利用小麦三叶期毒害效应指标表征成熟期籽实产量Ni毒害的探讨

为探明小麦三叶期幼苗和成熟期籽实产量的Ni毒害效应及其相互关系,实现小麦作物Ni毒害的早期诊断,以春小麦"冀张春3号"为材料,采用盆栽试验方法,研究了外源Ni对小麦三叶期幼苗生长发育和成熟期籽实产量的影响,并对小麦三叶期和成熟期的生理指标进行相关分析.结果表明,外源Ni投加量100 mg·kg~(-1),茎叶干质量和籽实产量无明显下降(p0.05),茎叶中可溶性糖含量(p0.05)和硝酸盐含量(p0.01)增加,茎叶干鲜比值增加;Ni投加量≥100 mg·kg~(-1),茎叶干质量、可溶性糖、硝酸盐含量和成熟期籽实产量均明显下降(p0.05或p0.01),茎叶中淀粉和抗坏血酸含量明显增加(p0.05或p0.01),茎叶干鲜比值下降.土壤中各形态Ni与小麦三叶期幼苗中Ni呈显著正相关(p0.01),土壤和幼苗中Ni与茎叶干质量、可溶性糖和籽实产量均呈显著负相关(p0.05或p0.01),表明小麦三叶期幼苗毒害和成熟期籽实产量下降是由作物体内Ni毒害造成的且无观察效应浓度(NOEC)一致;同时试验观察到小麦三叶期幼苗茎叶干质量、可溶性糖和硝酸盐含量变化与成熟期籽实产量呈显著正相关关系(p0.05或p0.01),表明利用小麦三叶期幼苗Ni毒害效应指标表征成熟期籽实产量Ni毒害是可行的.试验确定外源Ni对小麦成熟期籽实产量的无观察效应浓度为:土壤全Ni含量为139.08 mg·kg~(-1),土壤有效态Ni(DTPA提取)含量为21.59 mg·kg~(-1),小麦茎叶Ni含量为15.37 mg·kg~(-1),小麦根系Ni含量为361.78 mg·kg~(-1).     

外源Ni在干旱区绿洲土壤-小麦系统中的迁移及其生物有效性

以西北干旱区绿洲灌淤土为供试土壤,采用盆栽模拟试验和室内分析研究了Ni对小麦的生物效应及其在土壤-小麦系统中的迁移规律.结果表明:Ni在低添加质量分数下能促进小麦生长,但达到临界值240 mg·kg-1后,就会出现明显的毒害作用.随着Ni添加质量分数的增加,各器官中Ni含量也呈增长趋势.小麦根对Ni的富集能力最强,籽粒对Ni的富集能力最弱.随着Ni添加质量分数的增加,土壤中可交换态Ni和碳酸盐结合态Ni所占比例呈增加趋势.对小麦而言,可交换态Ni是生物有效态.     

施氮对小麦硒(Ⅵ)吸收、转运和分配的影响

为揭示施氮对小麦硒吸收,转运和分配的影响,通过合理施氮提高小麦硒的利用效率提供理论参考,本研究通过盆栽试验,设置Se1(0.74 mg·kg~(-1))和Se2(2.60 mg·kg~(-1))两个硒酸盐处理;每个硒水平又设为N1(100 mg·kg~(-1))和N2(200mg·kg~(-1))两个氮水平,分别测定了小麦拔节期和成熟期各器官生物量及硒含量.结果表明,升高氮水平使Se1和Se2处理小麦籽粒产量分别提高了13.2%和24.0%.与氮素施用量无关,升高外源硒水平能显著提高小麦各器官中硒含量(P0.01),且以N1处理时效果更显著;Se1处理升高氮水平对小麦硒吸收的促进作用大于Se2处理,Se1和Se2处理升高氮水平使得小麦籽粒硒含量分别提高了22.6%和12.1%.各器官中硒总量占植株硒总量的百分比的大小顺序与富集系数相同,依次为茎叶籽粒颖壳根,升高氮水平促进了小麦根部对硒的吸收和富集,以及营养生长阶段硒向地上部的运移,并使Se1和Se2处理小麦籽粒中的硒总量占植株硒总量的百分比分别提高了11.1%(P0.05)和25.9%(P0.05).因此,施用氮肥可以调控硒的有效性,缺硒地区合理升高氮水平提高了小麦产量及硒含量,而在富硒或硒中毒地区合理施氮肥可缓解硒对小麦的毒害作用.     

