水稻品种对镉砷累积的差异研究

【目的】研究在镉(Cd)、砷(As)复合污染农田下不同水稻品种对Cd、As吸收与累积的差异，以期为云南重金属污染农田中水稻安全生产与利用提供理论依据。【方法】试验点位于云南省昆明市东川区，采用大田试验，设置10个处理：种植杂交籼稻(中浙优8、中浙优10、中浙优1、清优676、闽红两优177)、常规籼稻(云航籼3、云航红1)、常规粳稻(云航粳2、云航粳3、云航粳7)等10个水稻品种，于水稻成熟期测定水稻农艺性状及分析植株Cd、As累积特征。【结果】不同品种水稻农艺性状及植株Cd、As累积特征均存在显著差异，其中水稻产量、株高、千粒重和结实率最大值分别为最小值的2.91、1.17、1.40、1.24倍，地上部分和地下部分生物量最大值分别为最小值的2.12、2.47倍，根、茎叶、谷壳和糙米的Cd与As含量最大值分别为最小值的2.33、3.50、1.40、4.00倍与2.03、1.93、1.48、1.36倍，Cd与As累积量最大值分别为最小值的4.45、3.27、3.53、12.06倍与2.51、1.81、3.02、3.70倍。水稻Cd转运系数总体表现为TF_{糙米/茎叶}&g...     

水稻品种及其器官对土壤重金属元素Pb、Cd、Hg、As积累的差异

在土壤中添加重金属元素Pb、Cd、Hg、As,研究43个不同类型水稻品种(系)成熟后不同器官重金属元素的含量差异。研究结果表明,Pb、Cd、Hg、As主要在水稻植株根中大量富集,其次是茎叶,在稻谷和精米中富集量最低;通过富集系数的比较,发现水稻对Cd富集能力最强,其次是Hg,然后是Pb,最低是As。不同类型的水稻品种对重金属元素的吸收规律为:①Pb在常规籼稻稻米和稻谷中的含量显著高于在粳稻和杂交稻中的含量,而茎叶中Pb含量在不同类型品种间不存在显著差异。②Cd在不同类型品种和不同器官中的含量均存在显著差异,在常规籼稻精米、稻谷中的含量最高,在杂交稻精米和稻谷中的含量居中,在常规粳稻中的含量最低;杂交稻和常规籼稻茎叶中Cd含量高于粳稻;而粳稻根中Cd含量显著高于籼稻和杂交稻。③Hg在不同类型品种精米中的含量之间存在显著差异,以杂交稻精米中汞含量最高,而在稻谷和茎叶中Hg含量不同品种类型之间不存在显著差异。④在不同品种类型之间精米和稻谷中As含量存在显著差异,常规稻和杂交稻含量较高,而茎叶As含量在不同品种类型之间不存在显著差异。     

不同类型土壤下水稻镉的富集特征及与土壤镉含量的关系

选取20个水稻品种在轻度镉污染农田上进行小区试验,统计分析水稻镉富集特征及比较不同类型水稻土下水稻镉吸收与土壤镉含量的关系。结果表明:(1)提高土壤pH值可以降低土壤有效镉含量,而土壤总镉含量是影响土壤有效镉含量的关键因素。(2)不同类型水稻土上稻米的镉富集能力不同。灰棕潮田上镉富集率较低的品种为川作6优177、粳稻、金优284,冲积黄泥田上为金优284、B优840、粳稻,紫潮田上为Ⅱ优498、富优21、粳稻。不同类型水稻土上水稻对镉的吸收能力差异较大,因而生产上要因地制宜选择水稻品种防控稻米的镉污染,粳稻在3种类型的水稻土上均有较低的镉富集率,适用性较强。(3)在镉污染水稻土上,通过土壤全镉含量与有效镉含量均可以有效预测稻米镉含量,其中土壤全镉的预测效果较好。     

赤铁矿与巯基坡缕石复配对砷镉复合污染土壤修复效应研究

为探讨巯基坡缕石（MPAL）和赤铁矿（Fe₂O₃）对土壤重金属污染钝化阻控效应,以江西某农田Cd-As复合污染水稻土为供试土壤,采用盆栽试验研究了巯基坡缕石、赤铁矿单一以及复配处理下土壤pH值、Cd-As有效态与形态分布及水稻生物量和Cd、As、Fe含量。结果表明：施加不同材料后水稻籽粒生物量较对照显著增加了2.37~2.45倍,土壤中DTPA-Cd含量显著降低16.94%~22.57%（P<0.05）。土壤连续浸提形态分析显示,MPAL和Fe₂O₃复配处理提高了土壤中无定形态铁氧化物结合态Cd、As含量。MPAL和Fe₂O₃复配处理下水稻根系Cd和As含量降幅分别达7.14%、25.13%,不同处理下稻米Cd含量降幅为40.00%~60.00%,但籽粒As含量处理间差异不显著。研究表明,巯基坡缕石和赤铁矿复配材料可以有效降低土壤中Cd和As含量,减少水稻对Cd和As的吸收,具备Cd-As复合污染农田修复和安全利用的潜在应用价值。     

