品种和土壤对水稻镉吸收的影响及镉生物有效性预测模型研究进展

稻田受重金属镉(Cd)污染后,土壤中的Cd可能被植物吸收通过食物链进入人体,威胁人类健康。而水稻品种和土壤类型对Cd吸收和积累有着深远的影响,因此在进行Cd的农产品安全阈值制定和人体健康风险评价时,需考虑土壤Cd的生物有效性和不同水稻品种对Cd吸收的影响。本文综述了水稻品种和土壤类型对Cd吸收和积累的影响,并重点介绍了目前常用于预测重金属生物有效性的模型,以期为环境风险评价、土壤环境质量标准及农产品安全阈值制定提供有效的工具,并为生产安全(无公害)稻米提供参考。     

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。     

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。     

氮肥品种和用量对水稻产量和镉吸收的影响研究

采用盆栽试验,研究了Cd污染土壤上,不同氮肥品种和用量对水稻产量和Cd吸收的影响。结果表明,与磷钾配施的4个氮肥处理中,施用尿素处理水稻产量最高,其次为施(NH4)2SO4和NH4Cl处理,施NH4NO3处理水稻产量最低。与施(NH4)2SO4、NH4NO3和尿素处理相比,施NH4Cl处理可显著增加水稻对Cd的吸收,并促进Cd由秸秆向籽粒的转移;而其他3种氮肥对水稻秸秆和籽粒中Cd含量的影响效应相当。适量尿素[0.2g(N)·kg-1]处理能显著降低水稻籽粒Cd含量,而不施尿素和高量尿素处理都显著提高了水稻籽粒中的Cd含量。研究表明,在Cd污染的水稻土上,采用抗Cd污染的水稻品种和优化肥、水管理措施,可使稻米中Cd含量低于国家无公害大米的限量指标。     

富硅稻壳灰施用对土壤镉活性和不同品种水稻镉积累的影响

施硅（Si）可以有效减少水稻镉（Cd）积累,但稻壳灰（rice hull ash,RHA）作为一种广泛易得的富Si材料能否减控水稻Cd积累尚未清楚。为探究RHA对水稻Cd积累的影响,寻找一种可应用到田间的低成本富Si控Cd材料,该试验按土壤质量比分别添加0.2%、1.0%、4.0%的RHA,种植湘晚籼（低Cd积累品种）和玉针香（高Cd积累品种）两种水稻,探究RHA对两个水稻品种Cd积累的影响。结果显示,施加RHA提高了土壤Cd活性,促使铁锰氧化物结合态Cd向可交换态Cd和碳酸盐结合态Cd转换。RHA对水稻Cd积累的影响因水稻品种而异,施加RHA可抑制湘晚籼体内Cd转运,使秸秆Cd含量降低25%～44%,由白根至秸秆、节点I至节间I、节点I至旗叶的转移系数分别降低42%～48%、2%～55%、30%～70%;RHA对玉针香吸收与转运Cd则无抑制作用。该研究结果揭示了RHA对水稻Cd积累的差异影响,为减控水稻Cd吸收提供了一种低成本的富Si材料。     