冬小麦吸收重金属特征及与影响因素的定量关系

冬小麦是我国主要粮食作物之一,保障农产品质量安全是农业生产的重要环节.冬小麦吸收重金属受多种因素的影响,为明确田间条件下冬小麦吸收重金属特征及小麦籽粒中重金属含量与土壤理化性质及土壤重金属含量的定量关系,在小麦收获时通过对我国华北小麦主产区50个不同重金属污染程度田块的土壤和小麦进行点对点采样,分析土壤重金属含量、土壤pH、土壤有机质(OM)、土壤阳离子交换量(CEC)、小麦籽粒和秸秆中重金属的含量,研究小麦吸收重金属特征及土壤理化性质对小麦吸收重金属的影响,并通过多元回归分析研究土壤重金属和理化性质与小麦籽粒重金属间的定量关系.结果表明,所采麦田土壤Cd含量范围为0.150～2.66 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒Cd含量范围为0.033～0.39 mg·kg~(-1);土壤Pb含量范围为4.68～371 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒Pb含量范围为0.27～2.4 mg·kg~(-1);土壤As含量范围为3.00～21.3 mg·kg~(-1),其对应的小麦籽粒As含量范围为0.044～0.18 mg·kg~(-1);小麦Cd、 Pb和As的超标率分别为55%、 100%和0,与之对应的土壤Cd、 Pb和As的超标率分别为52%、 13%和0.土壤Cd含量与小麦籽粒Cd含量呈极显著正相关(P0.01),相关系数r=0.663(n=50);土壤全Pb含量与小麦Pb含量呈显著正相关(P0.05),相关系数r=0.348(n=50);土壤As含量与小麦As含量相关性不显著;小麦籽粒对土壤Cd、 Pb和As的富集系数均值分别为0.17、 0.027和0.008 9,转移系数均值分别为0.52、 0.27和0.22;小麦对重金属的富集系数和转移系数均表现为CdPbAs.小麦秸秆中重金属含量高于对应籽粒中重金属含量2～5倍.土壤pH、有机质(OM)和阳离子交换量(CEC)也影响小麦籽粒Cd含量.将土壤Cd含量、土壤pH、有机质(OM)和阳离子交换量(CEC)与小麦籽粒Cd含量进行多元回归分析,得到4个小麦籽粒Cd含量预测方程,其相关系数r均达到极显著水平(P0.01),其中包括全部变量在内的预测方程的相关系数最高,r=0.810(n=50),可以较好地预测小麦籽粒Cd含量.     

田间土壤外源铜镍在小麦中的累积及其毒害研究

通过湖南祁阳和山东德州的田间试验,研究不同水平外源Cu、Ni在酸性和碱性土壤中经过老化之后对小麦的毒害及其在小麦植株内的累积状况.结果表明,小麦籽粒和秸秆的生物量随着土壤中Cu、Ni添加剂量增加而减少.酸性土壤(祁阳,pH 5.31)和碱性土壤(德州,pH 8.90)中外源Cu的对小麦的10%抑制效应含量(EC10)分别为55.7 mg.kg-1和499.6mg.kg-1,外源Cu、Ni在祁阳田间土壤中的毒性显著高于德州田间土壤.随着土壤重金属添加量的增加,Cu在祁阳小麦籽粒中的含量随土壤Cu添加量的增加而增加,后趋于稳定,Ni在德州小麦籽粒中的含量随土壤Ni添加量的增加呈线性增加;德州小麦籽粒中Cu、Ni含量范围分别为6.07～9.26 mg.kg-1和0.53～31.78 mg.kg-1,祁阳小麦籽粒含量分别为5.24～10.52mg.kg-1和0.16～25.33 mg.kg-1.在试验的2种土壤中,外源Cu没有造成小麦的籽粒含量超标,因此,相比食品安全,农田土壤Cu污染的生态风险应优先考虑.     

