育前期土壤溶液中重金属浓度相关。施用菜籽饼显著降低了这一时期土壤溶液中重金属浓度，因而水稻对重金属的积累减少，糙米中重金属浓度较其余处理更低。从抽穗期到成熟期，根中Cd大量向地上部转运，但是秸秆向籽粒的迁移被抑制，糙米中Cd浓度降低了52.8％～81.0%。水稻植株积累的重金属大量存留在根系和秸秆中，籽粒中所占的比例小。由此可见，施用菜籽饼降低了返青期、分蘖期土壤溶液中重金属浓度，直接降低重金属的生物有效性，是糙米重金属浓度大幅降低的关键。
3.施用菜籽饼和猪粪，水稻对重金属胁迫响应关键的返青期至孕穗期，土壤溶液pH变化幅度小，土壤溶液中重金属浓度与溶液中溶解性有机物(DOM)浓度之间呈显著负相关关系。水稻生育前期土壤溶液中溶解性有机碳、有机氮(DOC、DON)浓度在施用有机物后迅速增大，同时这一时期土壤溶液中无机氮、有机氮浓度均增加，施用菜籽饼和猪粪使土壤氮供应水平增加，始穗期水稻氮积累量分别增大54.8%～82.8%和6.7%～29.9%。由此可见，返青期和分蘖期，菜籽饼和猪粪处理土壤溶液DOM浓度增大使重金属浓度下降，重金属生物有效性降低，水稻所受的重金属胁迫程度减轻；土壤溶液中氮素营养供应充分，利于植物生长和营养的积累，间接影响重金属生物有效性，植株各部重金属浓度降低。
4.不同有机物料对水稻始穗期根和剑叶生理特性影响有所差异。施用高量有机碳源使剑叶的光合同化能力降低，根部抗氧化胁迫的能力减弱，不利于水稻生长。施用菜籽饼增强了水稻抗氧化胁迫的能力，生物量也显著增大，根和秸秆中Zn、Cd浓度降低。施用猪粪处理始穗期水稻生物量显著增大，根和秸秆中Zn、Cd浓度也降低，但氧化胁迫导致根和剑叶丙二醛(MDA)含量升高53.1%～59.4%和18.5%～44.9%，衰老进程加快。由此可见，施用菜籽饼能增强水稻抗氧化胁迫的能力，从而改善水稻生理状况，间接影响重金属生物有效性，使生物量增加，植株重金属浓度降低。
5.种植超积累植物伴矿景天修复重金属污染土壤，将活化土壤中重金属，水稻返青期土壤溶液中重金属浓度增大，高污染土壤中伴矿景天对Cu活化作用明显，修复后糙米Cu浓度超标。低污染土壤上，低积累ZZY1品种的糙米重金属浓度符合我国食品中重金属的限量标准。高污染土壤未经修复时糙米中Cd超标2.4～3.4倍，伴矿景天修复再结合菜籽饼处理，后茬水稻糙米Cd浓度为0.23～0.28 mg/kg，更接近于限量标准，Cu浓度符合限量标准。在高污染土壤中施用菜籽饼，修复后土壤溶液溶解性有机物浓度在水稻生育前期显著升高，而土壤溶液pH与土壤溶液DOC、DON浓度呈极显著正相关，土壤溶液重金属浓度与溶液pH极显著负相关。表明在植物吸取修复后的酸性土壤上施用菜籽饼可提高溶液pH，溶液中重金属浓度减小，生物有效性降低，籽粒中重金属浓度下降。