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。     

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。     

基于籽粒Cd消减率与边际效率评价Cd污染稻田的修复效果

高效、低成本钝化材料的研发及盆栽与田间试验结果的一致性仍然是目前重金属污染土壤原位钝化修复的技术难点。该文以镉(Cd)污染的湖南红壤与浙江水稻土为对象,以2种不同Cd敏感性水稻(Cd低吸收品种JH212、Cd高富集品种XS09)为试材,通过盆栽与田间对比试验,基于水稻籽粒Cd消减率、修复边际效率及土壤中Cd有效态含量的变化等对不同钝化剂的修复效果进行了测定。结果表明:不同钝化剂对2种不同Cd敏感性水稻籽粒Cd的吸收、转运均有显著(P0.05)降低作用。盆栽试验条件下,与对照相比,不同钝化剂处理后湖南红壤中水稻籽粒Cd浓度最大降低65.3%,浙江水稻土中籽粒Cd浓度最大降低61.4%;在田间试验条件下,不同钝化剂处理的红壤中水稻籽粒Cd浓度最大降低61.8%,水稻土中籽粒Cd浓度最大降低60.1%。就2种不同的Cd敏感性水稻品种而言,不同钝化剂对Cd高富集品种XS09的钝化效果要优于Cd低吸收品种JH212。总体而言,不同钝化剂对2种不同Cd敏感性水稻籽粒Cd消减率为41.6%~65.3%,对XS09的籽粒Cd消减率略高于JH212,在酸性红壤的钝化效果高于水稻土;不同钝化剂对水稻籽粒Cd消减效果依次为黏土矿物钝化剂AT腐殖质钝化剂WG≈岩基钝化剂FS。不同钝化剂对Cd污染红壤与水稻土的修复边际效率为9.10%~15.4%,最高为AT处理,其次为WG与FS处理;综合籽粒Cd消减率与修复边际效率2个指标进行考虑,不同钝化剂对Cd污染土壤的修复效果顺序为ATWGFS。     

苏州市不同区域水稻籽粒重金属积累特征与健康风险评价

以苏州市7个县市的水稻籽粒为研究对象,在2006年采集的449份水稻籽粒样品的基础上,分析了稻米中Cu、Pb、Cd、Cr和Zn的积累特征,并评价了样品的健康风险。结果显示,苏州市水稻籽粒重金属积累平均含量均不超标,但水稻籽粒Pb存在29．49％的样点超标率,Cu、Cd和Cr的超标样点一般在4个以下。单因子污染指数评价结果显示,水稻籽粒重金属元素污染指数高低顺序为Pb＞Cr＞Cu、Zn＞Cd,其中昆山和吴江水稻籽粒受到Pb的轻度污染。综合污染指数评价表明,水稻籽粒重金属污染处于警戒线级别,且水稻籽粒的污染是由于Pb的积累量较高引起的,其中太仓和张家港两市水稻籽粒属于安全等级,昆山、吴中、相城和常熟处于警戒线等级,吴江风险较高。暴露风险评价结果显示,研究区存在水稻籽粒Cr暴露风险,而水稻籽粒Pb仅在个别县市暴露风险高,整体风险并不高。     

不同水稻品种积累镉的差异及其动态变化

采用盆栽试验，研究了广西4个水稻（Oryzasativa）品种在红壤和水稻土上积累镉的差异及其动态变化。结果表明，红壤与水稻土相比，更利于镉向水稻体内转移；水稻对镉的积累有明显的基因型特征，籽粒中镉含量随镉浓度加大而显著提高，在外加镉浓度为2．0mg／kg条件下，红壤土栽培的水稻籽粒镉含量超过了0．2mg／kg食品卫生标准；不同水稻品种对镉的积累存在显著差异，4个品种吸镉量随取样时期呈现先升高后降低的趋势，特优1012和培杂泰丰镉积累量高于其他两个品种。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。     

水稻不同品种在海南富硒土壤中硒的吸收和分配机理

利用盆栽研究了5个水稻品种在两种不同的富硒土壤中Se吸收累积的生育期动态变化和Se在水稻植株不同部位的分配机理.结果表明,随着生长发育期的推进,水稻在孕穗期对Se含量和累积量同时骤增,从苗期到孕穗期水稻Se的累积量占总Se累积量的45.5%～67%,同时Se含量也达到最高,说明这一段时期是水稻吸收Se的关键时期;在富硒土壤1中水稻各器官Se含量都显著大于相应土壤2中水稻各器官,水稻各器官Se含量顺序依次为根>叶>茎>籽粒,Se易向营养体富集;5个水稻品种中只有杂交稻在土壤1中生长正常;3个常规水稻中旱14、2004-95、稻翅品种在土壤2中的SOD、POD酶活性比土壤1中呈明显减小趋势,但杂交稻特优10 SOD酶活性变化相反,其POD酶活性变化的幅度也最小;在土壤2中5个水稻品种生长都正常,杂交稻的平均硒含量最低,但累积量最高.     

