《Foods》：Information Drives Sensory Perception and Willingness-to-Pay for Partially Dealcoholized Wine: Evidence from a Between-Subjects Experiment in Italy
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摘要：稻田土壤中的镉（Cd）污染对食品安全构成严重威胁。尽管秸秆还田是可持续农业的关键措施，但其在Cd污染农田中对安全水稻生产的调控机制仍不清楚。本田间研究在两个Cd污染田块进行，采用两种Cd积累能力不同的水稻品种（低Cd品种ZLY8612和高Cd品种YXY2
摘要：稻田土壤中的镉（Cd）污染对食品安全构成严重威胁。尽管秸秆还田是可持续农业的关键措施，但其在Cd污染农田中对安全水稻生产的调控机制仍不清楚。本田间研究在两个Cd污染田块进行，采用两种Cd积累能力不同的水稻品种（低Cd品种ZLY8612和高Cd品种YXY2115），评估了五种小麦秸秆管理方式：秸秆移除（CK）、秸秆覆盖（SM）、秸秆翻压（SI）、秸秆配施有机肥（SOI）和秸秆源生物炭还田（SBI）。主要发现表明，SOI和SBI能有效降低Cd有效性并促进Cd向残渣态转化，其中SBI表现出更优的固定效果。SBI还富集了有益菌属（芽孢杆菌属Bacillus、鞘脂单胞菌属Sphingomonas和黄杆菌属Flavisolibacter），增加了变形菌门（Proteobacteria）丰度，降低了绿弯菌门（Chloroflexi）和酸杆菌门（Acidobacteriota）丰度。所有处理均提高了水稻产量；然而，仅SBI使高Cd品种在高Cd土壤中的籽粒Cd降至0.2 mg/kg以下。综上，秸秆源生物炭还田与低Cd积累水稻品种的组合应用，是Cd污染稻麦轮作农田实现安全粮食生产和可持续秸秆循环利用的可靠且可推荐的农艺策略。
**论文解读文章**
**研究背景与科学问题**
食品安全与土壤健康是全球性挑战。水稻作为中国主要口粮作物，其安全生产对国家粮食安全至关重要。然而，土壤镉（Cd）污染因大气沉降、污水灌溉、过量磷肥施用及畜禽粪便不当处置而日益严重，约7%的中国耕地受到不同程度Cd污染，土壤酸化进一步加剧了作物中Cd积累。水稻具有强Cd生物富集能力，中国食品安全标准规定籽粒Cd限量为0.2 mg/kg。因此，阐明土壤-水稻系统中Cd转运机制并制定有效农艺措施（如秸秆生物炭还田）以限制Cd积累，对保障食品安全和公众健康至关重要。秸秆还田在可持续农业中被广泛用于提升土壤肥力、碳固存和理化性质，但其对土壤Cd行为的影响尚无定论。部分研究表明秸秆还田可通过分解产物络合Cd而降低其生物有效性；另有研究指出，秸秆分解会增加土壤溶解性有机碳（DOC），形成可溶性Cd-DOC复合物，促进Cd迁移和植物有效性，同时秸秆还田可能加剧土壤酸化，甚至成为二次Cd污染源。现有研究多集中于单一秸秆管理模式或短期盆栽试验，缺乏田间尺度下秸秆还田方式与不同Cd积累特性水稻品种交互效应的探索，这制约了秸秆还田在污染农田中的精准应用。基于此，研究人员提出假设：改良的秸秆还田方式（SOI/SBI）可通过物理化学与生物学途径协同固定Cd，最终降低水稻籽粒Cd积累。
**研究目标与设计**
本研究旨在：（1）阐明不同秸秆还田方式对水稻土理化性质、Cd形态转化及生物有效性的影响；（2）分析秸秆还田诱导的根际土壤微生物群落结构变化；（3）确定秸秆还田对水稻Cd积累及产量的影响。研究在四川省两个Cd污染稻田（崇州市齐泉镇和绵竹市金星村）进行，采用稻麦轮作系统，选取两个Cd积累能力不同的杂交籼稻品种（低Cd积累品种ZLY8612和高Cd积累品种YXY2115）。设置五种田间处理：秸秆移除（CK）、秸秆覆盖（SM）、秸秆翻压（SI）、秸秆配施有机肥（SOI）和秸秆源生物炭还田（SBI），每种处理三次重复。通过测定土壤pH、有机质（SOM）、DOC、阳离子交换量（CEC）、全Cd、DTPA-Cd、BCR连续提取Cd形态、水稻各组织Cd含量及产量，并利用16S rRNA基因扩增子测序分析根际土壤细菌群落。
**主要技术方法**
田间试验采用裂区设计，以两个水稻品种为主区，五种秸秆管理措施为副区。土壤Cd含量通过HNO
3-HF微波消解后原子吸收分光光度法测定；生物有效性Cd采用DTPA提取；Cd形态分析采用BCR连续提取法；细菌多样性分析通过PCR扩增16S rRNA基因V3-V4区域并测序。统计分析使用单因素方差分析（ANOVA）和Duncan多重比较（p<0.05），微生物β-多样性基于Bray-Curtis距离的非度量多维尺度分析（NMDS），环境因子与群落结构关联采用冗余分析（RDA）和Mantel检验。
