砷污染土壤对不同品种水稻生长的影响

重金属如何影响水稻（Oryza sativa L.）的生长及产量一直是粮食生产中的研究重点。利用盆栽实验,首次比较了砷（As）对三个品系（杂交稻、常规稻和糯稻）共20个品种水稻生长的影响,以期选定适合在As污染区种植的水稻品种。结果显示,不同品系水稻在As污染土壤中的生长显著不同,杂交稻的生长优于糯稻和常规稻,但糯稻和常规稻差异不显著,表明杂交稻更适宜在砷污染土壤种植。同一品系内不同品种水稻的生长也有较大差异,杂交稻II优804的干物质积累量最高,每株达到0.055g。     

不同品种水稻对砷的吸收转运及其健康风险研究

为了比较不同品种水稻砷的积累特点,筛选可食用部分低砷积累水稻品种,研究通过盆栽试验,分析了江苏省常见的11个水稻品种根、茎、叶、谷壳和籽粒中的砷含量、砷的转运系数和根表铁膜厚度及其对砷固持的影响,并预估了不同品种水稻籽粒砷的健康风险。结果表明,不同品种水稻各部位的砷含量差异显著(P <0.05),泰瑞丰5号籽粒中的砷含量最高,而镇稻16号籽粒中的砷含量最低,后者大约是前者的一半。砷在水稻相邻部位的转运系数存在品种间差异(P <0.05),砷在水稻叶与籽粒间的转运系数最大的水稻品种是泰瑞丰5号,最小的是镇稻16号。根表铁膜量在不同品种间差异显著(P <0.05),其中淮稻6号的铁膜量是武运粳23的2.17倍。根表铁膜量与铁膜中的砷含量及水稻根叶中的砷含量均呈显著正相关关系(P <0.05)。不同水稻品种间的目标风险指数(THQ)也存在显著差异,其中泰瑞丰5号的THQ值最高,而镇稻16号的THQ值最低,两者相差0.99倍。研究表明,镇稻16号由于较低的砷吸收和转运能力,在中低砷污染土壤上种植风险较小,而泰瑞丰5号风险最大。     

水稻土镉污染与水稻镉含量相关性研究

采用盆栽试验的方法,考察了水稻土中重金属镉（Cd）的浓度对水稻生长及Cd富集的影响以及Cd在水稻植株的分布情况,并进一步研究了糙米（可食部位）对Cd的富集量与土壤中Cd总量的关系。结果表明,在各个浓度Cd胁迫下,根、茎叶、稻壳、糙米相比,2个品种水稻都是根累积的Cd含量要高于茎叶和稻壳、糙米,即根〉茎叶〉稻壳〉糙米;在水稻的茎叶细胞中,Cd主要分布在细胞壁,细胞可溶性成分,细胞器Cd的分布量较少,即细胞壁〉可溶性部分〉细胞器及膜部分;随Cd浓度增加,茎叶中的Cd积累量极显著增加,各细胞组分中的Cd含量均显著增加;根据国标GB 2762—2005对大米中Cd的限量标准（≤0.2 mg.kg^-1）,水稻土土壤总Cd临界值分别为2.0 mg.kg^-（1博优225）、3.1 mg.kg^-（1矮糯）。因此,在污染土壤上宜选种食用部位重金属积累低的水稻品种,以减少人类吸收重金属的风险。     