甬优系列籼粳杂交稻氮素积累与转运特征

【目的】 比较分析甬优系列籼粳杂交稻氮素吸收利用与转运特征,从氮素层面阐明甬优系列籼粳杂交稻高产形成特征。 【方法】 2013～2014 年,选用 7 个甬优系列籼粳杂交稻组合为试验材料,以 2 个常规粳稻品种和 2 个杂交籼稻品种为对照,比较研究甬优系列籼粳杂交稻主要生育时期植株含氮率、氮素积累量,不同生育阶段氮素积累量与吸收速率,抽穗期和成熟期各器官的含氮率和氮积累量所占比例,抽穗至成熟期各器官间的氮素转运,以及氮素利用效率等特征。 【结果】 甬优系列籼粳杂交稻抽穗期植株含氮率和氮积累量分别为 1.47%、202.67 kg/hm2,成熟期植株含氮率与氮积累量分别为 1.31%、257.23 kg/hm2,极显著大于对照类型。甬优系列籼粳杂交稻氮素最大阶段性积累量为 107.63 kg/hm2,所占比例为 41.84%,最大吸收速率为 2.73 kg/(hm2·d),且均出现在拔节至抽穗阶段,杂交籼稻出现在移栽至拔节阶段。甬优系列籼粳杂交稻抽穗期茎鞘和叶的含氮率分别为 1.19% 和 2.34%,成熟期分别为 0.75% 和 1.58%,高于对照类型。甬优系列籼粳杂交稻抽穗期茎鞘和叶氮积累量所占比例分别为 43.92% 和 43.87%,成熟期分别为 16.44% 和 17.44%,极显著大于杂交籼稻。甬优系列籼粳杂交稻氮素转运量大,表观转运率和转运贡献率不高,抽穗后的氮素净积累量贡献率为 32.06%,显著大于对照类型。甬优系列籼粳杂交稻百公斤籽粒吸氮量为 2.29 kg,极显著大于杂交籼稻;氮肥偏生产力为 37.54 kg/kg,极显著大于常规粳稻;氮素籽粒生产效率、氮素干物质生产效率和氮素收获指数偏低。 【结论】 甬优系列籼粳杂交稻总吸氮量大,在拔节期足量氮素积累的基础上,提高了拔节至抽穗期与抽穗至成熟期两个阶段的氮积累比例;抽穗至成熟期茎鞘和叶的氮素转运量大,但表观转运率与表观转运贡献率低,抽穗后氮素积累优势明显,氮素净积累量贡献率高,满足了灌浆期籽粒对氮素的需求。      

小麦苗期吸收和积累镉能力的品种间差异

采用水培方法,研究了25个小麦品种苗期对镉的吸收和积累的差异,以期筛选具有Cd低积累潜力的小麦品种。结果表明,Cd对地上部干物重有显著抑制作用,对地下部干物重影响因品种而异,对春性品种有抑制作用,对半冬性小麦品种有促进作用。小麦对镉的吸收、积累、耐性指数以及镉运转效率有极显著的品种间差异。在1μmol·L-1的Cd处理下,根系镉含量为33.1～139.7mg·kg-1,积累量为2.12～9.78μg·plant-1,地上部镉含量为3.6～15.3mg·kg-1,积累量为0.45～1.44μg·plant-1,表明小麦体内的Cd主要积累在地下部而非地上部。因此,以地上部Cd积累量为筛选指标,将25个小麦品种划分为Cd高积累型、Cd中积累型、Cd低积累型。     

东北地区不同水稻品种对Cd的累积特性研究

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,在土壤中未添加和添加Cd（5mg.kg-1Cd）的条件下,研究水稻生长、籽粒产量和Cd在水稻植株不同部位的分配规律。结果表明,土壤中添加Cd后,多数水稻籽粒产量和植株总生物量下降,只有少数品种籽粒产量和生物量有所上升。Cd在水稻植株中的含量遵循根系〉茎叶〉颖壳〉籽粒的规律,但从分配比例来看,土壤中未添加Cd时根系中Cd的分配比例较高,添加Cd后茎叶中Cd的分配比例明显增加。从稻米产量和质量安全角度综合考虑,认为越路早生（3号）品种为农业生产中较理想的种植品种,沈农265（1号）、农林315（30号）、屉锦（31号）、沈稻12（32号）品种可以在中轻度污染的农田土壤条件下种植,而千重浪-1（8号）、辽盐2（14号）、辽盐283（17号）、辽恢190（19号）以及吉03-2843（27号）品种尽量避免在污染土壤上种植。研究结果对东北地区镉污染稻田选择水稻品种,保障稻米安全具有重要意义。     

