组配改良剂对稻田系统Pb、Cd和As生物有效性的协同调控

通过水稻盆栽种植试验,研究了两种组配改良剂LST(石灰石+海泡石+二氧化钛)和LSF(石灰石+海泡石+硫酸铁)在不同添加量(0、1、2、4、8、16 g·kg-1)下对水稻土壤Pb、Cd和As的生物有效性以及水稻吸收累积Pb、Cd和As的影响.结果表明:1与对照相比,组配改良剂LST和LSF均使土壤p H值上升,且与对照之间均存在显著差异(P0.05);两种组配改良剂相比,LST比LSF使土壤p H值上升得更多.2施用1~16 g·kg-1的LST和LSF使土壤中Pb、Cd和As的交换态含量分别降低16.8%~88.3%、22.4%~73.7%、2.25%~43.8%和20.2%~86.9%、20.7%~51.2%、18.0%~55.1%,均与对照之间存在显著差异.LST和LSF均能显著降低水稻植株对Pb、Cd和As的吸收.当LST和LSF施加量为16 g·kg-1时,糙米中Pb、Cd和As的含量最高分别降低了50.7%、64.7%、34.1%和40.7%、40.7%、36.2%.3水稻各部位对Pb和As的转运能力为谷壳茎叶根系,对Cd的转运能力为谷壳根系茎叶,水稻中谷壳向糙米转运Pb、Cd和As的能力为CdAsPb.4施加LST和LSF后,水稻糙米中Pb、Cd和As含量与土壤Pb、Cd和As交换态含量之间存在极显著的正相关关系,与土壤p H值之间存在显著的负相关关系.     

水稻对不同土壤中硒酸盐/亚硒酸盐的吸收和富集

通过土培试验研究了在3种类型土壤(红壤、黑土和灰钙土)上施用不同价态硒肥(Na2 SeO3或Na2 SeO4)条件下,水稻地上部硒含量的变化.结果表明,在水稻幼苗期,3种土壤上Se4+硒肥处理的水稻幼苗地上部硒含量高于Se6+硒肥处理.施用Se4+硒肥,红壤、黑土及灰钙土中水稻幼苗的硒含量分别为5.76、1.18和1.11 mg· kg-1,分别为对照的2.5、4.7和6.9倍;施用Se6+硒肥,红壤、黑土及灰钙土中水稻幼苗的硒含量分别为4.70、0.66和0.73 mg·kg-1.在水稻成熟期,施用Se4+硒肥后,红壤、黑土及灰钙土中水稻籽粒中硒含量分别由对照中的0.34、0.05和0.05 mg·kg-1增加到0.94、0.14和0.20 mg·kg-1;施用Se6+硒肥后,红壤、黑土及灰钙土中水稻籽粒中硒含量分别为1.13、0.12、0.16mg·kg-1.不同价态硒肥处理和土壤类型对水稻幼苗和成熟地上部硒含量都有显著影响.在pH值低的红壤上施用Se6+硒肥效果更好,而在pH值高的黑土和灰钙土上施用Se4+硒肥效果更好;从环境风险和硒对植物毒性的角度考虑,硒肥以亚硒酸盐的形式施用比较好.     

小麦和水稻对纳米硒的吸收和转运

通过水培试验,研究了不同粒径纳米硒(Se NPs)和不同p H条件对小麦(Triticum aestivum L.)及水稻(Oryza sativa L.)吸收、转运硒的影响.结果表明,小麦和水稻对不同粒径(50、100和150 nm) Se NPs的吸收规律不同. 24 h和72 h处理下,小麦根系对3种粒径Se NPs的吸收无显著差异,但其地上部中的硒含量(以干重计,下同)在50 nm Se NPs处理下达到最高,分别为(1. 89±0. 47)μg·g-1和(5. 18±1. 51)μg·g-1.硒在小麦体内的转运系数也在50 nm Se NPs处理24 h时显著高于其他粒径Se NPs处理2. 38倍(P 0. 05).对于水稻而言,50 nm Se NPs处理24 h时根系中的硒含量分别比100 nm和150 nm Se NPs处理增加了11. 18%和41. 81%,但在72 h时3种粒径Se NPs处理间根系对硒的吸收无显著差异.同时,硒在水稻中的地上部含量和转运系数也在50 nm Se NPs处理达到了最大值.另外,p H条件也会影响植物对硒的吸收和转运. Se NPs处理24h时,小麦根系在p H为6时对硒的吸收量最大,并高于亚硒酸盐处理89. 47%,但在p H为4时小麦对硒的转运能力最强.水稻在p H较低时(p H为3. 5和5. 5),对Se NPs的吸收量显著低于亚硒酸盐,且Se NPs在p H为3. 5时更易转运.以上结果表明水稻和小麦均可以吸收Se NPs,并且在p H较低的环境下Se NPs粒径越小越容易在植物体内转运.     

