研究背景：

土壤是农业生产的基础，稻田土壤重金属镉（Cd）污染不仅影响水稻的生长，更会经由水稻吸收-稻米食用进入人体，危害人体健康。水稻秸秆还田是提升土壤肥力、增加作物产量的重要措施，但Cd污染稻田水稻秸秆中Cd含量远高于籽粒Cd含量，秸秆还田在向土壤输入有机质的同时，也把水稻吸收的大部分Cd归还到土壤。因此，在Cd污染稻田实施秸秆还田会增加稻米Cd含量超标的风险。秸秆离田在理论上移除了土壤Cd，但是在土壤-水稻层面，秸秆离田措施对土壤理化性质和微生物的影响效应和机制还不明晰，且秸秆还田和离田过程中关键性物质溶解性有机碳（DOC）的变化规律与土壤Cd活性的变化规律也不明晰。基于此，本研究在两种不同程度的Cd污染稻田开展了连续两季的不同量的秸秆（含根系）离田的田间试验，以期为Cd污染稻田安全种植提供技术参考和理论支撑。

主要结果和结论：

1. 不同量的秸秆离田措施均能够降低水稻植株对Cd的吸收积累，其中在轻度Cd污染稻田，秸秆和根系的全部离田措施能够使早稻和晚稻稻米Cd含量均低于0.2mg/kg，实现水稻的安全种植（图1）。

2. 不同量的秸秆离田措施，促使了土壤中Cd的赋存形态从酸可提取态和可氧化态向残渣态地转变，有利用土壤Cd的生物有效性降低（图2）。

3. 不同量的秸秆离田措施，驱动了土壤有机质、pH值和Cd有效态含量的变化，进而带动土壤微生物群落和结构的变化，增大了Anaeromyxobacter, Methylocystis 和Mycobacterium细菌的相对丰度，而这些细菌有利于土壤Cd生物有效性的降低。

4. 不同量的秸秆离田措施，带来了土壤孔隙水中溶解性有机碳（DOC）和可溶性Cd含量的大幅降低，且两者呈现正相关关系，这有利用土壤Cd生物有效性和迁移能力的降低（图3）。

5. 利用回归分析和网络分析发现，土壤pH是影响土壤Cd生物有效性和微生物群落多样性的主控因素，且在两地晚稻种植过程中土壤环境因子与土壤微生物的交互关系更加复杂（图4）；利用路径分析则发现土壤Cd总量和Cd有效态含量是决定稻米Cd含量的直接路径，而这两个因素受土壤有机质和pH的影响（图5）。

该研究成果以“Straw removal reduces Cd availability and rice Cd accumulation in Cd-contaminated paddy soil: Cd fraction, soil microorganism structure and porewater DOC and Cd”为题发表于国际学术期刊Journal of Hazardous Materials（Q1, IF=12.2），论文第一作者为中南林业科技大学生命与环境科学学院周航教授，通讯作者为辜娇峰副教授。本研究合作单位还包括环保桥（湖南）生态环境工程股份有限公司和贵州大学。研究得到芙蓉计划省企业科技创新创业团队项目和长沙市企业科技特派员项目（(No. CSKJFZ0117）的联合资助。

图1 不同秸秆离田处理下水稻各部位Cd含量

图2 不同秸秆离田处理下土壤Cd的各赋存形态百分比

图3 不同秸秆离田处理下孔隙水中DOC和Cd的含量

图4 两地早稻和晚稻的土壤环境因子与土壤微生物（OUT水平）交互作用的网络分析

图5 基于土壤和微生物相关调控因素的稻米Cd累积路径分析

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.135189