不同钝化剂对水稻小麦籽粒镉吸收的影响

上官宇先 ，尹宏亮 ，徐懿 ，钟红梅 ，何明江 ，秦鱼生 *，郭松 ，喻华

1. 四川省农业科学院农业资源与环境研究所，四川 成都 610066；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，四川 成都 610066；3. 绵竹市农业农村局，四川 绵竹 618200

镉是自然界中存在的一种微量元素，与汞、砷、铬和铅并称为五毒元素，是生物毒性最强的重金属元素之一，在土壤-植物系统中有着较强的迁移和累积能力。环境与作物中镉的来源分为自然产生和人为输入，包括火山爆发、岩石风化、工业排放、采矿、废水灌溉和金属冶炼等（Judith et al.，2015；Mahboobeh et al.，2018）。土壤中过量的镉会降低植物中叶绿素的含量，减弱光合作用，影响根系发育，造成植物的生理障碍，进而降低作物产量，且通过食物链进入动物与人体的镉具有致畸、致癌、致突变等风险（张金彪等，2000；上官宇先等，2019；王炫栋等，2020；陈孜涵等，2021）。2014年发布的全国耕地土壤污染状况调查公报显示，全国范围内耕地土壤污染点位超标率为19.4%，镉污染点位超标率为 7.0%（中华人民共和国环境保护部等，2014），四川省镉污染点位超标率就达20.8%（四川省环境保护厅等，2014），由此可知在土壤重金属污染中镉是首要的污染物。

小麦作为中国产量仅次于水稻和玉米的主要粮食作物，种植面积和产量占到中国粮食种植面积和产量的50%以上（蒋赟等，2020）。小麦的产量与品质对中国粮食安全和国民健康具有重要意义。但是小麦的重金属污染问题也较为普遍，如王怡雯等（2020）对河北保定和河南新乡的 50块麦田调查后发现小麦籽粒中镉含量超标率达到55%；肖冰等（2020）对华北某污灌区农田的调查发现该地区小麦籽粒中镉含量超标率达76.7%；四川地区同样存在小麦镉污染问题（杨玉敏等，2018）。水稻在中国年消费粮食中的占比为55%，无疑是最重要的谷类作物，但是部分地区的水稻受到严重的镉污染（Ye et al.，2012）。 2014年刘珊珊对湖北、湖南、黑龙江等省份的大米镉含量进行了调查，结果显示南方省份安徽、浙江等地的水稻中镉含量轻微超标，产于黑龙江的水稻中镉含量较低（刘珊珊，2014），并且水稻镉污染呈现逐年加重的趋势（王晨等，2020）。鉴于以上原因，寻找成本低、周期短、效果优且持久的土壤镉污染修复及降低农产品镉含量的方法，对保障国家经济与社会安全，从源头做好镉污染土壤的修复及农产品中重金属镉含量的控制，实现土壤的可持续利用与农产品的安全生产具有重要意义。

目前农田土壤重金属修复方法不仅包括客土、换土等在内的工程修复措施，钝化修复、植物修复、土壤淋洗等方法也被研究者频繁提及。钝化修复是指向土壤加入调理剂改变土壤中重金属的赋存形态，降低其生物有效性，从而降低土壤与农产品中的重金属含量。钝化修复操作简单、见效快且成本低，同时不影响农业生产，可实现边修复边生产，因此被广泛应用于土壤重金属污染治理和农产品重金属污染风险降低。虽然研究钝化剂修复重金属污染土壤及降低农产品重金属含量的报道较多，但研究利用不同钝化剂对小麦和水稻中镉含量的影响并对钝化效果进行比较的为数不多（裴楠等，2021）。

本试验选取6种钝化材料（石灰、海泡石、偏硅酸钠、七水硫酸镁、腐殖酸和秸秆生物炭），两种农作物（小麦川麦104和水稻川优6203）作为试验材料，通过大田实验研究了不同钝化材料及不同钝化材料的组合对土壤和不同农作物中重金属镉含量的影响，以期找出更优钝化材料及有效降低土壤与农产品籽粒中镉含量的钝化材料使用方法，为镉轻度超标农田的安全生产提供技术支撑。