溴化十四烷基吡啶对黑麦草吸收土壤中菲的影响

研究了澳化十四烷基吡啶(Myrlstylpyridinium bromide,MPB)对黑麦草吸收土壤中菲的影响.结果表明.由于MPB能显著增强吸附固定土壤中的菲,限制其从土壤固相向土壤水相迁移,从而可降低土壤水相中菲浓度,导致黑麦草吸收积累菲的程度降低.在两种不同菲污染水平的土壤中,MPB添加浓度为0～600 mg·kg-1时,黑麦草根系和茎叶中菲含量均随MPB添加量的增加而降低.当MPB添加浓度为600 mg·kg-1时.黑麦草根系菲含量分别为0.12 mg·kg-1和0.35 mg·kg-1,分别比对照低了77.0%和53.3%;茎叶中菲含量为0.12 mg·kg-1和0.26 mg·kg-1,分别比对照低了64.7%和50.9%.     

施硅对水稻铁膜砷固定和体内砷转运的影响

水稻铁膜对砷(As)的固定及其体内As的转运深刻影响着糙米中As的累积.施硅(Si)能够抑制水稻对As的累积,然而,施Si如何调控铁膜对As的固定和水稻各部位的As向糙米的转运,相关机制目前尚未十分清楚.以As超标土壤中的水稻铁膜为研究对象,通过开展不同Si处理水平的土壤盆栽试验,研究施Si对水稻根表铁膜固定As和各组织器官中As向糙米转运的影响及作用机制.结果表明,Si2(0.66 g·kg^-1)处理显著提高了水稻根系CAT(1.81倍)、SOD(7.98倍)和POD(1.25倍)酶活性,增加了铁膜中的DCB-Fe含量(44.35%),提高了铁膜的表面粗糙度(108.91%),导致铁膜的DCB-As含量明显升高(88.32%);而且,Si2处理显著增加了水稻根中As的累积率,降低了根和叶对As的转运能力,最终导致糙米中As含量的显著降低(53.12%).施Si增强水稻根表铁膜对As固定的原因可归结于Si促进铁膜的形成和增大铁膜的表面粗糙度,而施Si抑制根和叶中As向糙米的转运则可能与Si竞争水稻体内As的转运蛋白,促进As-巯基络合物形成以及增强As液泡区隔化等...     

复合改良剂对Cd污染稻田早晚稻产地修复效果

选取湖南省长沙市北山镇某中重度Cd污染稻田,连续种植早晚两季水稻,研究复合改良剂(石灰石+硅藻土+硫酸铁)对稻田土壤重金属Cd的生物有效性和水稻各部位累积Cd的影响.结果表明,施用复合改良剂提高了早、晚稻土壤pH值、CEC值,降低了早稻土壤中有机质含量(OM值).Cd的TCLP提取态与交换态Cd含量分别降低了18.0%~33.0%、5.4%~57.9%,但对晚稻土壤中Cd的2种提取态含量与OM值影响不显著.施用复合改良剂显著降低早稻糙米、谷壳、茎叶、根系中的Cd含量,分别降低了29.6%~56.1%、52.1%~54.0%、18.1%~80.7%、24.4%~41.6%.早稻与晚稻之间对Cd的转运能力呈现明显差异,Cd在晚稻植株体内的转运过程更为通畅.晚稻除谷壳中的Cd含量在2 g·kg~(-1)的添加量下有所上升外,复合改良剂对水稻各部位Cd含量影响不显著(P0.05).糙米中Cd含量与土壤中TCLP可提取态含量和Cd的交换态含量存在显著正相关关系.复合改良剂有效地抑制了早稻植株对土壤中Cd的吸收,糙米中的Cd含量显著降低;晚稻期间复合改良剂随水分流失,不能持续地固化土壤中的Cd,建议在各季稻之间补加一次.     