**研究结果**
**3.1 水稻不同组织Cd含量**
系统分析显示，SM和SI处理增加了水稻组织Cd浓度，而SOI和SBI表现出Cd降低效应，且对高Cd品种YXY2115响应更明显。在崇州（CZ）高Cd田块，SI处理使YXY2115和ZLY8612的精米Cd分别显著增加60.34%和33.98%；而SBI处理使精米Cd分别降低50.44%和39.65%（p<0.05）。在绵竹（MZ）低Cd田块，SBI降Cd效果同样显著。所有处理下低Cd品种ZLY8612在CZ的精米Cd均低于0.2 mg/kg安全阈值；高Cd品种YXY2115仅在SBI处理下达标，表明SBI具有卓越的降Cd潜力。
**3.2 土壤全Cd与DTPA-Cd**
在CZ高Cd田，所有秸秆处理均增加了土壤全Cd（增幅9.84%~38.96%）；MZ田则无显著影响。与CK相比，SI显著提高了DTPA-Cd（成熟期平均增加15.03%），而SOI和SBI显著降低DTPA-Cd，SBI降幅最大（CZ田三个生育期平均降低24.22%、23.09%、23.40%）。DTPA-Cd随生育期推进呈上升趋势，成熟期达峰值，可能与后期排水氧化条件有关。
**3.3 土壤SOM、DOC和CEC**
所有秸秆处理均提高了SOM，SOI和SBI效果最显著（CZ田SBI使SOM增加16.87%~30.50%）。DOC含量顺序为CK < SBI < SM < SI < SOI，随生育期先增后减。SBI显著提高了CEC（CZ田增加9.18%~12.43%），增强了土壤阳离子持留能力。
**3.4 土壤pH与Cd形态**
SOI和SBI倾向于提高土壤pH（CZ成熟期分别显著增加0.13和0.17）。SM和SI导致轻微酸化。Cd形态分布显示，SM和SI增加了酸提取态Cd（Aci-Cd）比例（CZ田平均分别增加2.52%和5.79%）；SOI和SBI则降低Aci-Cd并增加残渣态Cd（Res-Cd），SBI效果最突出（CZ田Res-Cd比例较SI平均增加21.89%），表明SOI和SBI促进了Cd向稳定形态转化。
**3.5 水稻产量与构成因素**
所有秸秆处理均提高了水稻产量（SBI增产效果最显著）。产量提升主要源于穗粒数增加。SBI使YXY2115在CZ和MZ的穗粒数分别增加8.72%和23.34%。低Cd品种ZLY8612产量优于YXY2115。
**3.6 土壤微生物群落多样性与结构**
α-多样性分析显示，SI、SOI、SBI处理下ACE、Chao和Shannon指数显著高于CK；β-多样性NMDS显示SBI形成独特聚类。在门水平，优势菌门为绿弯菌门（Chloroflexi）、变形菌门（Proteobacteria）和酸杆菌门（Acidobacteriota）。与CK相比，所有秸秆处理降低了Chloroflexi相对丰度；SBI和SOI增加了Proteobacteria，减少了Acidobacteriota。在属水平，SBI和SOI富集了芽孢杆菌属（Bacillus）、鞘脂单胞菌属（Sphingomonas）和黄杆菌属（Flavisolibacter），同时降低了厌氧绳菌属（Anaerolinea）丰度。RDA分析表明，DTPA-Cd和SOM是影响微生物群落的主要环境因子，微生物组成与土壤理化性质紧密相关。
**3.7 产量构成与土壤性质的相关性**
Mantel检验显示，CZ田产量构成因子（千粒重、结实率、穗粒数、有效穗）与多个土壤理化因子显著相关，而MZ田关联较简单。精米Cd与DTPA-Cd、DOC和Aci-Cd正相关，与pH负相关，表明pH升高和稳定Cd形态增加可减少Cd吸收。
**讨论与结论**
讨论部分指出，SM和SI处理通过降低pH和增加DOC促进了Cd活化，而SOI和SBI通过提升pH、SOM和CEC，促进Cd向残渣态转化，从而降低Cd有效性。SBI效果最佳，归因于生物炭的高碱度、官能团和矿物成分。微生物分析表明，SBI和SOI重塑了群落结构，富集了具Cd固定潜力的功能菌（如Bacillus、Sphingomonas），并抑制了可能促进DOM分解的Anaerolinea，协同降低Cd生物有效性。研究强调，在高Cd污染田，常规直接秸秆还田（SM/SI）不适用，而SBI结合低Cd积累品种可实现“增产-降Cd”协同。在低Cd田，成本较低的SM或SI即可兼顾产量与安全。结论部分总结如下：（1）SM和SI倾向于降低pH、提高DOC，增加Cd溶解性和移动性，提高精米Cd；SOI和SBI通过提升SOM、pH和CEC促进Cd向残渣态转化，有效降低籽粒Cd积累，SBI固定效果最显著。（2）SOI和SBI提高了土壤微生物α-多样性，改变了β-多样性，表现为Proteobacteria增加、Chloroflexi和Acidobacteriota减少，并富集Bacillus、Sphingomonas和Flavisolibacter等功能菌属，协同促进Cd固定。（3）低Cd积累品种ZLY8612在所有处理下表现更好；在高Cd区域，仅SBI处理使高Cd品种YXY2115的精米Cd低于0.2 mg/kg安全阈值；在轻Cd污染田，两种品种均符合食品安全标准。因此，应根据Cd污染程度采取差异化秸秆管理策略，为类似污染农田的Cd风险防控提供了实践指导。研究局限性在于仅进行了一个生长季的田间试验，且缺乏生物炭直接理化表征数据，后续需结合多点多季节试验和宏基因组分析进一步阐明机制。