不同品种水稻糙米对Cd Cu Zn积累特性的研究

以酸性矿山废水污染的含有多种重金属的农田土壤为供试土壤,通过盆栽实验,研究不同水稻品种,不同类型、不同遗传背景水稻糙米重金属Cd、Cu、Zn的积累差异。结果表明,供试水稻糙米Cd含量为0.006～0.092mg·kg-1,最高值和最低值相差15倍;Cu含量为6.712～27.117mg·kg-1,最高值和最低值相差4倍;Zn含量为28.390～43.296mg·kg-1,最高值和最低值相差不到1倍。常规稻和杂交稻糙米的Cd、Cu、Zn含量差异不明显。三系杂交稻的糙米Cd、Cu含量极显著高于二系杂交稻,而二系杂交稻糙米中Zn含量则显著高于三系杂交稻。不同遗传背景水稻品种糙米Cd、Cu、Zn含量也存在明显差异。相关分析结果表明,糙米中Cu、Cd含量间呈极显著正相关,Cu、Zn含量之间存在显著负相关,而Cd、Zn含量间的相关性不明显。     

磷硅肥配施抑制华南地区水稻籽粒砷积累的效果

选取华南地区广泛种植的杂交水稻品种“培杂泰丰”,利用外源添加砷（50 mg·kg-1）的土壤盆栽试验,研究不同施用量的磷硅肥对水稻生长特性和砷积累的影响。结果表明,施用磷硅肥的处理,水稻糙米中砷含量为0.504~0.586 mg·kg-1,低于农业部颁布的粮食中砷限量标准（NY 861—2004）中大米砷限值。相关性分析表明,水稻糙米砷含量与水稻植株的生物量、稻谷千粒重和秸秆中硅/砷摩尔比呈显著负相关,与秸秆中磷/砷摩尔比呈极显著负相关;糙米的砷含量随磷、硅肥的施加而降低。综合分析表明,在华南地区同类中度砷污染土壤中可有效控制砷向水稻籽粒运输累积的磷、硅肥最优施加量及配比为40 mg P·kg-1土、50 mg Si·kg-1土。     

中轻度砷污染土壤-水稻体系中砷迁移行为研究

通过土-砂根袋培养生物学模拟试验,运用砷形态分级的连续提取方法研究了水稻整个生育时期内砷在中轻度砷污染土壤-氧化性根际-水稻体系中的时空分布规律。结果表明:(1)该品种水稻(远诱一号)生长旺期(第三生长时期和第四生长时期)由于根系活化作用产生明显根际效应,根际土壤中各砷形态总量、无定形态砷含量均显著高于非根际土(p0.05),而有效性最低的残渣态则低于非根际土。(2)水稻根表铁氧化物膜(简称:铁膜)主要以无定型态铁和结晶态铁为主(90%),在生长旺盛期老化程度最高,且对砷富集能力与第一时期相比降低60%,与第二时期相比降低10%;根表铁膜对砷的富集作用并不完全随铁膜数量的增减而变化,还与铁膜中铁的组成形态(尤其无定形态铁)密切相关。(3)砷在土壤-根际-水稻(远诱一号)体系中迁移规律:砷随铁氧化物的还原由非根际向根际迁移并在氧化性根际富集,由于铁膜的缓冲层作用,砷很少进入作物根系,迁移至地上部的砷含量低于根中砷含量;生育初期(前两个生长时期),水稻根表铁膜主要起富集库作用,具有很强的富集砷能力,但富集的砷易解吸进入作物根系,生育后期(后三个生长时期),铁膜逐渐老化,主要起缓冲层作用,使根系砷含量与生育初期相比降低50%～90%。     

根表铁膜对水稻吸收污灌土壤中的锌的影响

采用土-石英砂联合培养的盆栽试验，研究两个不同基因型的水稻根表铁膜的形成情况及其对水稻吸收污灌土中的锌的影响。结果表明，两基因型水稻在不同不分条件下根表铁膜的形成情况不同：淹水条件下形成的铁膜数量最多，高于湿润和干-湿交替，后二者之间差异不明显。不同基因型水稻（金优22与90-68-2）根表铁膜的形成趋势一致，只是数量稍有差异；不同基因型秸秆及籽粒中锌的含量存在差异，不同铁处理的根表铁膜数量、地上部锌含量均不同。     

