基于水稻根伸长的不同土壤中镉（Cd）毒性阈值（ECx）及预测模型

【目的】虽然土壤中镉（Cd）污染对水稻的生态风险受关注已久,然而大量研究集中在基于稻米中Cd限量标准的健康风险研究,而针对土壤中Cd污染的生态风险阈值研究较少。研究通过ISO11269-1根伸长毒性测试方法,测定不同性质土壤中Cd对水稻的毒性阈值（ECx,x=10,50）及其预测模型,以期为基于生态毒理效应的中国土壤Cd污染基准值的修订提供参考。【方法】采用中国8种不同性质农田土壤和3种不同Cd敏感性差异的水稻品种（T优167,T167;陆两优28,L28;湘早45,X45）为试材,每种土壤添加7个Cd浓度,通过ISO11269-1根伸长测试方法,测量水稻根的相对伸长量,并结合Log-Logistic分布函数模型测定不同土壤中水稻Cd毒性的剂量-效应关系、毒性阈值（ECx, x=10, 50）及其预测模型。【结果】随着土壤Cd浓度的增加,不同土壤中水稻的相对根长（%）逐渐减小,基于根伸长的Cd对水稻毒性的10%抑制浓度的毒性阈值（EC10）和半抑制浓度（EC50）值在不同土壤和不同Cd敏感性水稻品种间有较大差异。总体而言,在3种不同Cd敏感性（T167＞L28＞X45）水稻品种中,同一土壤中Cd的水稻毒性ECx（x=10,50）随着水稻对Cd胁迫的敏感性增强而降低;就单一品种水稻而言,不同土壤的Cd水稻毒性阈值ECx间有显著差异。其中,以Cd敏感性水稻品种T167测试的不同土壤EC10变化为1.40—5.25 mg•kg-1,最大相差275.0%,EC50变化为17.83—46.93 mg•kg-1,最大相差163.2%;以Cd非敏感性水稻品种X45测试的不同土壤EC10变化为1.72—8.22 mg•kg-1,最大相差377.9%,EC50变化为26.96—68.16 mg•kg-1,最大相差152.8%。通过水稻Cd毒性阈值ECx与土壤性质间的多元回归分析表明,土壤pH、有机碳（OC）、阳离子交换量（CEC）与水稻Cd毒性阈值间呈正相关关系,基于土壤主要性质的水稻Cd毒性预测模型表明,EC50实测值均在预测值2倍误差（±S.D）范围内。【结论】基于ISO11269-1根伸长毒性测试结果表明,不同土壤中Cd的水稻毒性阈值间有显著差异,土壤pH、OC及CEC与水稻Cd的毒性阈值间呈显著正相关关系（P＜0.05）,基于上述土壤性质的预测模型可以很好预测不同土壤中Cd对水稻的毒性;不同Cd敏感性品种对测定土壤中水稻Cd毒性阈值有明显差异,因此,在制订土壤中Cd的生态基准时应充分考虑不同物种的敏感性差异特征。     

酸化方式对土壤中铜的形态及生物有效性的影响

为了探明不同土壤酸化方式对土壤中Cu的形态及生物有效性的影响,采集了湖北黄棕壤和山东寿光潮土两种不同程度Cu污染土壤,采用直接酸化(硫酸、T1)、模拟施肥(硫酸铵酸化、T2)和模拟人工酸雨(T3)三种土壤酸化措施,研究不同酸化方式对土壤中Cu的形态变化及芥蓝对Cu吸收、转化的影响。试验结果表明:在两种土壤中,随着土壤酸化程度的加剧,芥蓝生物量均显著降低(P0.05),而茎叶中Cu含量显著增加;在潮土中芥蓝植株Cu浓度最大值是最小值的1.43倍,黄棕壤中则为1.50倍。随土壤酸化程度增加,土壤中0.1 mol-Mg Cl2可交换态Cu的含量显著增加:潮土中,随着p H降低,交换态铜含量最大增加10.7%,比对照增加了451.5%;黄棕壤中,随着p H降低,土壤中可交换态Cu含量从2.33%增加到12.07%,比对照增加了418.0%。芥蓝茎叶中Cu含量与土壤交换态Cu间呈极显著的正相关关系,相关系数达0.763以上;在两种土壤中,不同酸化措施的土壤中Cu有效态含量与土壤p H呈显著的线性负相关[lg(EXC)=-alg(p H)+b],线性方程的斜率在-0.314~-0.352之间,基于方程斜率可知,在降低相同p H值条件下,各酸化措施对土壤中Cu的活化顺序为T3T2T1,由此可以推断,降低相同p H值条件下,由酸雨导致的土壤中重金属的活化程度大于施肥和工业废水的酸化作用。     

稻田生态系统中镉污染及环境风险管理

稻田生态系统是一个由土壤-水稻构成的人工生态系统,该系统中的镉(Cd)由于受土壤淹水、频繁农业活动及被水稻富集等影响,在土壤-水稻系统中具有很强的迁移转化特性,对人体健康具有高度危害性。围绕稻田系统中Cd的主要来源、生物和地球化学特性、Cd在稻田系统中的迁移转化特性及其影响因素(如土壤pH、稻田氧化-还原反应、土壤有机质、土壤质地及共存离子等)和稻田Cd污染综合防治措施等进行论述,并从源头控制、过程阻断及末端治理工程管理等层次对稻田Cd污染的综合防治研究进行了展望,以期为我国水稻Cd污染防治提供参考。     

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。