重金属铅污染下的水稻地上部器官富集特征与高光谱识别模型的构建

[目的]构建重金属铅污染下的水稻地上部器官富集特征与高光谱识别模型。[方法]以南粳44和两优培九2个水稻品种为材料,通过盆栽试验,研究了不同浓度铅污染下水稻地上部器官对铅的富集特征,以及冠层光谱特征和植株各器官铅含量的定量关系。[结果]2个水稻品种整株、茎、叶和穗各器官铅含量均随着铅污染处理浓度的增加而加大,且茎中含量最高;不同浓度铅污染胁迫下的水稻冠层反射光谱曲线在可见光红光波段也存在差异,随着铅处理浓度增大,光谱曲线反射值降低,去除包络线后归一化深度加大。通过构建NDVI(x)与水稻器官中铅含量的多种关系模型,比较了模型预测的显著性,分别构建了适用于2个水稻品种各器官的铅胁迫遥感监测的预测模型,南粳44分别为y整株=2 270.4x2-2 292.8x+577.35,y茎=4 260.9x2-4 294x+1 077.8,y叶=2 780.8x2-2 777.9x+690.71,y穗=309.31x2-306.07x+75.369;两优培九分别为y整株=524 269e-25.557x,y茎=1E+07e-31.65x,y叶=2E+07e-34.056x,y穗=14 320e-21.756x。[结论]地面高光谱遥感对水稻重金属铅污染及其胁迫水平有较好的响应,可通过水稻冠层光谱的差异性分析,实现水稻铅污染的快速、无损伤探测。     

不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及其预测评价

以南粳44和两优培九两个水稻品种为材料,通过盆栽试验,研究了不同浓度镉胁迫下水稻冠层光谱特征及植株各器官镉含量间的定量关系。结果表明,两水稻品种整株、茎、叶和穗各器官镉含量均随着镉胁迫处理浓度的增加而加大,且茎中含量最高;不同浓度镉污染胁迫下的水稻冠层反射光谱曲线在可见光红光波段也存在差异,随着镉处理浓度增大,光谱曲线反射值降低,去除包络线后归一化深度加大,红边位置在两个品种中有不同程度的红移。通过构建植被指数NDV(Ix)与水稻器官中镉含量的多种关系模型,比较了模型预测的显著性,分别构建了适用于两个水稻品种各器官的镉胁迫遥感监测的预测模型,南粳44分别为y整株=86.207x2-56.633x+9.7361,y茎=157.65x2-101.89x+17.317,y叶=21.619x2-14.192x+2.5283以及y穗=4.7011x2-1.4549x+0.1628;两优培九分别为y整株=41.495x2-29.34x+5.1829,y茎=53.364x2-36.778x+6.3612,y叶=22.981x2-15.768x+2.7588,y穗=36.347x2-25.477x+4.4473。进而说明,地面高光谱遥感对水稻重金属镉污染及其胁迫水平有较好的响应,可通过水稻冠层光谱的差异性分析,实现水稻镉污染的快速、无损伤探测。     

铅镉复合污染对水稻生长及产量的影响

[目的]探讨铅镉复合污染对水稻生长、产量及品质的伤害及机理。采用盆栽试验,研究了不同程度的铅镉复合污染对水稻生长发育及产量品质的影响。[结果]铅镉低浓度胁迫能够促进水稻生长,高浓度抑制水稻的株高;铅镉胁迫显著降低了水稻的分蘖数,随着胁迫浓度增加,分蘖数下降幅度增大;铅镉胁迫显著降低了水稻每盆穗数、结实率、千粒重和产量,低浓度胁迫下每穗总粒数显著增加,高浓度胁迫下每穗总粒数显著降低;铅镉低浓度胁迫下糙米率和精米率显著增加,高浓度胁迫下糙米率和精米率显著降低,整精米率随处理浓度的增加而显著下降;水稻籽粒中铅镉含量与土壤中铅镉浓度成显著正相关,土壤铅镉含量达到中高浓度时,水稻籽粒铅镉含量严重超标,铅镉最高超标达333%和122%。[结论]该研究为污染地区水稻栽培技术体系的建立提供依据。     

外源铅胁迫对青稞生长及铅积累的影响

采用盆栽试验研究外源铅对青稞生长的影响及青稞不同部位铅积累富集规律。结果表明:随外源铅浓度的增加,青稞株高、茎粗、穗长、穗粒数、千粒重、生物量都呈下降趋势,青稞可以耐受400 mg/kg以下铅胁迫产量及产量构成因素不减少,铅处理水平超过800 mg/kg时,青稞地上生物量较对照处理显著下降14. 1%;不同铅处理水平下青稞各器官铅含量为根茎叶籽粒,随土壤铅浓度升高,青稞根、茎、叶、籽粒中的铅含量显著升高。当外源铅浓度超过400 mg/kg时,青稞的生长发育受到显著抑制;通过青稞籽粒铅含量与土壤铅含量回归方程,计算出土壤铅毒性临界值为346. 17 mg/kg;青稞根富集系数大于1,青稞籽粒、茎、叶铅富集系数均小于1。     