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。     

不同生育期水稻对Cd、Pb的吸收累积特征及品种差异

在盆栽条件下研究了污染土壤水稻不同生育期对Cd、Pb的吸收累积特征及品种差异,结果表明,8个供试品种各器官Cd、Pb含量均表现为分蘖期>成熟期>抽穗期。抽穗期根系和茎叶Cd平均含量分别较分蘖期降低了12.7%和21.6%,较成熟期降低了5.5%和9.5%;抽穗期根系和茎叶Pb平均含量分别较分蘖期降低了24.2%和39.8%,较成熟期降低了11.6%和16.7%。水稻不同生育期Cd、Pb含量的相关性及Cd、Pb在不同器官中迁移的难易程度均与品种密切相关。综合分析认为,分蘖和成熟期为水稻吸收累积Cd、Pb的两个关键时期,针对该时期采取有效措施控制土壤中重金属活性对于降低水稻籽粒Cd、Pb的累积具有重要意义。     

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。     

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。     

黄淮冬麦区南片气象因子对不同品种小麦籽粒特性的影响

2020/2021年度在黄淮冬麦区南片的4个省份分别设置大田试验,选择周麦18、周麦36及爱民蓝麦1号3个不同品质类型的冬小麦品种,分析比较不同气象因子对3个品种小麦产量及品质的影响。结果表明：不同小麦品种特性和试验点生态环境对小麦籽粒长宽、产量及品质的影响均达到显著水平,其中籽粒长度、株高及产量受环境条件的影响大于品种基因型,而籽粒宽度、产量三要素、籽粒淀粉、蛋白质和纤维素含量受品种基因型的影响大于环境条件。从不同试验点气象因子来看,籽粒长宽和千粒重表现一致,主要受抽穗−灌浆中期水分的正向调控和拔节−成熟期气温的负向调控;株高主要受拔节期水分和气温的正向调控;产量和穗粒数主要受抽穗期水分和气温、灌浆中期水分的正向调控;有效穗数主要受拔节−抽穗期日照时数的正向调控。籽粒淀粉含量受拔节后气温、水分的正向调控,受扬花后期日照时数的负向调控,籽粒蛋白质含量则与其相反,纤维素主要受抽穗−灌浆中期水分的正向调控。综上所述,不同小麦品种特性和试验点生态环境对小麦籽粒长宽、产量及品质均存在显著影响;拔节后的平均气温、总供水量及总日照时数对小麦籽粒表型、产量及品质性状的影响存在差异。     

不同类型水稻品种对稻田土壤基础供氮量的响应

选用常规粳稻、杂交粳稻、常规籼稻、杂交籼稻及两系杂交稻5种类型共7个水稻品种,在大田中不施氮条件下,研究了供试水稻材料对土壤基础供氮量利用的差异。结果表明:①籼稻的土壤基础供氮量平均比粳稻高25.6%;杂交籼稻比常规籼稻高19.5%,杂交粳稻比常规粳稻高32.5%。②土壤基础供氮量在植株器官中的分配比例以叶、茎鞘的变异幅度较大,而穗的变异幅度则较小;叶中氮的分配比例以粳稻最高,而杂交粳稻与常规粳稻间及杂交籼稻与常规籼稻之间无明显差异。③土壤氮素利用效率(NUEs)随着土壤基础肥力上升而提高,粳稻的NUEs提高幅度大于籼稻。土壤氮籽粒利用效率(Ng/Ns)以两系杂交籼稻最高,籼稻的Ng/Ns大于粳稻,杂交籼稻与常规籼稻及杂交粳稻与常规粳稻间Ng/Ns无明显差异。④100kg籽粒需氮量增加幅度也是粳稻高于籼稻。