大气对流层臭氧浓度升高下AM真菌对小麦生长的影响

利用中国唯一的开放式空气组分增高(free-air component enrichment,FACE)稻麦轮作试验平台,研究大气对流层O3浓度升高条件下接种外源AM真菌对小麦生长及土壤微生物生物量的影响.结果发现,O3浓度升高处理小麦苗期AM真菌侵染率有升高趋势,而从孕穗期起逐渐显示出对小麦生长的不利影响,收获时植株地上部生物量、株产与千粒重均显著下降(p0.05),分别降低22%、29%和9%,土壤微生物生物量N也下降了37%,但籽粒全N含量从2.2%显著提高到2.6%(p0.05).O3浓度升高条件下接种外源AM菌剂对小麦根系AM真菌侵染具有促进作用,孕穗期AM真菌侵染率与植株地上部生物量均显著高于不接种对照(p0.05),收获时植株受灾程度降低了50%,土壤微生物生物量N也显著升高(p0.05),虽然小麦产量没有提高,但籽粒全N含量下降到与当前O3浓度处理没有显著差异的水平上.结果表明,O3胁迫下小麦通过提高苗期AM真菌侵染来增强其抗胁迫能力,接种外源AM真菌可以促进小麦营养生长,并可通过改善根系分泌物等来提高土壤微生物生物量.     

三峡库区支流汝溪河沉积物重金属空间分布及生态风险

为了解三峡库区支流沉积物重金属空间分布、来源及生物毒害效应,选择典型入库支流汝溪河,分4个区域12个采样点采集沉积物柱状样和沿岸土壤样品,分析了Cr、 Ni、 Cu、 Mn、 Zn、 Cd、 Pb和Hg这8种重金属的空间和垂向分布特征.结果表明,沉积物中Cr、 Ni、 Cu、 Mn、 Zn、 Cd、 Pb、 Hg平均含量分别为(79.60±11.87)mg·kg~(-1)、(41.340±4.999)mg·kg~(-1)、(32.69±8.70)mg·kg~(-1)、(823.34±125.76)mg·kg~(-1)、(122.11±22.82)mg·kg~(-1)、(0.393±0.140)mg·kg~(-1)、(29.122±6.811)mg·kg~(-1)和(74.84±39.50)μg·kg~(-1), 8种重金属含量均超过长江水系沉积物背景值,空间上总体表现为受汝溪场镇生活影响河段回水区自然河段,回水区河道沿岸沉积物及土壤中重金属含量均远低于沉积物中,说明河道沿岸沉积物和土壤并不是汝溪河回水区沉积物重金属的主要污染来源.在垂向分布上,受汝溪场镇生活影响河段重金属(除Pb外)含量最大值均出现在8cm处,而自然河段和回水区重金属含量随深度的增加呈下降的趋势.除Ni外,其他几种重金属之间具有显著相关(P0.01),说明汝溪河重金属存在一定的同源性.地累积指数评价得出汝溪河整体呈现Cd和Zn的轻度至偏中度污染.生物毒性效应评价得出,Ni有10%～75%可能对生物造成毒害效应,Cd、 Zn、 Hg、 Cu、 Pb和Cr有10%的可能会出现生物毒害效应.综合效应系数表明汝溪河沉积物重金属的生物毒害风险为低级至中低级.     

典型土壤双季稻对Cd吸收累积差异

用盆栽试验方法研究典型土壤双季稻条件下水稻对Cd的吸收累积差异.选取典型水稻土黄泥田(板页岩母质发育)和麻砂泥(花岗岩母质发育),通过添加不同浓度梯度外源Cd,进行盆栽试验,研究双季稻不同生育期土壤有效态Cd(DTPACd)、水稻植株各部位以及糙米Cd累积情况.结果表明,双季稻晚稻生育期土壤有效态Cd大于早稻,黄泥田大于麻砂泥,其差异性均达极显著水平(P0.01).水稻植株各器官(根、茎、叶、壳和糙米)Cd累积量随外源Cd增加和生育期的延长而呈现递增的趋势.不同生育期、不同土壤水稻糙米与植株各器官Cd累积量差异显著,具体表现为:早稻小于晚稻,黄泥田小于麻砂泥.水稻各器官(根、茎、叶、壳和糙米)中Cd含量与土壤有效Cd含量呈显著或极显著正相关关系.应用稻米Cd含量预测模型及水稻累积Cd的特征方程推算出土壤Cd安全阈值为:黄泥田早稻0.98 mg·kg~(-1)和晚稻:0.83 mg·kg~(-1);麻砂泥分别为0.86 mg·kg~(-1)和0.56 mg·kg~(-1).不同母质土壤的安全阈值与环境容量不同,其环境质量标准与污染修复控制措施应该有所区别.     