复合改良剂对稻田Cd、As活性与累积的协同调控

为同时降低水稻糙米中Cd、As含量,以达到国家标准食品污染物限量标准,选取湘南某矿区Cd-As复合污染稻田土壤,以盆栽实验研究复合改良剂QFJ(羟基磷灰石+沸石+酸改性炭化秸秆)对土壤中Cd、As生物有效性及对水稻各部位累积Cd、As的影响,探讨QFJ对土壤Cd、As生物活性与稻米Cd、As累积的协同调控.结果表明:施用QFJ降低了水稻糙米中的Cd、As含量,施加量2g/kg时,糙米中Cd、As含量分别为0.19mg/kg和0.14mg/kg,均低于对照组的0.49mg/kg和0.27mg/kg,且同时低于0.2mg/kg,达到了国家标准食品污染物限量标准.施用QFJ提高了土壤pH值0.02~0.68单位,增加了土壤CEC、OM含量,同时土壤中Cd 的酸可提取态、交换态及TCLP提取态含量分别降低了7.3%~32.5%、12.6%~39.8%和40.7%~60.1%,对As的交换态和TCLP提取态含量的影响趋势是先降低后增大.糙米中Cd含量与土壤中Cd的3种提取态含量存在极显著正相关关系,As含量与其土壤中TCLP提取态含量存在极显著正相关关系.当QFJ施加量在2g/kg水平时,土壤中Cd、As的生物活性可协同控制在较低水平,从而同时降低了糙米中Cd、As含量.施用QFJ使得Cd在水稻根表铁膜中的含量呈增大趋势,在水稻其他部位含量呈减小趋势;As在谷壳中含量呈减少趋势,在其他各部位呈先减小后增大的趋势.水稻吸收的Cd和As大部分累积在根部和茎叶部,各部位Cd累积率大小是白根 > 茎叶 > 糙米 > 谷壳,As是茎叶 > 白根 > 糙米 > 谷壳.根据Cd-As污染程度不同,可考虑施用2~4g/kg QFJ以达到水稻的安全生产.     

水分管理和外源硒对水稻吸收累积铅的影响

通过盆栽试验,研究了不同水分管理和外源亚硒酸盐的添加对水稻根际铅的动态变化和水稻吸收累积铅的影响.结果表明,淹水显著增加了根表铁膜对铅的吸附和根系对铅的吸收,淹水下苗期和成熟期水稻根系铅含量分别是非淹水处理时的4.2~8.5和1.4~1.5倍;淹水降低了地上部的铅分配,在苗期和成熟期分别降低85.9%~86.7%和51.8%~74.0%.加硒降低了土壤溶液、苗期水稻根系和地上部的铅含量以及成熟期水稻根表铁膜、根系和茎中的铅含量.与对照相比,淹水和非淹水下加硒处理使苗期水稻根系铅含量分别降低了5.4%~24.3%和2.7%~61.7%,使成熟期水稻根系铅含量分别降低了56.1%~64.1%和53.8%~63.2%.水稻籽粒中的铅含量在不同处理间无显著差异.因此,水分管理和外源硒的添加显著影响了水稻根系对铅的吸收,而对水稻籽粒对铅的累积无显著影响.     

