为筛选出高产且适用于粮食安全生产的镉低积累水稻品种,本研究以18个早、中、晚熟稻品种为供试材料,比较了不同品种水稻在中轻度镉污染农田的生长情况以及对镉吸收、积累差异,并通过综合定量评价方法进行评估.结果表明:根据综合定量筛选评价方法将糙米镉浓度、稻谷产量、转运系数和秸秆积累量作为评价指标并赋予不同权重,通过计算综合得分筛选出的高产且镉低积累水稻品种有JR-9(沪香粳106)、JR-2(沪早香软1号)、JR-7(8333)、JR-15(宝农34)和JR-8(南梗9108);品种JR-8水稻产量最高,品种JR-9、JR-7和JR-15水稻产量均显著高于其他品种;不同水稻品种的稻米镉含量差异较大,JR-9、JR-15、JR-7稻米镉含量显著低于其他水稻品种;品种JR-2转运系数最低,更多的镉保留在秸秆中,表现出最高的秸秆积累量,最终成为候选品种.本研究采用的综合定量评价方法可对高产、低Cd的水稻品种进行科学评价,并初步筛选了 5个适用于中轻度Cd污染农田推广的Cd低积累水稻品种,其稻米Cd含量达到国家粮食安全限量标准.

镉是我国农产品的主要重金属污染物之一.随着我国土壤重金属污染问题日益突出,包括稻米在内的农产品重金属超标时常发生.如何防控重金属在作物可食部位的积累,在保证农产品安全的同时将农田重金属进行移除修复,已成为我国农业生产急需解决的问题.最近,中科院上海生命科学院植物生理生态所龚继明研究组和中国水稻所钱前研究组克隆到1个特异调控镉在水稻(Oryza sativa)叶片中积累的主效QTL基因CAL1.CAL1编码1个植物防御素类似蛋白,通过与镉进行螯合,将镉从维管束木质部薄壁细胞中分泌出来,进入木质部参与长距离转运,从而定向调控镉在水稻叶片等营养器官的积累而不影响籽粒镉的积累.该研究加深了人们对重金属镉在植物体内的转运和再分配机理的认识,同时也为培育秸秆镉高积累而籽粒镉含量达标的“修复型”水稻品种提供有价值的新基因.研究成果具有重要的理论意义和应用价值.

农业生物质还田同时结合减少化肥施用量的措施能有效改善土壤质量.基于东北黑土的特殊性和重要性,本研究在中国科学院保护性耕作研发基地(吉林省)设置秸秆还田方式与氮肥水平相结合的裂区试验,综合分析作物产量、土壤((0～20 cm))理化性质与生物学性质,探讨秸秆还田基础上减少氮肥施用量的可行性.主区包括6个处理:秸秆移除(CK)、全量秸秆覆盖免耕(NT)、全量秸秆粉碎直接还田(SD)、全量秸秆腐解还田(SC)、全量秸秆炭化还田(BC)和9/10秸秆+1/10腐熟物组合还田(SDC).副区包括3个氮肥水平处理:当地常规氮磷钾化学肥料(N100)、氮肥减量20％(N80,还田秸秆氮含量接近氮肥20％)和氮肥减量40％ (N60).试验处理1年后的结果表明,秸秆还田方式与氮水平处理对玉米生物量、玉米产量、耕层土壤(0～20 cm)理化性质(pH值、有机碳SOC、全氮TN、全磷TP)和酶活性(脱氢酶、α-葡糖苷酶、β-葡糖苷酶、N-乙酰氨基葡糖苷酶、酸性磷酸单酯酶和碱性磷酸单酯酶)均表现出明显的交互作用,秸秆处理具有显著的主效应(P＜0.05),氮肥水平对所测指标均没有显著影响.化肥单独施用时,氮肥减量处理降低玉米生物量和产量,对土壤pH值、SOC、TN和N-乙酰氨基葡糖苷酶和碱性磷酸酶活性影响不显著,提高TP含量,增强脱氢酶、β-葡糖苷酶和酸性磷酸酶活性.秸秆还田配合常规化肥施用(N100)对土壤pH值、SOC、TN和TP(P＜0.05)均有一定幅度提升趋势,对脱氢酶、α-葡糖苷酶、β-葡糖苷酶和酸性磷酸单酯酶活性有一定增强作用,仅有少数处理未达到差异显著.相同秸秆还田条件下,氮肥减量施用(N80,N60)对玉米生物量和产量没有负影响,对土壤pH值、SOC、TN和TP(P＜0.05)均有一定幅度提升趋势,NT结合氮肥减量处理均提升β-葡糖苷酶和酸性磷酸酶活性,SC结合氮肥减量处理显著提升β-葡糖苷酶、酸性磷酸酶和碱性磷酸酶活性,SDC结合氮肥减量处理显著增强β-葡糖苷酶和碱性磷酸酶活性.因此,短期秸秆还田结合减氮处理在稳产同时减弱土壤酸化程度,且保持SOC、TN和TP含量不降低,对土壤养分库容、元素供应及其转化都有一定的改良效应.