水稻对Cd吸收的差异性机理及Cd污染土壤农艺修复
稻田镉污染引起了稻米质量安全和人体的健康风险受到了广泛关注，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，而目前针对水稻Cd风险控制研究中，不同农艺修复技术及其相关机理研究不足。因此本研究立足于Cd低积累品种吸收的差异性机理及不同水分调控和肥料施用农艺措施对降低水稻Cd吸收转化的影响进行研究。本文在前期不同水稻品种对Cd吸收敏感性筛选的基础上，采取水稻活体根细胞解吸的方法，研究了不同Cd敏感性水稻品种的根细胞壁组分对Cd的吸收、转运间的耦合关系;4种不同的水分调控措施和4种氮肥对水稻各部位累积Cd的影响、水稻各部位间对Cd转运能力的影响、不同水分管理方式和不同肥料处理对土壤pH、土壤Cd有效性的影响以及不同水分处理和肥料处理对土壤pH、土壤中Cd有效性与水稻对Cd的累积之间的相关性，以期为降低稻米镉含量，达到Cd污染稻田边安全生产边修复的目的提供一定的理论和技术支持。本研究的主要结果如下: 1.本实验选取6种不同Cd敏感性水稻品种，其籽粒的Cd含量之间具有显著的差异，其范围在0.09mg/kg-0.48mg/kg之间。6种水稻的籽粒Cd含量、水稻对Cd由根到茎叶的转运系数(TFshoot)和由根到籽粒的转运系数(TFgrain)的顺序基本一致，其中较大的品种是中湘早17(R1)、嘉育211(R2)，较小的是株两优611(R5)、金优463(R6)。三种Cd浓度(CK、T1、T2)的土壤中6种水稻的根细胞壁的Cd浓度也存在显著差异，分别为:0.763-0.997mg/kg·FW、3.011-5.717mg/kg·FW和3.687-7.122mg/kg·FW。水稻根细胞壁的Cd含量与水稻籽粒Cd含量相比较，发现两者的顺序相反，说明水稻根细胞壁对Cd的固定作用可能是低吸收品种适应Cd胁迫的主要机制之一。进一步提取水稻根细胞壁的亚细胞组分发现，去除果胶后的水稻根细胞壁的Cd含量显著提高，其中，水稻R5增幅最大，增幅最小的是R1;去除果胶和半纤维素后水稻根细胞壁中Cd的含量显著降低了，其中，R5对Cd最大吸附量降低幅度最大，达到59.6％，降幅最小的为R1，为8.5％。这与水稻根细胞壁中Cd浓度的规律相同，表明半纤维素是水稻根细胞壁固定Cd的关键组分。 2.选用两种不同Cd敏感性的水稻品种，在两种典型水稻土中研究4种不同的水分管理措施对不同Cd敏感性水稻对Cd吸收、转运的影响。4种不同处理分别为水稻分蘖后期、抽穗扬花期保持80％最大田间持水量，其它时期淹水(CK)、水稻全生育期淹水(WF)、水稻全生育期干旱(DC)和分蘖后期保持80％最大田间持水量，其他时期淹水(水旱交替，DW)。结果表明，不同的水分管理对水稻籽粒、茎叶和根中的Cd含量及土壤Cd的有效性均具有显著影响，并且顺序基本一致，水稻籽粒中Cd含量由低到高分别为:WF＜DW＜CK＜DC。与CK相比，全生育期淹水状态下土壤有效态镉和水稻籽粒镉含量的降低幅度均最大，分别可以达到37.12％和46.37％;全生育期干旱处理下土壤有效态镉和水稻籽粒镉含量均显著增加，增加幅度分别可以达到28.36％和33.06％。不同水分管理模式的土壤有效态Cd与水稻各部位Cd含量呈显著相关，说明水分管理可以通过影响土壤Cd的有效性，改变水稻对Cd的吸收量。 3.通过施用等氮量不同N肥对2种不同Cd敏感性水稻Cd吸收影响结果表明，施用尿素(CK)、NH4Cl(A)、(NH4)2SO4(B)和(NH4)2HPO4(C)后，两种水稻籽粒、茎叶和根中Cd含量均产生显著性的差异。四种肥料处理中，水稻各部位的Cd含量从高到低的依次为A＞CK＞B＞C。与CK相比，A处理中籽粒镉含量显著增加，增加幅度为10.77％-52.23％，B、C处理中籽粒镉含量显著降低，降低幅度分别为6.25％-18.43％和12.96％-35.55％。四种肥料对土壤镉有效性的影响与对水稻中镉含量的影响类似。施加四种氮肥对土壤的pH有显著的影响，顺序从高到低依次为C＞CK＞B＞A，这与水稻中Cd含量和土壤Cd有效性规律有所不同。与CK相比，A处理使嘉兴和湘潭土壤pH分别降低了0.37、0.15个单位，B处理分别降低了0.29、0.15个单位，C处理分别升高了0.16和0.11个单位。四种肥料处理中土壤pH与水稻对Cd的富集能力并不显著相关，原因可能是(NH4)2SO4虽然使土壤酸化程度较大，但是在淹水状态下可以生成CdS降低土壤有效性，最终使水稻植株中Cd含量降低。四种肥料降低水稻镉差异的原因还与伴随阴离子与土壤中镉的结合有关。
稻田;镉污染;农艺修复;水稻;水分调控;施肥措施
中国农业科学院
硕士
环境科学
陈世宝
2017
中文
X53
66
2018-01-04（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）