硒与硫单一及交互作用对小白菜生长及硒生物有效性的影响

用土培盆栽试验研究了硫酸盐、硒酸盐单一及交互作用对小白菜生长及其硒生物有效性的影响.结果表明,单施硒时,适量硒(≤1.0 mg·kg~(-1))能促进小白菜地上部的生长,表现为小白菜株高和地上部干重分别较不施硒对照处理增加了8.4%和22.1%(p0.05),但高剂量硒(≥2.5 mg·kg~(-1))却抑制其生长,小白菜株高和地上部干重分别较对照减少了0.4%、14.2%(2.5 mg·kg~(-1)Se)和15.8%、50.3%(5.0 mg·kg~(-1)Se).小白菜的根系对硒酸盐的胁迫更为敏感,单施硒处理小白菜根长和地下部干重均低于对照处理,且抑制作用随外源硒添加量的增加而增大,外源硒添加量为1.0、2.5、5.0 mg·kg~(-1)处理的小白菜的根长和地下部干重分别较对照下降了20.5%、28.3%、49.4%和29.2%、24.2%、58.5%.施硫能减缓硒对小白菜的胁迫,表现为相同硒剂量下,小白菜根长、地上和地下部干重均随外源硫剂量的增大而增加.另外,施硫处理小白菜叶绿素含量均显著高于相同硒剂量下的无硫处理,过氧化物酶活性却相反.相同硫剂量下,小白菜硒含量随外源硒添加量的增大而显著增大(p0.05),且地上部对硒的吸收和富集能力均显著大于地下部(p0.05).与此不同,施硫显著抑制小白菜对硒的吸收与富集(p0.05),小白菜地上、地下部硒含量和富集系数(BCFSe-shoot、BCFSe-root)均随外源硫剂量的增大而减小.小白菜生物量与其体内硒含量、硒富集系数呈显著负相关.由此可见,硫酸盐是通过抑制硒吸收和富集及调控小白菜自身的生理代谢来减缓硒酸盐对小白菜生长的胁迫.硫酸盐与硒酸盐的相互作用受硫剂量、硒剂量及植株部位的影响.     

南方红壤侵蚀流域水稻田中稀土元素的迁移累积特征

稀土元素通过植物吸收经食物链最终进入人体,并在人体中累积,进而影响食用人群的健康.水稻作为我国南方地区的主要粮食和经济作物,是人们生存的基础.本文通过南方花岗岩红壤侵蚀流域水稻植株根系土壤及其各部位稀土元素含量的调查,探究稀土元素在土壤-水稻系统中的迁移累积特征.结果表明:研究区土壤中稀土元素含量平均值为389.02 mg·kg~(-1),水稻土壤中呈现出重稀土元素相对富集的特点.土壤中稀土元素在Eu处呈亏损状态;除10号样点外,其他样点土壤的稀土元素在Ce处呈富集状态.水稻植株不同部位的稀土元素含量差异较大,水稻根、叶及稻谷中稀土元素含量的平均值分别为152.63、5.03和0.64 mg·kg~(-1),呈根叶稻谷的规律.稻谷中的稀土元素含量虽未超过日均稀土元素的摄入量(5.33μg·kg~(-1)·d~(-1)),但长期食用仍存在一定的健康风险.土壤稀土元素向水稻植株各部位的转移能力差异较大,呈根叶稻谷的规律.     

