不同油菜品种镉累积特点及稻油轮作中镉迁移转化规律研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 张庆莹 |
| 答辩日期 | 2023-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 廖晓勇 |
| 关键词 | 重金属 品种筛选 污染农田修复 稻油轮作 土壤调理剂 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 环境科学 |
| 英文摘要 | 油菜是我国第二大油料经济作物，兼具油用、菜用、花用、蜜用、肥用和饲用等多维度利用价值；种植面积约1.2 亿亩，其主产区分布在我国的华中、西南和华南区。然而，近年来，上述区域的农田土壤中均发现了不同程度的镉（Cd）污染问题，我国油菜生产可能面临风险。本研究通过对全国21 个省（市）不同区域的油菜及其产地土壤采样和重金属含量分析，明确我国不同油菜产区的油菜和土壤中重金属累积特点和空间分布特征；在中轻度Cd 污染农田上开展油菜品种Cd 累积能力评价和品种优选研究，获得不同Cd 累积能力的油菜品种；筛选验证最适南方Cd 污染农田安全生产的轮作模式，探索了不同轮作模式下Cd 迁移转化规律；最后，将筛选获得的油菜品种和最适轮作模式联用，同时施加土壤调理剂进行调控，构建高效的轮作安全生产技术模式，并初步探究了其影响机制，为我国南方Cd 污染农田的安全利用提供了技术支持。本研究得到的主要结论如下： （1）通过对全国21 个省（市）的油菜及其产地土壤采样和重金属含量分析，明晰了我国各油菜产区土壤重金属累积存在Cd 点位超标现象，As 次之，但是各产区菜籽品质优良，仅1 点位存在Cd 含量超标。我国菜籽的Cd、Pb、As 和Zn的平均浓度分别为0.066、0.086、0.185 和42.6 mg/kg，远低于国家食品安全限值。选取245 个已知品种名称的采样点位，通过物种敏感性分布Burr III 模型推导土壤Cd 安全阈值，pH≤7 时，土壤Cd 安全阈值范围为1.17~7.91 mg/kg；pH>7时土壤Cd 安全阈值范围为1.13~8.22 mg/kg，在该范围内可保证5%~95%油菜品种安全生产。分析我国不同油菜产区的431 个土壤样品，发现我国油菜产区土壤中Cd 点位超标率较高，其次是As，Pb 和Zn 只有零星分布，平均浓度分别为0.386、35.5、22.8 和82.8 mg/kg，且超标点位多出现在华中区、西南区和华南区。此外，探明了我国不同油菜产区菜籽和土壤中的重金属含量具有显著的空间集聚性且菜籽和土壤重金属空间聚集具有相似性。土壤和菜籽中Cd、As 和Zn 的热点区（高-高聚类）主要分布在湖南省和广东省；土壤Cd、Pb、As 和Zn 的共同冷点区分布在湖北省和安徽省，As 和Zn 的冷点区在四川省也有聚集。 （2）初步构建了Cd 累积油菜筛选方法，获得不同Cd 累积能力油菜品种。该方法包含了油菜产量、生物量、菜籽含油率、Cd 累积、Cd 适应性、Cd 去除量和微量元素变化等多项指标的综合评价。基于该筛选方法在中轻度Cd 污染农田对225 个油菜品种进行评比筛选，得到了Cd 低累积油菜品种：沪油17 和德兴油558，其BAF 籽/土 仅为0.068 和0.084（远低于1），表现出对90%的元素低吸收趋势。筛选得到Cd 修复类油菜品种：早杂8 号和渝油61，其BAF 茎/土为4.647和3.607（远大于1），但BAF 籽/土 仅为0.164 和0.155，Cd 移除量分别为68.9 和56.7 g/hm2/季；并表现出对Mg 和Zn 的高吸收。此外，根据各农艺性状的权重选择了排前三位的产量（0.503）、生物量（0.123）和角果数（0.097）构建判别函数，通过对225 个品种进行贝叶斯自我验证和交叉验证，该判别函数的正确率可达94.2%，表明油菜Cd 适应性的鉴定方法合理可行。 （3）筛选验证了低Cd 水稻-油菜轮作是最适合我国南方Cd 污染农田的安全生产种植模式。该轮作具有最高的产量（水稻9160 kg/hm2 和油菜3630 kg/hm2）、生物量（水稻27458 kg/hm2 和油菜34000 kg/hm2）和菜籽含油量（50.0%）、最高的经济产出/投入比（1.34）和理想的修复效率8.3%。通过冗余分析（RDA）发现，在水旱轮作（传统水稻-油菜和低Cd 水稻-油菜轮作）系统中NO3--N 是主控影响因素且是正向调节，方差贡献率是56.7%；NH4+-N 为次要影响因素，具有正向调节作用，其方差贡献率为10.4%。在旱地轮作模式（玉米-油菜和大豆-油菜）中同样是硝态氮具有主导的正向调节作用，方差贡献率为53.5%；有效P 是次要调控因子（负向调控），其方差贡献率为24.3%。 （4）构建了修复类油菜-低Cd 水稻轮作+硼砂强化的高效轮作安全生产模式。该轮作模式促进粮油丰产，降低作物籽粒对Cd 的累积：油菜产量和生物量分别提高11.2%和4.2%，低Cd 稻产量和生物量分别提高4.4%和16.5%，油菜和水稻籽粒的降Cd 率分别为28.5%和11.7%，同时该轮作模式的Cd 移除量提高了47%。此外，分析发现硅肥、石灰、钙镁磷肥、锰肥、硼砂和维地康6 种土壤调理剂施加后都表现出提升了具有负向调节Cd 生物活性的相关环境因子的浓度，但6 种调理剂的主控环境影响因子是不同的，分别为土壤Si 元素、pH、NO3--N、Mn 元素、有效P 和Ca 元素，其对土壤Cd 生物有效性调节的方差贡献率分别为67.3%、54.6%、46.1%、42.7%、39.5%和34%。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 151 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199747]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 张庆莹. 不同油菜品种镉累积特点及稻油轮作中镉迁移转化规律研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2023. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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