基于Richards方程的百合生长动态模拟分析

为研究露地条件下百合从营养生长到生殖生长过程中株高、茎上叶、花茎及花苞的生长动态过程,以百合品种‘Conca D,or’为材料,在对不同器官形态发育测量的基础上,运用Richards方程对株高、叶片、花茎、花苞等器官的实测数据进行曲线拟合,构建生长发育模型。结果表明：株高的生长量方程为Y=48.151/(1+64.478e-0.235x)1/0.235;叶片的生长量方程为：Y=3.429/(1+0.006e-0.105x)1/0.001;花茎的生长量方程为：Y=7.387/(1+2 245.212e-0.223x)1/0.963 8;花苞的生长量方程为：Y=15.313/(1+841.027e-0.136x)1/1.687,4个生长方程的决定系数R2分别为0.999、0.985、0.994和0.989,其生长量曲线的实测值与预测值高度拟合,满足“慢-快-慢”的生长规律。4个生长方程很好的揭示了百合从营养生长到生殖生长过程中各器官生长的发育规律,能够预测花苞开裂后花被片生长的情况。     

铅胁迫对小麦生长发育的影响

[目的]探讨铅胁迫对小麦生长发育的影响。[方法]采用盆栽试验,研究了不同浓度的铅胁迫对2个小麦品种（宁春13号和宁春4号）生长发育的影响。[结果]随外源铅浓度的增加,2个小麦品种的株高均呈下降趋势;在低浓度铅（小于200mg/kg）处理下,2个小麦品种的鲜、干重随铅浓度的增加均呈增加趋势,而当铅浓度超过200mg/kg时整体上均呈下降趋势;在相同施肥水平条件下,受铅胁迫的2个小麦品种根冠比均小于不施铅水平,且在铅胁迫条件下宁春13号的抗逆性略优于宁春4号;在铅胁迫环境下,较高浓度（200～800mg/kg）的铅胁迫使2个小麦品种的生理生化活性严重受阻,从而影响了对氮、磷和钾的积累。[结论]为对受铅污染的农田采取合理的栽培调控措施提供了理论依据。     

铅胁迫对小麦生长发育的影响

[目的]探讨铅胁迫对小麦生长发育的影响。[方法]采用盆栽试验,研究了不同浓度的铅胁迫对2个小麦品种(宁春13号和宁春4号)生长发育的影响。[结果]随外源铅浓度的增加,2个小麦品种的株高均呈下降趋势;在低浓度铅(小于200 mg/kg)处理下,2个小麦品种的鲜、干重均随铅浓度的增加而呈增加趋势,而当铅浓度超过200 mg/kg时整体上均呈下降趋势;在相同施肥水平条件下,受铅胁迫的2个小麦品种根冠比均小于不施铅水平,且在铅胁迫条件下宁春13号的抗逆性略优于宁春4号;在铅胁迫环境下,较高浓度(200～800 mg/kg)的铅胁迫使2个小麦品种的生理生化活性严重受阻,从而影响了对氮、磷和钾的积累。[结论]为对受铅污染的农田采取合理的栽培调控措施提供了理论依据。     

铅胁迫对不同基因型烟草铅吸收、运转及积累的影响

以10个不同基因型烟草品种为试材,通过盆栽方式,研究铅胁迫下不同基因型烟草的铅吸收、运转及积累特性,以筛选出铅低集聚型烟草用于烤烟的安全生产及铅高富集型烟草用于铅污染土壤的改良。结果表明：随着外源铅浓度的增加,烟草铅含量表现为上升趋势,不同浓度铅胁迫下不同基因型烟草的生物量、铅含量、铅积累量、耐性指数、转运系数存在显著差异。在0、500、1 000 mg·kg^-1铅浓度胁迫下烟草品种K326(G10)叶片铅含量比云烟87(G3)分别高33%、61%、104%,比LY1306(G7)分别高33%、43%、50%;G7根系铅含量比G3分别高84%、109%、220%,比G10分别高21%、18%、167%;G7整株平均铅含量比G3分别高100%、93%、153%,较G10分别高2%、17%、61%。综上,云烟87可用于烟草安全生产,K326可用于铅污染土壤的修复,LY1306由于转运系数显著低于其他基因型烟草,因此叶片铅含量较低,可用于烟草安全生产和铅污染土壤的修复。     

