Cd对不同品种水稻微量元素累积特性及其相关性的影响

采用土培盆栽试验方法,以东北地区大面积种植的32个水稻品种为试验材料,在土壤中未添加（0mg·kg。Cd）和添加Cd（5mg·kg-Cd）的条件下,研究不同品种水稻籽粒、颖壳、茎叶和根系中Cd、Fe、Mn、Cu、Zn、Si几种微量元素的累积分布特征以及它们之间的相关关系。结果表明,几种微量元素在根系和茎叶中的含量大于籽粒和颖壳,其中Cd、Fe在根系和茎叶中的累积远远高于其他元素。水稻不同部位各微量元素之间大多数表现为正相关关系,加cd处理后元素之间的相关性变得更明显,尤其是籽粒中cd与其他元素之间从未加cd时不相关到加Cd后达到极显著相关水平。从微量元素含量来看,3号品种（越路早生）籽粒中Cd和其他有益微量元素含量相对较低,而8（千重浪-1）和27（吉03-2843）号品种含量较高。从营养价值和食品安全角度综合考虑,在无污染的农田土壤上,宜选择3、8、27号作为理想的水稻品种。     

玉米品种Cd富集差异研究

Cd是农田土壤主要的污染物质之一。本研究以13个玉米品种为试验材料,进行田间试验,研究了不同玉米品种对Cd富集的差异及Cd对玉米品种生物量和产量的影响。研究结果表明:不同玉米品种的生物干重和产量差异显著(p0.05);不同玉米品种的茎叶和籽粒Cd含量差异显著(p0.05),差异表现为茎叶籽粒,根据GB13078-2001饲料卫生Cd中的限量标准(≤0.05 mg·kg~(-1)),茎叶Cd含量超标率为7.69%,而根据GB2762-2012食品卫生Cd中的标准(≤0.1mg·kg~(-1)),籽粒中Cd的含量全部达标;不同玉米品种植株富集能力和籽粒转运能力差异显著(p0.05),从茎叶到籽粒富集Cd的能力较弱。筛选出的玉米品种先玉335、登海669可在湖南省中、低度土壤Cd污染地区推广种植,品种登海605、纪元101、湘农玉13可供作物修复方面的品种研究。     

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。     

湛江水稻生产环境及其稻米中Cd的安全性评价

为研究湛江稻米生产环境及其稻米中Cd的安全性,抽样测定了湛江4个水稻主产区的大田土壤、灌溉水、植株器官和稻米中重金属镉（Cd）的含量。结果表明：早稻与晚稻均表现为,Cd在根中的积累量显著地高于茎、叶和稻米。同时,Cd在稻米中的积累量显著地低于茎、叶,Cd在茎、叶中的含量水平相当,水稻植株器官对Cd的富集水平基本为根〉叶〉茎〉稻米,根系是吸收和积累Cd的主要植株器官;湛江市4个水稻主产区生产的稻米中Cd的含量范围为0．034-0．047mg·kg^-1,符合国家粮食卫生控制标准值（GB2715-2005）,尚不存在Cd暴露的风险。水稻种植区的土壤中Cd含量为0．155-0．180mg·kg^-1,达到国家土壤环境质量一级标准（GB15618-1995）,仍属于自然背景值范围;灌溉水的重金属cd含量的范围为0．0019-0．0049mg·L^-1,均达到国家农田灌溉水标准（GB5084-2005）的要求。因此,湛江市水稻生产的土壤和灌溉水环境是安全的,生产的稻米Cd的安全性高,不会危害消费人群的身体健康。     