1 材料方法

1.1 不同钝化剂处理对土壤pH和镉含量与小麦水稻籽粒、秸秆镉含量的影响试验

试验地点为四川省某农田，土壤类型为水稻土，亚类为渗育水稻土，成土母质为新冲积物，耕作制度为稻麦两熟，供试土壤主要理化性质如表1所示。

表1 实验田土壤理化性质Table 1 The soil physicochemical properties of the test field

小麦供试品种为川麦 104。水稻供试品种为川优6203。钝化剂种类为6种：石灰、海泡石、偏硅酸钠、七水硫酸镁、腐殖酸、秸秆生物炭，施用方法为土施。试验小区设计为随机区组设计，每个试验小区长7 m，宽3 m，面积为21 m2。石灰购自四川普合化工有限公司，海泡石购自内乡伟成矿业有限公司，偏硅酸钠购自德阳德信立商贸有限公司，七水硫酸镁购自寿光市邦泽化工有限公司，腐殖酸购自四川天农农资有限公司，秸秆生物炭购自江苏华丰农业生物有限公司。

试验共设置7个处理，3次重复。处理及用量分别为：（1）对照（CK）不加钝化剂；（2）海泡石（11250 kg·hm−2）；（3）秸秆生物炭（11250 kg·hm−2）；（4）石灰（1500 kg·hm−2）；（5）石灰+腐殖酸（施用质量比为 2꞉1，即 1500 kg·hm−2+750 kg·hm−2）；（6）石灰+海泡石（1500 kg·hm−2+11250 kg·hm−2，即施用质量比为 2꞉15）；（7）石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁（1500 kg·hm−2+300 kg·hm−2+750 kg·hm−2，即施用质量比为 20꞉4꞉1）。

种植水稻和小麦时石灰提前1周施入试验田，其他钝化剂按以上用量随肥料一起施入试验小区，然后用旋耕机混匀。在不同实验地块分别进行，施入上述钝化剂后均不再施用任何钝化剂。

1.2 样品检测及数据分析方法

采集土壤样品后进行初步处理，将土样风干，并在风干的过程中拣出碎石、砂砾和植物残体等，然后用四分之一法取出土样，磨碎后全部过1 mm孔筛用于测定pH；再用四分之一法取出部分土样，磨碎后过0.149 mm孔筛用于测定镉、有机质及其他在本文中所列土样理化性质。土样pH的检测采用为酸度计法（NY/T 1121.2—2006）；有机质含量检测采用为滴定法（NY/T 1121.6—2006），有效磷和速效钾的测定采用分别为钼锑抗比色法和火焰光度法，符合《土壤分析技术规范》（第2版），有效镉、有效铁、有效锌、有效锰和有效铜检测采用为电感耦合等离子体质谱法（HJ 804—2016），总镉含量检测采用为电感耦合等离子体质谱法（HJ 803—2016）。

水稻与小麦成熟后进行样品采集，分籽粒和秸秆两部分收集，将样品经过初步的洗污、干燥等过程后磨碎过筛，分别检测籽粒和秸秆中的镉含量，检测方法采用电感耦合等离子体质谱法（GB 5009.268—2016）。采集样品时进行作物和土壤协同采样，每个处理重复取样3次作为平行样。

应用Excel 2016、Origin Pro 8.5进行数据统计、分析和作图等，应用PASW Statistics 18进行Pearson相关性及其他数据分析。

1.3 重金属转移系数

植物重金属转移系数=籽粒中金属含量/秸秆中重金属的含量。

2 结果与讨论

2.1 不同钝化材料对土壤理化性质的影响

试验处理后小麦田土壤理化性质如表2所示，不同钝化剂处理对土壤理化性质有着明显的影响，不同理化指标总体呈现出升高的趋势。石灰、偏硅酸钠和七水硫酸镁配施与单施海泡石及单施石灰处理均能不同程度地提升各项理化指标的含量。从综合效果来看单施海泡石为最佳处理，经海泡石处理后有机质含量提升 30.36%、有效磷含量提升79.51%、有效铜含量提升34.43%、有效锌含量提升64.29%、有效锰含量提升70.59%、有效铁含量增幅为 487.21%、速效钾含量增幅为−16.44%。根据对不同处理间的效果进行对比发现秸秆生物炭是提高速效钾含量的唯一处理，增幅为13.73%。

