中国西南喀斯特地区是世界上喀斯特地貌连续成片分布最广的区域之一，其土壤Cd平均含量要普遍高于全国平均值，是典型的高Cd地质背景区。综合前人对西南喀斯特地区土壤和作物重金属含量的调查研究结果，认为西南喀斯特地区土壤Cd具有“高地质背景、低污染风险”的特征。但是，我们对于高Cd背景下水稻等作物Cd低富集、低风险的机理机制缺乏了解，无法消除公众对于高地质背景区重金属污染风险的疑虑。基于此，本研究根据喀斯特镉高背景值地区的施肥习惯、灌溉水的特点，提出SO42-还原钝化和Ca2+、Mg2+、HCO3-等离子竞争阻抗是使得水稻Cd低富集关键影响因子的假设，并设计不同硫素含量、不同类型灌溉水以及硫素与不同类型灌溉水交互作用的盆栽实验，揭示硫素与灌溉水主要离子对土壤-水稻系统中Cd迁移转化的影响规律，解析Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-离子削减Cd污染风险的机理，对科学假设进行验证，同时提出削减Cd污染风险的水稻种植建议。主要研究结果如下：
（1）硫素的添加显著降低了土壤pH和CEC，这主要是由于施加的(NH4)2SO4中的NH4+离子发生了水解反应，使得土壤pH降低，导致可交换态Cd含量递增，从而促进了水稻对Cd的吸收和转运，使得水稻各器官中Cd含量增加，呈现出根>茎>叶>谷壳>糙米的趋势。虽然淹水在一定程度上通过硫素还原钝化机制降低了水稻对Cd的吸收，但此机制的作用有限。在实际农业生产中，应合理控制硫素的使用量，特别是(NH4)2SO4，避免过度施肥导致土壤酸化和Cd活化，从而降低水稻对Cd的吸收和累积风险。
（2）不同类型灌溉水对土壤pH和CEC的影响显著。在淹水状态下，使用雨水（W1）、地表水（W2）、HCO3-Ca型地下水（W3）和HCO3∙SO4-Ca∙Mg型地下水（W4）灌溉均会导致土壤pH的显著降低，而干湿交替状态下，W1和W3灌溉则能使土壤pH升高。pH的变化进一步降低土壤中可交换态Cd的占比。不同类型灌溉水使得水稻各器官Cd含量显著降低。其主要原因与灌溉水中含有大量Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-等离子有关，其中Ca2+、Mg2+可以通过水稻根部离子竞争和水稻体内增加质膜稳定性和恢复钙信号传递两个途径来降低Cd的累积；HCO3-则会通过降低pH和在碱性条件下与Cd2+与Ca2+、Mg2+形成共沉淀的方式固定Cd；而SO42-则会在淹水状态下还原为S2-钝化可交换态Cd，降低了Cd的生物有效性。通过相关性分析发现，水稻根的Cd含量与土壤Eh存在显著的正相关关系。这可能与干湿交替条件能够促进水稻根表铁膜的形成有关，铁膜能够固定土壤中的Cd，减少其向水稻体内的迁移。所以，在实际农业生产中，应根据当地水资源状况选择合适的灌溉水类型，以降低水稻对Cd富集风险。

（3）硫素与不同类型灌溉水交互作用对土壤pH具有显著影响。添加硫素后，无论淹水还是干湿交替条件，土壤pH均明显下降。水分条件很大程度制约不同类型灌溉水与硫素的作用是对抗关系还是协同关系。在干湿交替条件下，岩溶灌溉水与硫素在对土壤可交换态Cd转化的作用上表现为对抗关系；而在淹水状态下，则表现为协同关系。因此，适当的使用硫素，再配合富含Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-等离子的灌溉水对喀斯特Cd高背景区水稻进行淹水灌溉，可以促使有效态Cd向更稳定形态转化。主成分分析（PCA）揭示了糙米中Cd累积的主要影响因素。灌溉水中主要离子（如Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-）对糙米Cd累积的贡献最大，其次是硫素添加导致的土壤pH下降和可交换态Cd增加，最后是土壤水分条件导致的Eh变化。这些主成分的分析结果为优化喀斯特Cd地质高背景区水稻种植和灌溉水选择提供了科学依据。
（4）基于本实验对喀斯特高镉地质背景区水稻污染风险削减机理研究结果，对该地区水稻种植提出以下措施：①在施肥方面，应避免铵态氮肥的使用，或将铵态氮肥更换为有机肥和碱性富硅复合改良剂，在降低水稻Cd累积量的同时，增加水稻产量；②在灌溉水选择方面，首选富含Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-等离子的岩溶地下水作为水稻种植灌溉水，如果当地条件不允许，则可以在使用常用灌溉水的同时向稻田中施加钙镁硅肥和硫单质，并配合淹水灌溉，发挥Ca、Mg离子竞争和S还原钝化机制作用，降低水稻Cd累积量。
综上所述，(NH4)2SO4作为外源引入硫素能显著降低土壤pH和CEC，增加了土壤可交换态Cd和水稻Cd累积，尽管淹水条件下硫素还原固定机制能降低水稻Cd累积，但作用十分有限，而灌溉水引入大量的Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-离子，能通过离子竞争、共沉淀和植株内的运输阻控等机制降低水稻Cd累积，削减水稻Cd污染风险，因此建议喀斯特高镉地质背景区水稻种植应避免铵态氮肥使用，同时首选富含Ca2+、Mg2+、HCO3-和SO42-等离子的岩溶地下水作为水稻种植灌溉水。