大田生产条件下不同品种水稻植株中镉的分布特点

通过4个水稻品种在大田生产条件下的试验,研究分析了水稻植株Cd积累和分布的特点。结果表明,水稻的根系是吸收Cd的主要器官,也是Cd的主要储存场所,无论在水稻分蘖期还是成熟期都很明显;在水稻成熟期,籽粒（糙米）中Cd的含量显著地低于其他器官,水稻植株器官中Cd的分布情况大致为：根〉鞘＞叶＞茎＞糙米,但随着品种的不同而有所变化;根据4个水稻品种在成熟期的植株Cd积累量的分析,9311是植株高累积Cd的水稻品种,Jia－48和Jia－51的糙米中Cd的积累很低;水稻品种间对于Cd的吸收和累积能力有显著的差异,但水稻类型间（粳稻与籼稻间）Cd含量没有显著差异,因此不能按照水稻类型来选育糙米中低Cd积累品种,应针对品种选育出糙米中低Cd积累的高产优质水稻品种。     

硒(Ⅳ)预处理下根表铁膜对水稻幼苗吸收和转运汞的影响

采用水培试验的方法研究硒(Se,Ⅳ)预处理下,根表铁膜对水稻幼苗吸收和转运汞(Hg)的影响。将水稻幼苗置于Se0和Se0.5(mg L-1)培养液中培养2周,再用4种不同浓度的Fe2+溶液(0、25、50和100 mg L-1即Fe0、Fe25、Fe50、Fe100)诱导水稻根表形成不同数量的铁膜,随后置于0.3 mg L-1的Hg Cl2培养液中继续培养72 h。结果表明,根表铁膜对水稻幼苗生长无显著影响,但硒可以增加其生物量。碳酸氢钠―柠檬酸三钠―连二亚硫酸钠(DCB)提取液(即根表铁膜)中含铁比例(57.3%~96.2%)显著高于水稻幼苗地上部(1.1%~17.5%)和根部(2.7%~25.9%),水稻幼苗的大部分铁被积累至DCB提取液中。随着根表铁膜数量的增加,根和地上部汞含量均显著降低。在Fe50和Fe100处理中,硒的加入显著减少了地上部和根部的汞含量,也显著降低了汞的分配系数,Se(Ⅳ)预处理能明显提高铁膜固持汞的量。综上所述,Se(Ⅳ)预处理和根表铁膜均能阻碍水稻幼苗对汞的吸收和向地上部的转运,减轻水稻汞胁迫,从而起到保护水稻避免汞毒害的作用。本研究对于提高汞污染区稻米质量和保证粮食安全具有一定的现实意义。     

不同栽培方式对镉污染水稻土籼、粳稻根表铁膜铁、镉含量及根镉含量的影响

通过对镉污染水稻土籼、粳稻分蘖、孕穗、灌浆和收获期根表铁膜的铁、镉和根系镉含量的测定,研究淹水、覆膜、覆草和湿润栽培对籼、粳稻吸镉量的影响。结果表明:1)分蘖期,淹水和覆草栽培籼稻根表铁膜铁含量高于粳稻;覆膜和湿润栽培的粳稻根镉含量高于籼稻。2)孕穗期,淹水和覆膜栽培的籼稻根表铁膜铁含量高于粳稻;湿润栽培的籼稻根表铁膜镉含量高于粳稻;覆膜、覆草和湿润栽培的籼稻根镉含量低于粳稻。3)灌浆期,淹水和湿润栽培籼稻根表铁膜铁含量高于粳稻;覆膜和湿润栽培的籼稻根表铁膜镉含量低于粳稻;根镉含量籼稻低于粳稻。4)收获期,根表铁膜铁含量籼稻低于粳稻;根表铁膜镉含量覆膜栽培的籼稻高于粳稻;根镉含量覆膜、覆草和湿润栽培的籼稻低于粳稻。     