翻压紫云英对双季稻产量、镉吸收及转运的影响

  【目的】  探讨紫云英在水稻生产中的增产降镉（Cd）效应以及降Cd的生理机制。  【方法】  5年田间微区定位试验设4个处理:不施任何肥料(CK)、翻压紫云英(GM)、单施化肥(F)和紫云英翻压配施化肥(F+GM),翻压紫云英的处理冬闲田种植紫云英,作为绿肥在早稻插秧前翻压还田。在双季稻分蘖期、灌浆期和成熟期采集水稻植株样品,分为根、茎叶、籽粒3个部分,测定其Cd含量。  【结果】  1)与CK相比,F+GM与F处理5年水稻产量显著增加,GM处理从2017年起增产显著;与F处理相比,F+GM处理5年水稻均增产,其中2016与2020年显著增产。2）翻压紫云英对水稻同一部位在不同时期的降Cd效应不同。早稻GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于CK,晚稻则无显著差异;早稻的GM处理茎叶Cd含量在灌浆期显著低于CK,晚稻的无显著差异;早稻的GM处理籽粒Cd含量在灌浆期和成熟期均显著低于CK（分别降低85.7%和57.6%）,晚稻的无显著差异。早稻的F+GM处理根Cd含量在分蘖期、灌浆期和成熟期均显著低于F处理,晚稻的则无显著差异;早稻的F+GM处理茎叶Cd含量在分蘖期显著低于F处理,晚稻的无显著差异。3）翻压紫云英下水稻不同时期Cd转运有差异。早稻分蘖期F+GM处理的根–茎叶Cd转运系数显著高于CK与F处理,成熟期GM处理的茎叶–籽粒Cd转运系数显著低于CK,降幅为52.2%;晚稻则无显著差异。4）F+GM和GM处理根与籽粒Cd累积量均较低,其根部累积量显著低于F处理;GM处理早稻籽粒Cd累积量显著低于F处理;而F+GM晚稻茎叶Cd累积量则显著高于CK。F+GM与GM处理籽粒Cd分配比例低于CK与F处理,F+GM处理的茎叶Cd分配比例高于F处理,GM处理的茎叶Cd分配比例高于CK。5）早稻各处理的土壤总Cd含量差异不显著,晚稻则表现为GM处理显著低于CK。早稻的GM与F+GM处理土壤有效Cd含量显著低于CK,晚稻的则无显著差异。  【结论】  翻压紫云英可增加水稻产量,同时具有较好的降Cd效应。翻压紫云英的降Cd生理机制为:一是可降低土壤有效Cd含量,从而降低水稻Cd含量;二是可降低茎叶–籽粒间的Cd转运系数,减弱向籽粒的转运能力,降低水稻籽粒中Cd的累积,进而生产出Cd含量低于国家安全限量的稻米。     

冶炼企业影响的土壤-水稻系统中重金属分布特性及污染评价

以苏南某冶炼厂原址场地附近土壤、水稻为对象,研究了土壤及水稻籽粒中重金属（Cu、Pb、Cd）污染状况及其迁移、累积特征。结果表明,研究区土壤重金属综合污染指数均大于3,污染等级超过5级,属重度污染且各重金属间污染程度呈现Cd〉Cu〉Pb的特征,水稻籽粒中重金属Pb、Cd超标严重。在迁移、累积方面,表层土壤重金属呈现出由东南向西北方向扩散的趋势,且向下迁移及在水稻籽粒中累积的趋势明显,各重金属在水稻籽粒中富集能力的大小顺序为Cu〉Cd〉Pb。     

不同类型水稻镉富集与转运能力的差异分析

选取84个水稻品种在镉（Cd）中轻度污染农田上进行原位小区试验,通过统计分析水稻Cd富集系数及转运系数,探索具有相似产量与Cd富集能力的水稻品种各器官Cd的富集及Cd在土壤-水稻系统中转移特征,比较不同类型水稻Cd富集与转运的差异。结果表明：水稻糙米Cd富集系数范围为0.10~0.78,小区产量范围为8.20~11.50 kg（以小区面积3.5 m×3.5 m计）,不同水稻品种产量与糙米Cd富集能力不存在显著相关性。以产量和糙米Cd富集系数为指标将所有水稻品种进行聚类分为高产高Cd（组1）、低产高Cd（组2）、高产低Cd（组3）和低产低Cd（组4）四组。水稻各器官Cd富集规律均为根系>茎>叶>糙米,Cd由根系向上传递过程中,含量越来越低。不同产量和富集能力的水稻类型的差异,主要在于茎和叶的富集与转移。高产或高Cd品种有较强的将Cd从根转运到茎和从茎、叶转运到米的能力。低Cd水稻无论产量高低,对各器官的Cd转运能力无显著影响。筛选、培育适合在中轻度污染区种植的高产低Cd水稻品种是可行的。在种植过程中控制茎的吸收与转运将对保障粮食安全生产具有重要意义。     