表2 试验后小麦土壤理化性质Table 2 The soil physicochemical properties of the wheat test field

根据表3可知，不同的钝化剂处理后水稻土壤理化性质有所变化，与对照组相比有效铜和速效钾含量均有所下降。施用石灰后土壤有机质、有效磷、有效锰和有效铁含量与对照组相比有所升高，提升幅度分别为 0.54%、1.72%、2.83%和7.24%。如表所示，其他的试验处理也能够不同程度地提升或降低不同理化指标含量，但是综合效果略低于石灰处理。

表3 试验后水稻土壤理化性质Table 3 The soil physicochemical properties of the rice test field

海泡石是一种天然粘土矿物，具有较大的比表面积、丰富的空隙结构以及较强的离子交换能力量，对镉污染农田土壤具有较大的修复潜力。通过以上分析可知，海泡石对改善小麦田土壤理化性质有积极的影响，虽然研究海泡石与土壤养分关系的报道较少，但是海泡石未对土壤质量产生有害作用（裴楠等，2021）。生物炭含有大量农作物所需的N、P和K元素，施用秸秆生物炭后土壤中的相应元素得到外源补充，这可能是不同处理中只有秸秆生物炭能够提高土壤速效钾含量的原因（韩光明，2013）。石灰施入水稻田后生成的碱性物质能够在较大程度上改善水稻田土壤的酸碱环境，土壤有机质、有效磷等含量也得到了提升。

研究人员将小鼠放进黑暗的箱子中，训练其通过胡须触碰来搜索附近物体。用爪子按压搜索到的物体后，小鼠可以喝到美味饮品。研究人员用激光照射小鼠大脑中负责感知信息的皮层区，使该区域细胞在一段时间内无法正常工作。这时小鼠大脑表现出与人类中风后相似的受损状况。随后，一组小鼠立即重返箱中，继续在黑暗中进行搜索物体的工作，另一组小鼠休息3天。结果发现，工作组小鼠在24小时后用胡须感知周边环境的能力逐渐开始恢复；3天静养期结束的小鼠该能力仍然未恢复，且随后的恢复速度也非常缓慢。

2.2 不同钝化材料处理对小麦土壤pH及镉含量的影响

不同处理组间小麦土壤pH值有差异（图1）。pH值由高到低依次为：pH值由高到低依次为：处理 5（石灰+腐殖酸）、处理 6（石灰+海泡石）、处理7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）、处理4（石灰）、处理3（秸秆生物炭）、处理2（海泡石）、处理1（对照），与对照组相比，土壤pH分别升高了1.12、1.09、1.04、1.03、0.87和0.50个单位，处理5（石灰+腐殖酸）提升土壤pH值效果最佳，其次为处理6（石灰+海泡石），处理2（海泡石）提升效果最差。含有石灰的钝化材料处理对提升土壤pH的效果明显优于不含石灰的处理组，出现此结果的原因可能是由于石灰中的主要成分氢氧化钙使土壤中的 H+在很大程度上被中和，从而提高土壤的pH值，较高的pH能够抑制重金属镉的迁移过程，从而降低生物有效性（孙国红等，2015；商和平等，2015；戴思睿等2021）。

图1 不同钝化材料对小麦土壤pH值的影响Figure 1 Effects of different passivation materials on pH value in the wheat soil