基施硅肥对土壤镉生物有效性及水稻镉累积效应的影响

为研究硅肥对土壤Cd生物有效性以及水稻累积重金属Cd的影响,模拟土壤低Cd污染水平(Cd总量为0.72mg·kg~(-1))和土壤高Cd污染水平下(Cd总量为5.08 mg·kg~(-1)),土壤基施0、15、30、60 mg·kg~(-1)的硅肥,进行水稻盆栽种植实验.结果表明,施用15~60 mg·kg~(-1)硅肥能提升水稻各生育期土壤的pH值,降低土壤交换态Cd含量和TCLP提取态Cd含量24.2%~43.7%,12.7%~46.8%,土壤中Si能与Cd形成Si-Cd复合物,降低土壤Cd的生物有效性,且降低效果在土壤低Cd污染水平时优于高Cd污染水平.硅肥提升水稻地上部的生物量尤其是产量.土壤低Cd污染水平下,Si对土壤Cd向水稻地上部的转运有促进和阻碍两种作用,施用量过低(Si 15 mg·kg~(-1))或过高(Si 60 mg·kg~(-1))时均促进土壤Cd向水稻地上部转运,施用量为30 mg·kg~(-1)时则阻碍Cd向上转运.随着Si施用量的增大,糙米Cd含量先上升后下降,范围为0.07~0.15 mg·kg~(-1),均低于0.2 mg·kg~(-1).土壤高Cd污染水平下,Si阻碍Cd向水稻地上部的转运,糙米、谷壳、茎叶的Cd含量分别降低38.7%~48.5%、35.7%~70.7%、30.9%~40.7%,糙米Cd含量范围0.23~0.28 mg·kg~(-1).综合考虑产量和糙米Cd含量,土壤低Cd污染水平下,建议施用30 mg·kg~(-1)的Si;高Cd污染水平下,建议施用Si 15~60 mg·kg~(-1).     

外源锌对水稻各部位镉吸收与累积的拮抗效应

为探明外源锌(Zn)对镉(Cd)污染稻田系统Cd吸收累积的影响,采用盆栽试验,向轻度(Cd含量为0.50 mg·kg~(-1))和中度(Cd含量为1.50 mg·kg~(-1))Cd污染土壤中施用不同浓度的外源Zn,研究Zn对土壤、水稻根表铁膜和水稻各部位中Cd、Zn含量变化的影响,探讨外源Zn对Cd污染稻田系统Cd吸收累积的交互作用.结果表明,在2种Cd污染土壤中,施用外源Zn显著降低了湘晚籼12糙米Cd含量,降低幅度为13.4%～78.4%;在轻度Cd污染土壤中,施用外源Zn显著降低了威优46糙米Cd含量,降低幅度为14.7%～79.8%,而在中度Cd污染土壤中,当外源Zn浓度超过40 mg·kg~(-1)将增加威优46糙米Cd含量;在2种Cd污染土壤下均显著增加2种水稻根表铁膜数量,分别增加14.7%～85.9%、5.8%～61.2%;但对土壤交换态Cd含量无显著影响.在2种Cd污染土壤中,2种水稻各部位Cd/Zn比值与Cd含量正线性相关,且各部位Cd/Zn比值呈下降趋势,2种水稻糙米、茎叶间Cd-Zn拮抗作用显著.轻度Cd污染土壤中,施加外源Zn可以降低湘晚籼12和威优46糙米中的Cd含量;中度Cd污染土壤中,外源Zn仍然可以降低湘晚籼12糙米Cd含量,而当外源Zn施加量高于40 mg·kg~(-1)时将增加威优46糙米的Cd含量.     