铅气溶胶胁迫下茶树叶片生理生化指标变化及光谱快速检测

茶树作为多年生叶用植物，在铅气溶胶胁迫下的生理生化指标变化和铅累积效应亟待研究。本文以铅气溶胶方式模拟大气污染环境，研究‘乌牛早’与‘迎霜’2个品种茶树在铅气溶胶胁迫下根、茎、叶各器官的铅累积情况以及叶片中光合色素和抗氧化物的变化规律，并结合傅里叶变换红外（Fourier transform infrared, FTIR）光谱技术建立各指标的快速检测模型。结果表明：在正常环境条件下茶树叶片的铅含量极少，符合食品安全国家标准，根的铅含量远高于叶，证明在正常环境条件下土壤-根途径是茶树积累铅的主要途径。随着胁迫时间的延长，高质量浓度铅胁迫组叶片的铅含量显著高于茎和根，证明存在大气-叶面吸收途径，高质量浓度铅胁迫组叶片中铅含量最高可达无铅处理组的14倍；在胁迫试验的42 d中，叶片的光合色素含量与抗坏血酸含量在胁迫的前中期不断增加，而在胁迫的中后期不断减少，谷胱甘肽含量整体处于上升趋势。分别采用支持向量机（support vector machine, SVM）与人工神经网络（artificial neural network, ANN）建立了基于中红外光谱特征波段的生理生化指标定量预测模型...     

水稻氮素高光谱遥感估测模型研究

以宁夏引黄灌区水稻为研究对象,将各生育期水稻冠层原始光谱反射率、一阶微分光谱及高光谱变量与氮素进行相关性分析,构建了分蘖盛期、孕穗期、齐穗期和灌浆期水稻氮素高光谱遥感估测线性及非线性模型,并对模型进行验证,结果表明:齐穗期所有的氮素估测模型均优于其他生育期;基于一阶微分光谱构建的模型拟合效果及精度优于原始光谱和高光谱变量构建的模型;线性回归模型与非线性模型的决定系数差异均不大,拟合效果接近;最终确定各生育期的最优模型是基于一阶微分光谱构建的线性模型:分蘖盛期y=12.54x+3.202(r=0.877),孕穗期y=16.88x+1.224(r=0.893),齐穗期y=1.197x+2.049(r=0.958),灌浆期y=-6.974x+1.467(r=-0.802),其中齐穗期估测效果最佳。     

铅对赤豆种子萌发·幼苗生长的影响

[目的]研究金属铅对赤豆种子萌发、幼苗生长的影响。[方法]以赤豆为材料,研究不同浓度的铅对赤豆种子萌发及其幼苗生长的影响。[结果]当Pb2+浓度低于200 mg/L时,Pb2+在一定程度上促进赤豆种子的发芽率、发芽势、活力指数和发芽指数,而高浓度的Pb2+对赤豆萌发有抑制作用;随着Pb2+浓度的增加,赤豆种子的根长、苗长、根重和叶绿素含量都降低;高浓度Pb2+对赤豆根生长的抑制作用大于芽。[结论]低浓度铅可促进赤豆种子的萌发,同时铅对赤豆幼苗的生长表现出抑制作用。     

铅与酸雨复合污染对水稻幼苗期保护酶系统的影响

[目的]研究酸雨和铅复合污染对水稻幼苗期保护酶系统的影响,为酸雨和铅复合污染对植物的毒性机理研究提供科学依据。[方法]以苏香梗3号水稻幼苗为试材,采用模拟联合污染方法,共设4个处理,即对照(CK)、酸雨组、铅组、铅+酸雨组,研究了铅及酸雨复合胁迫对水稻幼苗的危害。[结果]酸雨(p H=3)与铅的复合胁迫使水稻生长受到明显抑制,导致幼苗保护酶系统中SOD、POD升高后快速降低,CAT活性持续减弱。[结论]复合污染严重影响了水稻保护酶系统的正常功能,且复合污染的危害远大于单一污染之和。     

苋菜活性氧代谢对铅胁迫的响应

[目的]了解铅对植物生长的抑制作用。[方法]以苋菜品种一点红为试材,采用盆栽试验,以醋酸铅配制土壤铅含量分别为0.1、0.2、0.4、0.8和1.6 mmol/kg干土,不加铅为对照,研究铅处理对苋菜生长、铅积累和活性氧代谢的影响。[结果]播种45 d后,铅胁迫(>0.4 mmol/kg)下苋菜的生长受到明显抑制,其中根受到的抑制程度最高。铅胁迫明显增加了苋菜器官中铅的含量,并主要积累在根部。随着铅处理浓度的增加,成熟叶超氧阴离子产生速率加快,过氧化氢含量、SOD和POD活性增加,CAT和APX活性降低,氧阴离子产生速率、过氧化氢含量、MDA含量和细胞电解质渗漏增加。[结论]铅胁迫引起苋菜活性氧代谢失衡,过氧化作用加剧,导致植物生长受阻。     