各处理小麦土壤总镉含量（图2）结果有差异，但不显著。小麦土壤中总镉含量由高到低依次为：处理 6（石灰+海泡石）0.580 mg·kg−1；处理 2（海泡石）0.535 mg·kg−1；处理3（秸秆生物炭）0.513 mg·kg−1；处理 4（石灰）0.495 mg·kg−1；处理 7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）0.430 mg·kg−1；处理 5（石灰+腐殖酸）0.423 mg·kg−1；处理 1（对照）0.415 mg·kg−1。与对照组相比，各处理条件下土壤总镉含量均有不同程度的变化，总镉含量最大变化值为0.17 mg·kg−1，最大变化幅度为 39.8%。

图2 不同钝化材料对小麦土壤总镉和有效镉含量的影响Figure 2 Effects of different passivation materials on total cadmium and available cadmium content in the wheat soil

从小麦土壤中有效镉的含量来看（图2），部分处理间的差异达到了显著水平（P<0.05）。镉含量由高到低依次为：处理 6（石灰+海泡石）0.307 mg·kg−1；处理 4（石灰）0.257 mg·kg−1；处理 7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）0.256 mg·kg−1；处理 2（海泡石）0.238 mg·kg−1；处理 3（秸秆生物炭）0.236 mg·kg−1；处理 1（对照）0.230 mg·kg−1；处理 5（石灰+腐殖酸）0.214 mg·kg−1，与对照组相比有效镉含量变化幅度分别为 33.9%、11.8%、11.7%、3.7%、2.8%和−6.8%。石灰和腐殖酸的施用有效降低了小麦籽粒中的镉含量，出现这个试验结果的原因可能是碱性石灰施入土壤改变了土壤的酸碱性，而酸碱性又是影响重金属活性的一个重要因素；也有可能是腐殖酸发挥了主要作用，所施入的腐殖酸含有丰富的官能团，如COOH、OH、CO、NH2和SH等，这些官能团对重金属离子有较强的螯合或络合作用，进而形成不溶性腐殖酸螯合物，起到钝化重金属的效果，降低重金属的生物活性（张静静等，2020）。

2.3 不同钝化剂处理对水稻土pH及镉含量的影响

各处理组之间土壤 pH略有差异（图3），各处理组之间土壤pH略有差异（图3），其中处理4（石灰）、处理6（石灰+海泡石）、处理7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）处理能提高土壤pH值，分别升高0.27、0.21、0.12个单位。单施石灰处理组效果最明显，pH升高幅度为3.7%。在水稻田单施石灰以及石灰和不同的钝化材料配施后，由于石灰的化学成分为氢氧化钙，呈强碱性，土壤pH值能够得到提升（Van Zwieten et al.，2010）。对比各处理结果发现，土壤均为中性或弱碱性，这是由于在种植水稻的过程中稻田长期处于淹水状态，土壤中大量的Mn4+和Fe3+被还原为Mn2+、Fe2+，而Mn2+、Fe2+能够消耗土壤中大量的H+，使H+长期维持在含量较低的状态，导致水稻土pH较高（罗婷等，2017；赖星等，2019）。加入秸秆生物炭没有提高水稻土壤pH值，与对照组相比变化幅度为−4.8%，此试验结果与周运来等（2016）的研究结果较相似。

图3 不同钝化材料对水稻土壤pH值的影响Figure 3 Effects of different passivation materials on pH value in the paddy soil

由图4可知，试验处理对水稻土壤总镉含量的影响较大。各组处理的总镉含量和增幅由高到低依次为：处理 2（海泡石）0.403 mg·kg−1，14.2%；处理 7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）0.390 mg·kg−1，10.4%；处理 5（石灰+腐殖酸）0.363 mg·kg−1，2.8%；处理 1（对照）0.353 mg·kg−1，0.0%；处理 6（石灰+海泡石）0.347 mg·kg−1，−1.9%；处理 4（石灰）0.333 mg·kg−1，−5.7%；处理 3（秸秆生物炭）0.270 mg·kg−1，−23.6%。可以看出，土壤中施入秸秆生物炭能够明显地降低土壤中的总镉含量，石灰效果次之，石灰与海泡石配施效果略低。本研究结果显示，不同处理组土壤中总镉含量与对照组相比变化较明显，此结果有可能是灌溉水等引起的，应做进一步调查研究。