水稻不同生育期对硒吸收累积及铁膜的吸附特性

采用盆栽试验方法,研究不同生育期水稻各部位对硒的吸收累积及根表铁膜对水稻吸收积累硒的影响机制。结果表明:水稻营养器官生物量在拔节期积累最快,不同时期营养器官中硒含量不同,根中的硒在拔节期达到最大,根和茎中的硒在灌浆期和成熟期被转运至其他部位。水稻各组织中约50%的硒在拔节期和孕穗期被吸收,小穗吸收总硒的47.22%且是在孕穗期完成的,说明这两个时期对于水稻硒吸收累积非常关键。铁膜中硒占总硒的比例在幼苗期高达73.63%,是同时期茎中硒所占比例的4.87倍。随着生育期的推进,铁膜中硒所占比例显著递减,在成熟期降低至20.02%,同时期茎中硒占总硒的比例为65.42%。这表明,根表铁膜在水稻整个生长周期内通过吸附作用使其表面能够富集一定量的硒,在水稻生育后期,当土壤溶液中硒含量较少时,根表铁膜可能会作为一个硒源,吸附在根表铁膜中的硒重新被水稻所利用,铁膜在水稻硒吸收转运的过程中扮演了"缓冲器"的角色。明确不同生育期根表铁膜对水稻硒累积特性,在生产管理中可在不同生育期采取措施提高稻田硒生物有效性,从而为进一步提高农产品中硒含量提供科学依据。     

缺磷对不同作物根系形态及体内养分含量浓度的影响

采用营养液培养方法,以水稻、 小麦、 玉米和大豆为试验材料,研究了短期缺磷（2周）诱导根表沉积铁氧化物是否为水稻特有的性质,以及缺磷对不同作物根系形态及其吸收钾、 钙、 铁、 锰、 铜、 锌营养元素的影响。结果表明,供磷和缺磷处理并没有影响小麦、 玉米和大豆3种作物根系的颜色,而缺磷处理水稻根表沉积了铁氧化物而呈红（黄）棕色,且铁氧化物不均匀地富集在根细胞壁的孔隙中; 缺磷促进了水稻,小麦,玉米和大豆根系的生长,分别比供磷处理伸长了11%、 11%、 20%和11%（P0.05）。此外,缺磷胁迫下水稻根表铁氧化物增强了钙、 铁、 锰、 铜和锌在根表的富集而成为其进入根系的缓冲层。缺磷处理水稻根中铁浓度明显高于供磷处理（P0.05）,而地上部铁的浓度仅为磷营养正常水稻植株的18%,这说明缺磷诱导的铁氧化物促进了根系对铁的吸收但抑制了铁由根系向地上部的转运。短期缺磷对其他养分在水稻根中和地上部的浓度没有明显影响。对于其他 3 种作物,短期缺磷没有明显影响钾、 钙、 铁、 锰、 铜和锌在其根表富集及在植物体内的浓度。因此,在供试的4 种作物中,由于磷胁迫诱导根表形成铁氧化物是水稻特有的性质,铁氧化物的沉积可促进铁的吸收但抑制了铁向地上部的转运,而短期缺磷并没有影响其他3种作物对钾、 钙、 铁、 锰、 铜和锌养分的吸收和转运。     

水稻糙米砷含量及其与土壤砷含量的关系

筛选低砷含量水稻品种或减少水稻对种植土壤中砷的吸收是控制稻米砷含量最直接有效的办法。本研究采用ICP-MS法测定21份水稻品种在3个试验点的糙米砷含量,结果表明:在3个土壤砷含量由低至高的试验点中,21份水稻品种糙米砷含量平均值也呈现出由低到高的趋势。分析水稻砷含量对不同种植环境的反应,多数品种对不同试验点环境表现的敏感性不一致,但有4个品种表现稳定,如明恢70都表现为迟钝型;明恢86表现为敏感型;明恢72和明恢81为中间型。分析浙优12号在15个栽培点中土壤砷含量、穗茎节砷含量、糙米砷含量的相关性表明,砷含量高低依次为土壤糙米穗茎节,土壤砷含量与糙米砷含量的相关性不显著;土壤砷含量与穗茎节砷含量存在不显著负相关;穗茎节砷含量与糙米砷含量之间呈极显著正相关。     

