中国野豌豆、石灰及其协同作用对土壤-水稻系统中锰和镉含量变化的影响

《Plant and Soil》：The impacts of Chinese milk vetch, lime and their synergistic effect on changes of manganese and cadmium contents in soil-rice system

镉污染土壤修复中，苜蓿与石灰协同施用通过有机质活化促进锰氧化物溶解，形成Cd?Mn?O?矿物结构，有效降低土壤有效镉含量达19.6%，并减少稻米镉积累42.3%。研究揭示了DOM介导的锰氧化物还原过程对镉固定的重要机制。

　　

摘要

目的

中国牛奶草（Astragalus sinicus L.，简称MV）和石灰是减少土壤中镉（Cd）生物可利用性的重要措施。然而，它们共同施用对土壤和稻米中可利用的Cd和Mn含量的影响仍需进一步研究。

方法

我们定期测量了分解过程中的土壤pH值、E_h、溶解态Mn和溶解态Cd的浓度，以及不同水稻生长阶段的土壤中可利用的Cd和Mn含量，并对土壤进行了X射线衍射（XRD）分析。

结果

结果显示，在MV作为绿肥施用后的分解初期，伴随着分解过程中的氧气消耗，土壤pH值缓慢上升，而氧化还原电位持续下降。MV的绿肥作用显著增加了土壤溶液中溶解态Mn的浓度，其浓度最高达到了对照处理（CK）的16.53倍，这表明溶解有机质（DOM）可以促进土壤中Mn氧化物的溶解过程。对土壤中可利用Mn和Cd含量的测定表明，与CK处理相比，DOM介导的Mn氧化物的氧化还原过程在分蘖期和成熟期增加了土壤中可利用Mn的含量，同时减少了可利用Cd的含量；MV与石灰的联合施用显著降低了稻草和糙米中的Mn和Cd含量。通过XRD分析，我们推测在MV和石灰共同施用的条件下，土壤中可能形成了Cd₂Mn₃O₈这种新的矿物结构。这种新矿物结构的形成可能与MV中的DOM对土壤中Mn氧化物的溶解作用以及Mn₅O₈被Cd同晶替代有关，从而有助于减少稻米对Cd的吸收。本研究有助于揭示MV分解过程对Cd活性的影响，并通过MV中的DOM与Mn和Cd形成的复合物实现稻米中Cd的降低。