图4 不同钝化材料对水稻土壤总镉和有效镉含量的影响Figure 4 Effects of different passivation materials on total cadmium and available cadmium content in the paddy soil

有效态镉可被水稻吸收积累，土壤中有效态镉的含量直接影响水稻中镉的含量（刘磊，2018；刘铭等，2007）。有效镉含量如图4所示，部分处理间的差异达到了显著水平（P<0.05）。与对照组相比，除了处理2（海泡石）外，其他处理组均能降低有效镉含量。与对照组相比，有效镉含量与增幅由高到低依次为：处理 2（海泡石）0.234 mg·kg−1，1.4%；处理 1（对照）0.231 mg·kg−1，0.00%；处理 4（石灰）0.229 mg·kg−1，−0.9%；处理 7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）0.211 mg·kg-1，−8.7%；处理 3（秸秆生物炭）0.202 mg·kg−1，−12.8%；处理 6（石灰+海泡石）0.193 mg·kg−1，−16.9%；处理 5（石灰+腐殖酸）0.183 mg·kg−1，−20.9%。石灰与腐殖酸配施降低水稻土壤中有效镉含量的效果最优，其次为石灰与海泡石配施和单施秸秆生物炭。石灰、偏硅酸钠和七水硫酸镁配施和单施石灰均能降低水稻土壤中的有效镉含量，但是效果明显不如前 3种处理方法。从以上分析及结果对比来看，在水稻田的部分处理中有效镉含量和总镉含量高于空白对照组中的，出现这种结果的原因可能是大气沉降物等含有的镉元素进入土壤，其可作为一种外源性输入，同时灌溉水的影响也值得考虑（Van et al.，2008；赖星等，2019）。

2.4 不同钝化材料对小麦籽粒与秸秆镉含量的影响

从试验处理对小麦籽粒镉含量的影响（图5）来看，处理间籽粒镉含量差异较为明显，但是差异未达到显著水平。与对照组相比，镉含量及增幅由高到低依次为：处理 2（海泡石）0.213 mg·kg−1，14.1%；处理 1（对照）0.187 mg·kg−1，0.00%；处理 4（石灰）0.174 mg·kg−1，−6.8%；处理 5（石灰+腐殖酸）0.161 mg·kg−1，−13.9%；处理 3（秸秆生物炭）0.156 mg·kg−1，−16.4%；处理 6（石灰+海泡石）0.155 mg·kg−1，−16.9%；处理 7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）0.139 mg·kg−1，−25.8%。石灰、偏硅酸钠和七水硫酸镁配施能够明显降低小麦籽粒中的镉含量，效果最优。周相玉等（2013）的研究结果表明，含有硫酸镁的处理能够同时降低小麦秸秆和籽中的镉含量，与本试验结果基本一致。石灰与海泡石配施和单施秸秆生物炭的效果次之且最为接近，再者是石灰与腐殖酸配施。

图5 不同钝化材料对小麦秸秆和籽粒镉含量的影响Figure 5 Effects of different passivation materials on cadmium content in the wheat straw and grains

小麦秸秆中的镉含量如图5所示，各处理之间镉含量差异较为明显。与对照组相比，镉含量及增幅由高到低依次为：处理 5（石灰+腐殖酸）1.93 mg·kg−1，46.4%；处理 4（石灰）1.87 mg·kg−1，41.8%；处理 2（海泡石）1.76 mg·kg−1，33.8%；处理 6（石灰+海泡石）1.44 mg·kg−1，9.8%；处理 1（对照）1.32 mg·kg−1，0.0%；处理 7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）1.28 mg·kg−1，−3.0%；处理 3（秸秆生物炭）1.08 mg·kg−1，−18.3%。单施秸秆生物炭对降低小麦秸秆中镉含量效果最明显，其次为石灰、偏硅酸钠和七水硫酸镁配施。