适于轻度Cd、As污染土壤种植的水稻品种筛选

对重金属具有高耐性、低富集的水稻品种可用于轻度重金属污染的水稻土。采用温室盆栽试验研究2种水稻土（红泥田和黄泥田）中Cd、As污染对9种水稻生长的影响,分析不同水稻品种对Cd、As富集能力的差异。结果表明,As污染处理下所有水稻品种的生物量均显著降低,在红泥田上,水稻生物量降低幅度为29.4%～54.3%;在黄泥田上,降低幅度为29.5～53.3%。不同水稻品种对As耐性有显著差异（P〈0.05）,晚粳9707（粳稻）生物量降幅较小,耐性较高;浙1500（籼稻）降幅较大,耐性较低。对于Cd污染处理,在2种类型土壤上9种水稻对Cd耐性差异不显著。不同水稻品种对土壤Cd、As的富集能力有显著差异（P〈0.05）。在2种类型土壤上,德农2000（杂交稻）和浙1500（籼稻）分别对As、Cd的富集系数最高,对As、Cd污染敏感;南粳32（粳稻）对Cd、As的富集系数均较低,对Cd、As污染不敏感。在9个水稻品种中,南粳32对Cd、As的富集能力最低,并且对As耐性较高,适合在Cd、As轻度污染的水稻土上种植。     

不同基因型甘薯（Ipomoea batatas Lam.）吸收累积Cd的特征差异性研究

采用旱地小区试验,研究了Cd污染土壤中甘薯吸收累积Cd的品种差异,探讨了甘薯吸收累积Cd的相关机理。结果表明,甘薯品种间不仅生物量差异较大,对Cd的吸收累积能力也不同,8个品种的地上部茎叶生物量（DW）在4 594.9-8 232.2 kg.hm^-2,鲜样Cd含量范围为0.032 9-0.057 4 mg.kg^-1;地下部块根生物量（DW）在7 809.0-14 269.7 kg.hm^-2,鲜样Cd含量范围为0.002 2-0.011 0 mg.kg^-1,茎叶Cd含量明显高于块根,但均未超过国家食品中污染物限值标准（GB 2762—2005）（根茎类蔬菜〈0.1 mg.kg^-1）。而与无公害蔬菜质量标准（GB 18406.1—2001）进行比较（〈0.05 mg.kg-1）,有3个甘薯品种（心香、湘薯15、泉薯9号）的茎叶Cd含量超标。因此,轻度Cd污染土壤种植的甘薯其茎叶可能存在摄食健康风险,而块根基本无风险,若将Cd污染土壤改制种植甘薯,必须妥善处理其地上部茎叶。     

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

  【目的】  研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。  【方法】  盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土 (总镉 1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理:紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。  【结果】  1) GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2) GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻根部Cd累积量55.4%和57.8%。与紫云英单独还田(GM)相比,紫云英配施石灰还田(GL)减少了稻米中Cd的累积量,而紫云英配施生物炭还田(GB)提高了成熟期水稻根部Cd富集系数和茎叶–籽粒的Cd转运系数,导致水稻籽粒中Cd含量(0.08 mg/kg)显著高于对照(低于国家稻米Cd含量标准)。3)冗余分析(RDA)和随机森林模型预测结果显示,土壤pH、可溶性有机碳(DOC)和土壤有效磷(AP)是决定土壤Cd生物有效性的最重要的环境因子。  【结论】  紫云英还田提高了水稻产量,配施石灰或生物炭还田可通过提高土壤pH而有效降低土壤有效Cd含量。紫云英配施石灰可减少稻米中的Cd含量,而紫云英配施高量生物炭则会增加稻米Cd污染的风险。     