镉砷低积累菜心品种的筛选

【目的】为降低作物对Cd和As的吸收和积累,筛选低镉(Cd)和砷(As)积累作物品种。【方法】采集3个不同Cd和As污染浓度的土壤,进行盆栽种植,研究10个不同品种菜心地上部对Cd和As的吸收积累效果。【结果】3个污染浓度下,青丰红菜苔的生物量均最高,除广州-珍芯油青尖叶甜菜心外的9个菜心品种的生长均随着土壤污染浓度升高而受到抑制作用。不同品种菜心地上部分的Cd和As含量存在显著差异,在低、中、高3个不同污染浓度下,菜心Cd含量范围为0.07~2.07 mg/kg,As含量范围为0.01~0.57 mg/kg;较之其他品种,青丰红菜苔As、Cd含量在不同污染浓度下均最低。在不同污染浓度水平下,菜心的Cd和As富集系数均比较接近。【结论】青丰红菜苔品种对Cd和As的生长耐性强,且在3个污染浓度下都表现出稳定的低积累Cd和As的特性,因此生产上推荐其作为Cd、As低积累优良品种。     

不同品种水稻对土壤中镉的富集特征及敏感性分布（SSD）

【目的】研究不同水稻品种对土壤中镉（Cd）毒害的敏感性分布规律,测定基于保护95%水稻品种的土壤中Cd对不同水稻毒害的生态风险阈值HC5,为中国水稻Cd污染防治提供理论依据。【方法】利用中国南方具有代表性的两种水稻土,通过外源添加Cd制备成0、1.2、4.8、10、40、120 mg•kg-1的Cd污染土壤,以中国水稻主产区18个常规不同水稻品种为试材,通过温室盆栽试验测定不同Cd污染土壤对不同品种水稻的生物量、植株Cd含量及不同水稻Cd吸收的生物富集系数（BCF）影响。通过国际最新的累积概率分布函数逻辑斯蒂克分布模型（Log-logistic distribution）对不同水稻基于生物量的Cd毒性的剂量-效应关系进行拟合,利用物种敏感性分布模型 Burr-III 构建出Cd对不同水稻毒性的物种敏感度分布频次曲线（SSD）,并基于此推导出不同水稻Cd毒性的物种敏感性分布频次和基于保护95%水稻品种的Cd毒性阈值HC5,并测定不同水稻Cd吸收BCF值与土壤中Cd有效态含量变化的定量关系。【结果】在酸性祁阳红壤中,不同品种水稻随着Cd处理浓度的增加,生物量明显下降,对Cd最为敏感的品种X-42,生物量降低86%,而对Cd耐性较强的品种Z-120生物量降低51%。当添加浓度为4.8 mg•kg-1时,JY-253、J-463、Z-611、J-899、T-15、X-6、T-167品种水稻的生物量达到最大,其余品种均在1.2 mg•kg-1处理下达到最高。与对照相比,不同品种水稻的生物量增加了4%-56%,说明低剂量Cd对水稻生长有一定的刺激效应。在中碱性广州水稻土中,不同品种水稻随着Cd处理浓度的增加,生物量没有显著性差异。在两种土壤中,生物富集系数（BCF）随着Cd处理浓度的增加而降低,在低镉（1.2 mg•kg-1）条件下,红壤水稻BCF的变化范围为0.0056（S-974）-0.0133（T-15）,相差2.38倍;而广州水稻土的变化范围则为0.0018（L-42, LY-28）-0.0034（J-899）,相差1.89倍。但是对于相同Cd浓度处理下,红壤中水稻的BCF大于广州水稻土,两者相差2-14倍,这可能与两种土壤的性质差异有关。祁阳红壤是酸性土壤,有机质匮乏,测得Cd有效态含量高,对水稻的毒害强,生物量降低的多;广州的水稻土则相反,高pH和有机质丰富的土壤对Cd吸附容量和固持力增加,对水稻毒害减弱,生物量变化不明显。土壤中Cd对以上18种水稻的毒性阈值浓度（EC50）变化范围为4.30-61.611 mg•kg-1,最高的为水稻X-45,最低的是水稻X-42,不同水稻品种之间EC50差别为1.0-4.32倍。【结论】不同水稻品种对土壤中Cd毒性胁迫有显著性差异,虽然Cd属于非必需元素,但不同水稻品种对低剂量Cd表现出不同的刺激效应;基于物种敏感性分布模型（Burr-III）测定结果表明,18种不同水稻具有明显的分布频次差异,其中,水稻X-42毒性阈值最小,对Cd胁迫最为敏感,水稻X-45则相反,表现出较强耐性。经过Burr-III模型的计算得到基于保护95%水稻品种的土壤中Cd50%抑制浓度值（HC550%）为4.93 mg•kg-1。     