2.5 不同钝化剂处理对水稻籽粒与秸秆镉含量的影响

从水稻籽粒镉含量（图6）可以看出，空白对照组外的其他处理均能不同程度地降低水稻籽粒中的镉含量，但是各处理间差异未能达到显著水平。与对照组相比，籽粒镉含量及增量由高到低依次为：处理1（对照）0.28 mg·kg−1，0.0%；处理3（秸秆生物炭）0.23 mg·kg−1，−16.2%；处理 2（海泡石）0.22 mg·kg−1，−22.8%；处理 5（石灰+腐殖酸）0.17 mg·kg−1，−40.1%；处理 7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）0.14 mg·kg−1，−51.7%；处理 4（石灰）0.12 mg·kg−1，−57.2%；处理 6（石灰+海泡石）0.08 mg·kg−1，−72.8%。石灰和海泡石配施能够有效降低水稻籽粒中的镉含量，是最优处理。王凯荣等人的研究也表明含石灰的改良剂能够有效抑制水稻对镉的吸收，出现这种实验结果的原因可能有两方面；一方面是碱性的石灰通过改变土壤的酸碱性来改变了镉的生物有效性，另一方面可能是石灰与海泡石配施使得钝化剂的效果更加明显，海泡石属于富含镁的硅酸盐矿物，其中丰富的硅含量能在镉污染土壤修复过程中起关键作用，同时海泡石带有大量的负电荷，能够通过离子交换、特异性吸附、表面络合、形成沉淀等方式降低镉的可溶性，抑制镉的活性，降低生物有效性和迁移能力（Liang et al.，2014；王凯荣等，2007）。

图6 不同钝化材料对水稻秸秆和籽粒镉含量的影响Figure 6 Effects of different passivation materials on cadmium content in the rice straw and grains

2.6 籽粒与秸秆中镉含量之比

小麦、水稻籽粒与秸秆中镉含量的比值即转移系数，植物对重金属的转移系数反映了植物体内重金属从秸秆转移到籽粒的能力，转移系数越低表明籽粒中重金属含量越低，危害越小，反之表明籽粒中重金属含量越高，危害越大（王怡雯等，2020）。由籽粒与秸秆中镉含量之比（图7）可以看出，水稻的转移系数整体高于小麦的。

图7 不同钝化材料处理条件下籽粒与秸秆中镉含量之比Figure 7 The ratio between Cd content in seed and Cd content in straw under different passivation materials

通过小麦对镉的转移系数可知，不同处理间差异较小，未达到显著水平。对照组转移系数为0.143。处理3（秸秆生物炭）转移系数最高，为0.147，高于对照3.2%。此结果说明土壤中单施秸秆生物炭能够促进镉从秸秆向籽粒的转移进程，加大小麦籽粒中镉的积累量，提高小麦的重金属污染风险。与对照组相比，其余的试验处理均能不同程度地降低小麦对镉的转移系数。各处理组的转移系数、变化率分别为：处理 2（海泡石）0.121、−15.3%；处理 7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）0.110、−22.7%；处理6（石灰+海泡石）0.108、−24.6%；处理4（石灰）0.094、−34.4%；处理 5（石灰+腐殖酸）0.086、−39.7%。以上结果说明，除了单施秸秆生物炭能够提高转移系数之外，其他处理均能不同程度地阻隔重金属镉由秸秆向籽粒转移的过程，降低转移系数和小麦镉污染的风险，其中石灰和腐殖酸配施对转移过程的阻隔作用最明显。

根据水稻对镉的转移系数来看（图7），各处理间差异较大，但未达到显著水平。与对照组相比，能够提高转移系数的处理为：处理7（石灰+偏硅酸钠+七水硫酸镁）0.459，提高了50.6%；处理2（海泡石）0.342，提高了12.1%。以上结果表明，石灰、偏硅酸钠、七水硫酸镁配施和单施海泡石不仅未对水稻中的镉转移过程起到阻隔作用，而且不同程度地促进了这一进程，有加重水稻镉污染风险。能够降低转移系数的处理和对应的变化率分别是：处理4（石灰）0.267，−12.3%；处理6（石灰+海泡石）0.264，−13.5%；处理 3（秸秆生物炭）0.246，−19.2%；处理5（石灰+腐殖酸）0.219，−28.0%。由此可知，石灰和腐殖酸配施能够有效降低转移系数，降低水稻的镉污染风险。