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。     

我国稻田土壤镉污染现状及安全生产新措施

水稻是我国重要的粮食作物,由于受重金属污染威胁日益增大,其安全生产问题备受关注。通过综述我国稻田土壤及稻米镉污染现状、镉污染土壤改良剂研究进展以及稻米对镉富集的品种间差异,认为在土壤中镉的去除修复技术无法在短时间内实现的前提下,镉排异型水稻品种的筛选与利用是实现其安全生产的一个新的有效措施。在此基础上,配合一些污染土壤改良剂的使用,会进一步增强其安全生产水平。     

不同品种燕麦对镉胁迫响应的差异性研究

利用实验室水培模拟试验,研究了轻度镉胁迫条件下10个燕麦品种生长及吸收积累镉的差异性。结果表明,经5μmol·L-1的镉处理后,供试燕麦品种的株高、根长、地上部与地下部生物量、叶绿素含量、类胡萝卜素含量均出现不同程度的下降,不同品种间存在明显的差异,有的甚至达到极显著水平;不同品种燕麦对镉的吸收与积累也存在明显差异;燕麦镉的吸收转运与耐性没有直接的联系。按照镉胁迫下燕麦耐镉性和镉含量的冠根比进行聚类分析,可将10个品种分为4类：①镉转运少且耐性强;②转运多但耐性强;③转运多且耐性弱;④转运较少但耐性弱。其中品5号地上部生长抑制率最小,并且镉含量、镉转运量较少,表现出较强的耐镉性,在轻度镉污染土壤上种植品5号有利于降低镉污染对人类健康的风险。     

不同类型钙化合物对污染土壤水稻吸收累积Cd Pb的影响及机理

以潮泥田和红黄泥为供试土壤,利用盆栽试验研究了施用不同类型钙化合物（CaO、CaCO3、CaSO4）对水稻吸收累积Cd、Pb的影响及机理。结果表明,潮泥田施用CaO和CaCO3后,土壤pH值明显升高。当CaO施用量达到0.36gCa·kg-1时土壤有效态Cd含量显著降低,水稻糙米Cd含量也随之显著下降,降幅达26.3%;施用CaCO（30.24gCa·kg-1）和CaSO（40.24gCa·kg-1）后水稻糙米Cd含量降幅分别为23.7%（P〈0.05）和18.4%（P〈0.05）。红黄泥施用CaO、CaCO3和CaSO4后,土壤pH值变化趋势与潮泥田相同。当CaO施用量达到0.24gCa·kg-1时土壤有效态Cd含量显著降低,但水稻糙米Cd含量反而上升,当CaO施用量达到0.36gCa·kg-1时,与对照相比水稻糙米Cd含量增加34.5%（P〈0.05）;当CaO施用量增至0.48gCa·kg-1时土壤有效态Pb含量明显增加,水稻糙米Pb含量也随之显著增加,增幅达41.7%。在等钙（0.24gCa·kg-1）条件下,潮泥田及红黄泥施用CaO、CaCO3和CaSO4后因pH变幅较小导致水稻糙米Cd、Pb含量无明显差异。综合分析认为,利用钙化合物控制污染土壤上水稻对cd、Pb的吸收累积时,需要根据土壤Cd、Pb含量和pH综合考虑合理的钙化合物类型和用量。     