镉砷复合污染条件下镉低吸收水稻品种对镉和砷的吸收和累积特征

为探索镉(Cd)、砷(As)复合污染稻田下不同水稻品种对Cd、As的吸收和累积特征,选取4个低Cd吸收品种(金优463、金优268、金优433和株两优189)和2个当地主栽品种(五丰优111和马坝油毡),在广东韶关红壤区Cd、As复合污染稻田开展大田试验,调查和测定水稻的生长状况以及对Cd、As的吸收与转运情况。结果表明,参试6个水稻品种产量存在显著差异,2个当地主栽品种产量显著高于4个低Cd吸收品种。当地主栽品种马坝油毡籽粒Cd含量显著高于其他品种且超过国家污染物限量标准值(0.2 mg·kg~(-1)),其余品种Cd含量均未超标;6个品种As含量均超过国家标准值(0.2 mg·kg~(-1)),其中金优268籽粒Cd、As含量均为最低值,分别为0.05、0.31 mg·kg~(-1)。相关分析表明,品种间对Cd、As的富集能力和各部位的转运能力存在差异,其中低Cd吸收品种体内Cd从颖壳向籽粒的转运能力较低。因此,为同时降低Cd、As复合污染土壤中水稻籽粒Cd、As含量,在开展低重金属吸收品种选择研究时,需要同时考虑低Cd和低As两种因素。     

水稻对镉的吸收转运与耐性的关系研究

[目的]明确了水稻品种耐Cd能力与体内分布的关系。[方法]采用水培法对江苏地区10个水稻品种对镉(Cd)的吸收转运和耐性特点进行了比较。[结果]不同水稻品种耐Cd能力和体内分布存在显著差异。特优559的地上部生长受Cd抑制最大,而镇稻8号没有受到Cd处理的影响。扬辐粳7号的地上与地下部Cd浓度比(S/R)最大,而K优818的S/R值最低。水稻的吸收转运和耐性之间没有直接的联系。按照水稻对Cd的耐性指数和冠根比进行聚类分析,可将10个品种分为4类:①Cd转运多且耐性弱(扬辐粳7号和特优559);②转运较少但耐性较弱(两优培九和苏优22);③转运少且耐性较强(Ⅱ优838、K优818和武运粳7号);④转运较多但耐性强(宁粳1号、镇稻8号和86优8)。[结论]该研究为筛选同时具有低Cd含量和高Cd耐性特点的水稻品种提供依据。     

虉草用于干旱地区土壤镉和铜污染修复的潜力

利用三因素三水平正交设计,采用盆栽土培法研究了重金属镉(Cd)和铜(Cu)以及水分胁迫对虉草(Phalaris arundinacea L.)生物量、生理指标及积累特性的影响,评估虉草用于干旱地区土壤Cd和Cu污染修复的潜力。结果表明:20%田间持水量胁迫下,虉草失绿、皱缩和萎蔫,生物量最低,MDA和脯氨酸含量显著增加,其余处理组与对照组差异不显著,显示虉草对Cd、Cu和水分胁迫有一定耐性;对虉草生物量和MDA含量影响程度依次为土壤水分含量Cd浓度Cu浓度,对脯氨酸含量的影响程度依次为土壤水分含量Cu浓度Cd浓度。Cd和Cu在虉草组织中的积累表现为地下部地上部;虉草Cd富集系数大于1,Cu富集系数基本大于1,Cd富集系数Cu富集系数,Cd和Cu转移系数均小于1。这表明虉草可用于适度干旱地区Cd和Cu污染土壤的植物固定,通过Cd和Cu富集系数的比较,其更宜用于Cd污染土壤。     

不同品种水稻全生育期内土壤Cd赋存形态及ω（Cd）变化特征

以优优128、粳籼89、湛优226和粤香占4个水稻品种为材料,通过盆栽试验模拟土壤Cd污染,采用BCR法区分土壤Cd赋存形态,从而比较水稻品种对土壤Cd赋存形态及质量分数变化的影响。结果表明,在没有施用外源性Cd情况下,水稻土中Cd主要以残渣态存在为主,而弱酸提取态、铁锰氧化物结合态、有机物络合物等形态的质量分数均较低,且后3种赋存形态质量分数差异不显著。随着外源性Cd施入量逐渐增加,土壤中弱酸提取态、铁锰氧化物结合态w(Cd)有所升高。水稻品种和生育期不同,土壤中各赋存形态w(Cd)也有所差异。粳籼89全生育期内土壤中弱酸提取态w(Cd)及在土壤总Cd中的比例均明显地高于其他3个品种,这表明,粳籼89根系分泌物及其影响下的土壤对Cd的络合与固定能力较低,致使外源性Cd长时间停留在生物有效性较高的弱酸提取态。此外,在水稻全生育期内,各土壤中弱酸提取态w(Cd)及其在总Cd中的比例随时间延长而有所降低。