镉处理根表铁膜对水稻吸收镉锰铜锌的影响

本试验利用营养液和土壤培养系统,研究不同Fe、 Cd处理下根表铁膜对水稻吸收Cd、 Mn、 Cu、 Zn的影响。土壤中Fe的水平为0、 1、 2 g/kg Fe（以FeSO47H2O的形式供应）,Cd 的水平为0、 2、 10 mg/kg Cd（以3CdSO48H2O的形式供应）。营养液中Fe和Cd的水平分别为0、 10、 30、 50、 80、 100 mg/L Fe 和 0、 0.1、 1.0 mg/L Cd。收获后测定水稻根表、 根中和地上部Cd、 Fe、 Mn、 Cu、 Zn 含量。试验结果表明,两种培养方式下,随着介质中Fe浓度的增加,水稻根表铁膜（DCB-Fe）逐渐增多。土壤培养方式下,根表铁膜中Cd 和 Mn 含量随铁膜量增加而略有增加,所有元素含量均表现为根中大于铁膜中。营养液培养条件下,根表铁膜中Mn和Cu含量在高量 Fe 供应时有所增加, Mn、 Cu、 Zn表现为铁膜中大于根中。根表铁膜中Zn含量在两种培养方式下均未呈现一定规律性变化。根中和地上部 Cd、 Mn、 Cu、 Zn 含量一般都随介质中Fe浓度的增加而下降,Cu和Zn含量在加Cd处理中下降。以上结果证明,铁膜对Cd 的吸附阻挡能力有限,对Mn、 Cu、 Zn 的吸附作用因培养方式和元素种类不同而有所差异,植株体内微量元素含量的下降主要与它们之间的相互抑制作用有关。     

不同基因型水稻根际硅、铁、锰的分布状况及其与植株抗渍性的关系

本文研究了抗渍性强弱不同的水稻品种在渍水还原条件下的生长情况及其与根际Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ等元素的分布状况的关系。结果表明，不同基因型水稻对铁、锰毒害的耐（抗）性存在明显差异，表现为远诱１号〉科长８９－１１３〉科长８９－１１２，水溶态Ｓｉ、Ｆｅ在根际土壤中的含量显著低于非根际土，而无定形态Ｆｅ、Ｍｎ含量则呈根际高于非根际土的趋势。从植物基因型来看，远诱１号根际水溶态和无定形态Ｓｉ、Ｆｅ、Ｍｎ均明显高于     

根系氧化力不同的水稻品种磷锌营养状况的研究

采用琼脂培养和土壤培养试验研究了根系氧化能力不同的水稻品种磷、锌的营养状况。 结果表明, 在选用的 5 个水稻品种中, 根系氧化力较高的品种 LR-2、TZ88-145 和 YY-1, 其根表铁膜数量明显高于根系氧化力较弱的品 种KZ89-113 和KZ89-112。 根系氧化能力高, 根表形成的铁膜数量多, 富集的磷、锌数量也多, 反之则少。 这就构成 了“ 根系氧化力不同的水稻品种—根表形成的铁氧化物胶膜数量不同—富集在铁膜上的磷、锌数量不同—水稻的 磷、锌营养状况不同” 的连锁关系。     