不同土壤类型下重金属Cd对水稻剑叶光合特性和产量构成的影响

以杂交籼稻（K优818）为材料,设置不同Cd浓度水平,采用盆栽试验,研究了不同土壤类型下（潮土和水稻土）重金属Cd对剑叶光合特性和水稻产量及其构成的影响。结果显示,在3mg·kg-1浓度水平下,与对照相比,两种土壤类型下Cd处理均提高了水稻剑叶净光合速率（Pn）,其中潮土条件下Pn提高了6.4%;而当Cd处理浓度达到7mg·kg-1时,两种土壤条件下Pn均显著下降,其中水稻土条件下Pn与对照相比下降了13.8%。Cd在低浓度水平（1～3mg·kg-1）时,两种土壤类型下水稻结实率和单穗重均略有下降;但在高浓度水平（5～7mg·kg-1）下,水稻结实率和单穗重均显著下降（P〈0.05）。不同土壤类型下,Cd的毒害效应差异显著,相同处理水平下水稻土Cd对水稻Pn和单穗重的抑制效应显著高于潮土。     

Nitrogen Use Efficiency of Rice Under Cadmium Contamination:Influence of Rice Cultivar Versus Soil Type

There is a need for rice cultivars with high yields and nitrogen (N) use efficiency (NUE), but with low cadmium (Cd) accumulation in Cd-contaminated paddy soils. To determine the relative effects of rice genotype, soil type, and Cd addition on rice grain yield and NUE, a pot experiment consisting of nine rice cultivars was conducted in two types of paddy soils, red soil (RS) and yellow soil (YS), without or with Cd spiked at 0.6 mg kg^-1. The N supply was from both soil organic N pools and N fertilizers; thus, NUE was defined as the grain yield per unit of total crop-available N in the soil. Cd addition decreased grain yield and NUE in most rice cultivars, which was mainly related to reduced N uptake efficiency (NpUE, defined as the percentage of N taken up by the crop per unit of soil available N). However, Cd addition enhanced N assimilation efficiency (NtUE, defined as the grain yield per unit of N taken up by the crop) by 21.9% on average in all rice cultivars. The NpUE was mainly affected by soil type, whereas NtUE was affected by rice cultivar. Hybrid cultivars had higher NUEs than the japonica and indica cultivars because of their greater biomass and higher tolerance to Cd contamination. Reduction of NUE after Cd addition was stronger in RS than in YS, which was related to the lower absorption capacity for Cd in RS. Canonical correspondence analysis-based variation partitioning showed that cultivar type had the largest effect (34.4%) on NUE, followed by Cd addition (15.2%) and soil type (10.0%).     

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。     

华南地区不同品系水稻积累砷特征及其影响因素

选用华南地区较为常见的杂交稻、优质常规稻2个水稻品系,16个水稻品种,通过土壤盆栽试验,待其成熟收获后,分析水稻根表、根部、秸秆、糙米中砷含量及相关影响元素的含量,旨在研究不同水稻品系（种）对砷吸收、转运和积累规律以及其影响因素,为低积累、高耐性水稻品系（品种）的选择及相应的农业措施提供科学的理论依据。结果表明,砷在水稻中的分布情况为根表〉根部〉秸秆〉糙米;供试的糙米中砷含量为0.18~0.47mg.kg-1,均符合国家卫生标准（GB4810—1994）。水稻根表铁锰膜中砷含量随根表中铁、锰的增加而富集,相关分析表明,根表铁锰膜形成可以有效降低糙米砷积累,而秸秆磷可以有效降低秸秆中砷的积累。杂交稻各部位的砷含量及转移系数均高于常规稻,且秸秆和糙米砷含量差异达到显著水平;天优122的糙米砷积累能力高于其他品种,美香占2号低于其他品种。     

不同品种大白菜苗期吸收积累镉的差异研究

利用实验室水培模拟轻度镉污染土壤研究了13个大白菜品种苗期吸收积累镉的差异。结果表明,不同品种大白菜地上部和根部的镉含量存在显著差异,其中,603大白菜地上部镉含量较低(104.7 mg kg-1),耐性指数较高,在轻度镉污染土壤上种植603大白菜有利于降低镉污染的人类健康风险。不同大白菜品种在受到Cd胁迫时,其叶绿素含量和组成均有显著差异,为耐性机理研究提供了理论依据。