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基于农田土壤镉污染修复后糙米镉的指标筛选

林小兵 武琳 王惠明 刘晖 黄欠如 周利军

林小兵, 武 琳, 王惠明, 刘 晖, 黄欠如, 周利军. 基于农田土壤镉污染修复后糙米镉的指标筛选[J]. 土壤通报, 2021, 52(1): 203 − 210 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020051501
引用本文: 林小兵, 武 琳, 王惠明, 刘 晖, 黄欠如, 周利军. 基于农田土壤镉污染修复后糙米镉的指标筛选[J]. 土壤通报, 2021, 52(1): 203 − 210 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020051501
LIN Xiao-bing, WU Lin, WANG Hui-ming, LIU Hui, HUANG Qian-ru, ZHOU Li-jun. Screening of Indicators in Brown Rice Cadmium after Remediation of Cadmium Pollution in Farmland Soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(1): 203 − 210 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020051501
Citation: LIN Xiao-bing, WU Lin, WANG Hui-ming, LIU Hui, HUANG Qian-ru, ZHOU Li-jun. Screening of Indicators in Brown Rice Cadmium after Remediation of Cadmium Pollution in Farmland Soil[J]. Chinese Journal of Soil Science, 2021, 52(1): 203 − 210 doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020051501

基于农田土壤镉污染修复后糙米镉的指标筛选

doi: 10.19336/j.cnki.trtb.2020051501
基金项目: 江西省重大科技研发专项项目(20194ABC28010)、江西省重点研发计划项目(20171ACG70022)和江西省红壤研究所基本科研业务费(2020G08)资助
详细信息
    作者简介:

    林小兵(1992−),男,江西省丰城市人,硕士,助理研究员,主要从事土壤资源与环境生态研究。E-mail: linxiaobing14@mails.ucas.ac.cn

    通讯作者:

    E-mail: huoe861200@163.com

  • 中图分类号: X825;X53

Screening of Indicators in Brown Rice Cadmium after Remediation of Cadmium Pollution in Farmland Soil

  • 摘要: 目前农田土壤镉污染修复以降低糙米镉含量为标准,而忽略了其变化的关键性的土壤物理、化学及生物指标。基于此,采用方差分析、多元回归分析、通径分析、随机森林和结构方程模型等统计方法分析了土壤pH值、有机质、容重、阳离子交换量、速效养分、质地、微团聚体、酶活性、微生物数量等23个土壤指标对土壤有效态Cd和糙米Cd含量重要性排序。结果表明,总体上施用土壤调理剂提高了土壤pH值、容重和阳离子交换量,改变了土壤质地组成,增加了大粒级团聚体,并影响了微生物环境,有效降低了土壤有效态Cd和糙米Cd含量,但抑制了部分酶活性和微生物数量。通过逐步回归分析,表明土壤pH值和放线菌可以解释土壤有效态Cd 64.32%的变化,阳离子交换量、速效钾、有效磷和蔗糖酶可以解释糙米Cd 82.10%的变化;通径分析表明大粒径团聚体、有机质、黏粒、砂粒、放线菌和真菌对土壤有效态Cd和糙米Cd的直接效应较大;随机森林分析表明土壤pH值是影响土壤有效态Cd和糙米Cd含量的主导因素;结构方程模型表明糙米Cd含量主要受土壤pH值、有机质、阳离子交换量和有效磷的影响,土壤有效态Cd主要受土壤酶活性和微生物数量的影响。不同分析方法侧重点不同,总体上对糙米Cd含量影响较大的是pH值、阳离子交换量、有效磷和有机质等,对土壤有效态Cd含量影响较大的是pH值、放线菌和有机质等。
  • 图  1  不同土壤调理剂土壤有效态Cd、糙米Cd、土壤理化及生物指标比较

    不同小写字母表示处理间差异显著(P < 0.05)

    Figure  1.  Comparison of brown rice Cd, soil available Cd, and soil physical, chemical and biological indicators among different soil conditioners

    图  2  随机森林对影响土壤有效态Cd和糙米Cd的自变量的重要性进行排序

    X1:pH、X2:容重、X3:有机质、X4:阳离子交换量、X5:速效钾、X6:有效磷、X7:碱解氮、X8:粉粒、X9:黏粒、X10:砂粒、X11:微团聚体2 ~ 0.25 mm、X12:微团聚体0.25 ~ 0.05 mm、X13:微团聚体0.05 ~ 0.01 mm、X14:微团聚体0.01 ~ 0.005 mm、X15:微团聚体0.005 ~ 0.001 mm、X16:微团聚体 < 0.001 mm、X17:脲酶、X18:过氧化氢酶、X19:蔗糖酶、X20:酸性磷酸酶、X21:细菌、X22:真菌、X23:放线菌、Y1:土壤有效态Cd。下同。

    Figure  2.  Ranking variable importance of brown rice Cd and soil available Cd by random forest

    图  3  土壤理化及生物指标对土壤有效态Cd和糙米Cd的通径分析

    X1:pH、X2:容重、X3:有机质、X4:阳离子交换量、X5:速效钾、X6:有效磷、X7:碱解氮、X8:粉粒、X9:黏粒、X10:砂粒、X11:微团聚体2 ~ 0.25 mm、X12:微团聚体0.25 ~ 0.05 mm、X13:微团聚体0.05 ~ 0.01 mm、X14:微团聚体0.01 ~ 0.005 mm、X15:微团聚体0.005 ~ 0.001 mm、X16:微团聚体 < 0.001 mm、X17:脲酶、X18:过氧化氢酶、X19:蔗糖酶、X20:酸性磷酸酶、X21:细菌、X22:真菌、X23:放线菌、Y1:土壤有效态Cd。

    Figure  3.  Path analysis for the correlation between soil physical, chemical and biological indicators and soil available Cd and brown rice Cd

    图  4  土壤理化及生物指标对土壤有效态Cd和糙米Cd的结构方程模型

    模型中的R2均为国定效应解释的R2X1:pH、X2:容重、X3:有机质、X4:阳离子交换量、X5:速效钾、X6:有效磷、X7:碱解氮、X17:脲酶、X18:过氧化氢酶、X19:蔗糖酶、X20:酸性磷酸酶、X21:细菌、X22:真菌、X23:放线菌、Y1:土壤有效态Cd、Y2:糙米Cd。

    Figure  4.  Structural equation model of the effects of soil physical, chemical and biological indicators on soil available Cd and brown rice Cd

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-05-15
  • 修回日期:  2020-08-11
  • 刊出日期:  2021-03-05

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