干湿交替灌溉制度下纳米修复材料对杂交籼稻籽粒Cd累积及产量的影响

干湿交替灌溉具有节水高产特性,但在重金属Cd污染稻田,干湿交替灌溉常导致稻米Cd含量>0.20 mg·kg^-1,通过添加钝化剂可能对水分高效利用及优质稻米生产具有显著的调控效应.为此,本研究以吸收能力较强的籼型亚种为试材,在前期筛选出的高积累品种（深两优1813）和低积累品种（两优6206）基础上,于Cd轻度污染稻田设置灌溉制度和钝化剂双因素多水平处理开展大田小区试验.结果表明,干湿交替灌溉下,成熟期土壤有效态Cd含量较移栽前降低17.13%~61.01%,而传统淹灌水稻的降低幅度为-43.45%~21.07%,干湿交替灌溉较传统淹灌表现出显著降低土壤有效态Cd含量（P<0.05）.水稻植株地上部各器官Cd含量则表现为干湿交替灌溉处理明显高于传统淹水灌溉处理.不同钝化剂处理相比较,多孔纳米陶瓷+石灰处理对于降低土壤有效态Cd含量和籽粒Cd含量效果最好,显著优于多孔纳米陶瓷、石灰+有机肥、石灰+生物炭、石灰及不施任何钝化剂处理（P<0.05）.深两优1813和两优6206在多孔纳米陶瓷+石灰组合修复模式下的籽粒Cd含量分别为0.23~0.24 mg·kg^-1和0.16~0.21 mg·kg^-1.产量在灌溉制度、品种、钝化剂处理间差异不显著（P>0.05）.干湿交替灌溉的籽粒Cd含量在多孔纳米陶瓷+石灰组合模式下存在超标风险（深两优1813品种为0.24 mg·kg^-1;两优6206品种为0.21 mg·kg^-1）,但通过选用低积累品种,籽粒Cd含量具有可预见性的达标（<0.20 mg·kg^-1）潜力.因此,干湿交替灌溉+多孔纳米陶瓷和石灰组合修复模式+低积累品种可视为Cd轻度污染稻田节水高产优质稻米的调优生产模式.     

陕西泾惠渠灌区土壤-小麦体系中硒的空间分布特征

查明一个地区土壤和主食中硒含量及其空间分布特征,是探究该地区人体硒营养状况的重要基础.基于陕西泾惠渠灌区104个表层土壤样品和对应的小麦籽粒硒含量的测定,运用地统计的方法,对该地区硒含量的空间分布特征进行了分析,评价了土壤硒的有效性及其对人体硒摄入量的影响.结果表明:泾惠渠灌区土壤总硒含量变化为0.020~0.603 mg·kg-1,平均为(0.154±0.085)mg·kg-1,76.9%的地区处于临界缺硒状态,其中以阎良区土壤硒含量显著高于高陵区、临潼区、泾阳县和三原县;小麦籽粒硒含量为0.003~0.485 mg·kg-1,平均为(0.076±0.070)mg·kg-1,各地区间无显著差异,69.2%达到适度硒水平.造成土壤硒含量处于临界缺硒水平而小麦硒含量达到适度硒水平的原因是该地区土壤有效硒占土壤总硒含量的11.6%,硒的有效性相对较高.该灌区土壤和小麦的硒含量分布存在显著空间分布不均一性,在粮食硒强化中应综合考虑土壤供硒及作物硒吸收两个方面.     

不同土壤-小麦体系中铅镉交互作用与转运特征

选用海伦黑土、咸宁棕红壤和长武黑垆土这3种土壤,分别设置4组不同含量配比的Pb和Cd复合处理,进行为期5个月的小麦种植(郑麦9023号)盆栽试验,结合小麦植株各部位Pb和Cd含量,分析3种土壤-小麦体系中Pb和Cd交互作用对小麦富集转运重金属的影响.结果表明,低pH棕红壤水溶态Cd和Pb含量最高,且土壤颗粒表面Pb和Cd交互作用显著,高有机质黑土及高碳酸钙含量的黑垆土中Cd和Pb活性较低.3种土壤中黑垆土种植小麦的株高和干重表现最差,但Pb和Cd复合作用使其株高较对照增加了2.68～8.49 cm, Pb和Cd交互作用对黑土中小麦的株高和干重影响最小,但抑制了棕红壤中小麦生长.3种土壤-小麦体系的Pb和Cd交互作用差异较大,棕红壤中Pb和Cd间存在协同作用,125 mg·kg^-1和250 mg·kg^-1Pb处理下棕红壤种植的小麦籽粒Pb含量随Cd添加量升高分别显著增加73.2%和19.1%;黑土中Pb和Cd间存在拮抗作用,0.3 mg·kg^-1和0.6 mg·kg^-1 Cd处理下黑土中小麦籽粒Cd含...