石灰钝化镉污染土壤中异化铁还原菌对水稻镉累积的作用

【作者】 张泉； 张莉； 刘同同； 刘波； 黄道友； 朱奇宏； 许超；

【机构】 中国科学院亚热带农业生态研究所；

【摘要】 农田镉污染对粮食安全构成巨大威胁,施用石灰是降低水稻镉吸收和累积的有效措施。土壤中微生物种类繁多,在农作物生长及土壤中重金属污染物地球化学行为扮演重要角色。为探讨土壤中异化铁还原菌在水稻吸收累积镉过程中的作用,在镉污染农田建立田间小区试验,研究了镉污染稻草还田和离田条件下,施用生石灰对土壤中镉的化学形态及铁异化还原菌群落结构的影响。试验结果显示,施用石灰提高了稻田土壤pH,降低了土壤有效态铁(Fe)和镉(Cd)含量以及水稻籽粒中镉的含量。然而,镉污染稻草还田显著增加米镉含量,但对土壤有效态Cd没有影响,具有潜在的应用风险。研究发现水稻根表铁膜中的Fe含量与土壤中有效态金属(Cd、Zn、Mn等)含量及米镉成显著的正相关,并且水稻根表铁膜中的Fe和Cd含量在添加石灰处理后与对照相比均显著下降。因此稻田土壤中铁的化学行为可能作用于镉的形态转化。通过高通量16S rDNA微生物测序,与未添加石灰相比,施用石灰明显降低了土壤微生物种群多样性及铁还原菌的相对丰度;采用RDA分析环境因子对土壤有效镉含量的影响,结果表明土壤p H是影响土壤有效态铁、镉含量及微生物群落的主要因子,并且与异化铁还原菌Geobacter等的相对丰度成显著负相关关系。可见,施用石灰可以改变土壤异化铁还原菌的多样性及微生物种群结构,并降低土壤有效态Fe和Cd含量,从而降低水稻根表铁膜中Fe和Cd含量,最终减少水稻米镉的含量。研究结果证明了铁异化还原菌等微生物在农田土壤镉迁移转化过程中的重要作用,可为镉污染农田的安全利用提供理论支撑。更多还原