铅对繁穗苋幼苗生长的影响

[目的]研究重金属铅对繁穗苋幼苗生长的影响。[方法]以繁穗苋幼苗为材料,研究不同浓度的铅处理对其生长的影响。[结果]在50 mg/L Pb2+处理下,繁穗苋幼苗新生根数受到促进;随着Pb2+浓度的增加,繁穗苋的根长、苗长、苗重和叶绿素含量均降低;高浓度Pb2+对繁穗苋根生长的抑制作用大于其对茎轴的抑制作用。[结论]铅对繁穗苋幼苗的生长表现出抑制作用,而且该抑制作用而随着铅离子浓度的增大而加大。     

不同生育期水稻气孔阻力日变化规律研究

[目的]为掌握水稻叶片气孔阻力的变化规律提供理论依据。[方法]在晴天时,根据不同生育期内籼稻（宁粳一号）和粳稻（两优培九）叶片气孔阻力的日变化试验数据,分析了水稻冠层气孔阻力在不同生育期的日变化规律,探讨了品种间气孔阻力的差异和土壤水分胁迫对冠层气孔阻力的影响。[结果]在同一生育期内,籼稻（宁粳一号）和粳稻（两优培九）气孔阻力的日变化规律基本相似,在9：00～15：00变化平衡,15：00以后急剧增大;拔节期以前,9：00～15：00较小,生育期后期9：00～15：00明显增大。通过比较不同品种水稻气孔阻力可知,粳稻（宁粳一号）的气孔阻力明显高于籼稻（两优培九）,在生育后期差异明显。土壤水分对气孔阻力有较大影响,土壤水分含量的增加可以有效提高气孔开度,降低气孔叶片阻力;水稻植株叶片气孔阻力从上层到下层全天呈增大趋势。[结论]水稻叶片气孔阻力的大小与多种因素有关,包括不同生育期、品种、土壤水分、叶片冠层。     

EDTA调控下香根草对重金属铅胁迫的抗氧化酶特性

[目的]探讨外源化学物质EDTA对香根草在重金属Pb胁迫下的生理效应。[方法]采用溶液培养法,选取长势一致的香根草幼苗,用1/4 Hoagland营养液预培养1个月后进行Pb胁迫处理。Pb以Pb(NO)3盐溶液的形式加入,共设4个处理浓度:0、2、4、6mmol/L,EDTA设2个处理浓度:0.5、1 mmol/L,研究了EDTA调控下不同Pb2+浓度胁迫对香根草生理生化的影响。[结果]在单一Pb胁迫下,当Pb2+浓度<2 mmol/L时,香根草的SOD、POD、CAT活性较对照组高;当Pb2+浓度>2 mmol/L时,上述指标下降;随着Pb2+浓度的增加,SOD、POD、CAT的活性呈现先高后低的效应关系,叶片相对膜透性和丙二醛(MDA)含量明显升高。EDTA的加入能使Pb引起的植物细胞膜透性、膜脂过氧化水平得以恢复,还能使SOD、CAT活性有所升高。[结论]EDTA外源化学物质一定程度上缓解了Pb对香根草的毒害效应。     

南京开花期稻田贴地层微气象特征研究

[目的]揭示南京水稻开花期稻田贴地层的微气象规律。[方法]利用南京开花期稻田微气象观测资料,分析稻田贴地层温、风垂直分布特征,大气稳定度状况和动力粗糙度特征。[结果]南京开花期稻田白天温度垂直分布分为日射型、弱辐射型和过渡型3个类型,强光条件下冠层附近温度垂直变化明显,冠层温度比冠层上方气温最大可高出5.9℃。稻田较强的蒸腾和蒸发导致贴地层大气温度垂直变化幅度不大,开花期稻田大气层结比较稳定,中性或近中性层结占70%。开花期稻田风速垂直分布符合对数规律,摩擦速度和粗糙度与风速的关系十分密切,摩擦速度随风速递增,粗糙度高度则随风速递减,南京开花期稻田粗糙度平均为0.1 m。[结论]研究结果可为揭示稻田的湍流运动规律提供科学依据。     

二甲酚橙分光光度法测定土壤中铅的研究

[目的]为探索铅对土壤和生态环境的影响提供参考。[方法]采用二甲酚橙分光光度法,研究土壤中铅含量的测定方法及铅含量与环境的相关性。[结果]铅质量浓度在0～2.4mg/L范围内线性关系良好,回归方程为A=0.00555C-0.0264,r=0.9992,加标回收率为97.2%～102.7%。[结论]该方法操作简便,灵敏度高,用于土壤中铅含量测定的效果令人满意。