作物根部是直接接触土壤重金属的部位，也是土壤中游离重金属离子进入作物体内的第一通道，大部分离子会滞留在作物根部，而其中一部分则会向上运输并且积累在植株的其他部位。虽然使用钝化剂不能直接改变重金属在植株体内的富集状况，但是钝化剂可以通过降低重金属的有效性影响植株对重金属的富集效果，这可能是导致转移系数降低的直接原因。

2.7 秸秆与籽粒中镉含量的相关性分析

通过对小麦秸秆与籽粒中镉质量分数的相关性分析（图8）可知，秸秆与籽粒中的镉质量分数呈现幂函数相关关系，此结果表明随着小麦秸秆中镉质量分数的升高，小麦籽粒中的镉质量分数也会随之升高，但是上升趋势较为缓慢。在没有其他外源性输入的情况下，小麦与水稻中镉的唯一来源为土壤，因为根系是土壤物质进入植物体内的首要通道，所以作物通过根系吸收土壤养分与水分的过程中，游离的重金属镉离子也随之通过共质体或质外体途径进入作物体内，在植物体内转运的过程中部分镉会残留在秸秆内，另一部分会随营养物质的转移而累积在作物籽粒中（李根等，2021；蔡亮亮等，2018）。阻隔秸秆中的镉向籽粒转移是降低小麦重金属镉污染风险的有效途径之一。

图8 小麦秸秆与籽粒镉质量分数相关性分析Figure 8 The relationship between cadmium content in the wheat straw and grains

水稻秸秆镉与籽粒镉质量分数的相关性分析如图9所示，秸秆镉质量分数与籽粒镉质量分数相关性达到极显著水平（P<0.01），相关系数为0.937。此结果表明，水稻籽粒中的镉质量分数随秸秆镉质量分数的升高而升高。这是因为镉进入籽粒的唯一途径是秸秆，游离镉通过根系被吸收后，一部分会通过穗轴转运到叶片储存起来，在灌浆期时又被转运到籽粒中，另一部分则直接转运到籽粒中累积起来，本实验得出的相关性分析结果与前人研究结果相一致（居学海等，2014）。

图9 水稻秸秆与籽粒镉质量分数相关性分析Figure 9 The relationship between cadmium content in the rice straw and grains

3 结论

（1）石灰和腐殖酸配施有效提高了小麦田土壤pH值，而海泡石是提高其他理化指标的最佳材料，同时海泡石还能大幅提高有效铁含量。在水稻田中，石灰是提升土壤pH的最佳材料，还可提升有机质、有效磷、有效锰和有效铁含量，石灰、偏硅酸钠与七水硫酸镁配施可提升速效钾的含量。

（2）石灰和腐殖酸配施能够明显降低小麦田和水稻田土壤中有效镉的含量。

（3）总体上钝化剂处理后，小麦和水稻籽粒中的镉含量均有降低的趋势，但是水稻籽粒镉含量的下降幅度高于小麦的。对于小麦而言，钝化效果最明显的处理为单施秸秆生物炭，其次是石灰和海泡石配施，其中海泡石也有改善小麦田土壤理化性质、提升土壤肥力的效果。在水稻田单施石灰既能改善土壤理化性质、提高土壤肥力，还能有效降低水稻籽粒中的镉含量。

（4）石灰和腐殖酸配施有效阻隔小麦和水稻对镉由秸秆向籽粒的转移过程，减少籽粒中的镉含量。

（5）根据相关性分析结果可知，小麦籽粒与秸秆中的镉含量呈幂函数关系，即随着秸秆中镉含量的增加籽粒中的镉含量也会增加，但是增长趋势缓慢。水稻籽粒与秸秆镉质量分数呈显著的线性正相关关系，即籽粒中的镉质量分数会随秸秆镉质量分数的升高而升高。