供磷水平对铁、锰、铜、锌在稻株中分布和糙米品质的影响

用室内盆栽试验,研究了不同磷肥施用量对铁、锰、铜、锌在水稻中分布和糙米品质的影响。结果表明,盆栽条件下,施用磷肥显著降低了Fe、Mn、Cu、Zn在IR68144地上部的积累量,显著增加了Fe、Mn、Cu、Zn在两个品种糙米中的分布。在不同磷肥施用水平下,Fe、Mn、Cu、Zn在IR68144地上部的积累量显著高于IR64,表明IR68144从根到地上部运输微量元素Fe、Mn、Cu、Zn的能力更强。此外,施用磷肥促进了富铁水稻糙米对蛋白质的积累,抑制其对直链淀粉的积累,且导致胶稠度变软,对IR64糙米品质的影响较小。说明合理的磷肥管理措施可在一定程度上调控子粒微量元素积累,改善稻米营养品质。     

低镉累积水稻品种的筛选方法研究——品种与类型

选择6种水稻（Ooza sativa L．）（2种常规稻,2种两系杂交稻,2种三系杂交稻,其中均有1种为超级稻）以及上坝镉污染水稻土为材料,采用全生育期淹水和水稻抽穗后排水处理进行盆栽试验,研究了低Cd水稻品种按品种和类型筛选的可行性。结果表明,水稻品种间存在显著差异。水稻对Cd的吸收及籽粒积累依水分管理和品种而变化,水分管理影响远远高于基因型影响。在两种水分管理中,水稻品种间精米Cd含量的排名顺序基本一致,从而表明在低污染水平土壤上,水稻对Cd的累积品种间存在一定的稳定性。而水稻类型间Cd含量没有显著差异,因此按照水稻类型来筛选是不可行的,应针对品种来筛选并对筛选出来的稳定的品种进行重点研究。抽穗后排水处理的水稻对Cd的吸收与籽粒积累十分强烈,就地消费人群的籽粒Cd暴露风险水平达到数倍于临界摄入剂量水平。因此,在Cd污染土壤中栽培必须考虑水分管理对水稻吸收Cd的影响与籽粒Cd的暴露风险。     

水分状况和铁,锰肥对水稻根表铁,锰氧化物胶膜厚度的影响

采用４００目尼龙娟网制作的网袋进行土－砂联合培养的盆栽试验,研究了不同水分处理和铁、锰肥用量对水稻根表铁、锰氧化物胶膜厚度及水稻铁、锰营养的影响,结果表明,水分状况是影响水稻根表铁、锰胶膜厚度的重要因素,长期淹水条件下水稻根表形成的铁、锰胶膜较厚,而干－湿交替和湿润处理形成的铁、锰胶胶较薄;施用铁、锰肥力明显增加根表铁、锰胶膜厚度。试验还表明水稻根表铁、锰胶膜以铁胶膜为主,即使在含锰丰富土壤上施用     

硅铁施用对水稻生长及磷吸收的影响

为探讨硅铁施用对水稻生长和磷吸收的影响,指导合理施肥、提高磷素利用率,利用水培试验研究了不同浓度铁(0、0.5、1、2 mmol·L~(-1))预处理下施加不同浓度硅(0、1、4 mmol·L~(-1))对水稻生长及磷吸收的影响。结果表明,低浓度的铁预处理对水稻SPAD、株高、根长和地上部干质量无显著影响,而高浓度的铁预处理下,这些指标则显著降低(P0.05)。中低浓度铁处理下施硅在一定程度上增加了水稻株高、根长和地上部干质量,但未达到显著水平(P0.05)。铁预处理显著增加了水稻根表铁膜的厚度及根表铁膜中的磷含量(P0.05),施硅则显著降低了0.5 mmol·L~(-1)和1 mmol·L~(-1)铁预处理的水稻根表铁膜的厚度(P0.05)。铁预处理对水稻根部的磷含量无显著影响,但显著降低了地上部磷的含量(P0.05)。施硅对水稻根和地上部的磷含量无显著影响。研究表明,施铁处理显著诱导了根表铁膜的出现,增加了铁膜中的磷含量并且显著降低了地上部的磷含量;施硅在一定程度上缓解了水稻生长中的铁毒害现象,并且能够改变根表铁膜厚度,减少根冠比,从而影响水稻磷的吸收转运。