洋河流域不同土地利用类型土壤硒(Se)分布及影响因素

基于洋河流域土地利用方式、海拔高度、土壤、植被类型等采集流域上下游171个代表性表层土壤(0~10 cm),系统地分析了土壤总硒(Se)含量、分布及影响因素.结果表明,洋河流域土壤总Se含量(以干重(dw)计,下同)在0.02~3.24mg·kg-1之间,几何平均值为0.30 mg·kg-1,高于北京平原(0.20 mg·kg-1)、河北平原(0.19 mg·kg-1)和全国平均值(0.29mg·kg-1).洋河流域少Se(0.13~0.18 mg·kg-1)土壤主要分布在怀安县、宣化县以及怀来县,多数地区土壤处于足Se水平(0.18~0.45 mg·kg-1),除此之外,在万全县、兴和县、天镇县及阳高县分布有富Se(0.45~2.0 mg·kg-1)土壤.不同土地利用类型中Se含量有所差异,Se平均含量由高到低分别为:林地城镇工矿用地草地农业用地,其中农业用地平均含量为0.28 mg·kg-1.成土母质、土壤类型对洋河流域Se含量影响较小.黏粒含量与洋河流域表层土壤中Se相关性最好.Se含量随海拔增高显著增加,随p H增加显著减小.TOC、Fe和Al含量也是影响土壤Se含量的重要因素.     

苗期小麦和水稻对硒酸盐/亚硒酸盐的吸收及转运机制

采用营养液培养方法研究了苗期小麦和水稻对硒酸盐(Na2SeO4)和亚硒酸盐(Na2SeO3)的吸收及转运机制.营养液中供给Na2SeO4时,正常培养的水稻地上部和根中硒的含量分别30.3 mg·kg-1和39.0 mg·kg-1,水稻吸收的硒有80%从根转移到了地上部;小麦地上部和根中硒的含量分别为1.76 mg·kg...     

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.     

安徽庐江潜在富硒土壤硒生物有效性及其影响因素

为研究潜在富硒土壤硒生物有效性,采集安徽庐江潜在富硒地区64组水稻及对应根系土壤样品,分析土壤理化性质、土壤养分、全硒、不同形态硒及大米硒含量,采用线性回归法探究土壤硒生物有效性的影响因素.结果表明,大米硒含量（记作Se_rice,下同）为0.037~0.120 mg/kg,土壤全硒含量（记作Se_tot,下同）为0.260~1.177 mg/kg,土壤硒以腐殖酸态硒（15.5%~44.7%）、强有机态硒（12.5%~53.3%）和残渣态硒（8.1%~68.5%）为主.土壤有效硫、有效磷通过提高强有机态、腐殖酸态和浸提性硒含量并促进水稻籽实（大米）对硒的吸收,而土壤阳离子交换量（cation exchange capacity,CEC）、速效钾、全铁和全锰通过降低水稻生物可利用态硒含量（包括水溶态、腐殖酸态、强有机态和浸提性硒）抑制水稻籽实（大米）对硒的吸收.Se_tot与Se_rice显著正相关（R=0.616,P < 0.01）,非残渣态硒含量与有机质含量之比（记作NRE-Se/OM）与Se_rice相关性最强（R=0.774,P < 0.01）.土壤NRE-Se/OM、有效硫、有效铁、全锰构建的多元逐步线性对数回归模型可解释水稻籽实（大米）吸收硒的76.0%的方差.因此引入变量NRE-Se/OM,并结合土壤有效硫、有效铁和全锰能有效评价和预测研究区土壤硒生物有效性.      

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).     

硫酸亚铁和硝酸铁施用对根际土壤-水稻系统中镉运移的影响

我国稻田镉（Cd）污染治理刻不容缓.氮（N）、硫（S）和铁（Fe）的生物地球化学循环,以及Fe-N和Fe-S循环耦合体系,都与土壤-水稻系统中Cd运移密切相关.以N、S和Fe对水稻生长的营养供给为切入点,研发抑制稻米Cd累积的营养型阻控技术及产品,势必能为稻田Cd污染治理提供新的解决途径.本文在前期研究成果的基础上开展根际袋-盆栽试验,分析硫酸亚铁（FeSO₄）和硝酸铁［Fe（NO₃）₃］处理条件下根际土壤中Cd活性变化与水稻体内Cd转运规律,探索糙米Cd累积的影响因素及制约机制.结果表明,FeSO₄和Fe（NO₃）₃处理都显著减小了根际土壤中有效态Cd（NH₄Ac-Cd）含量,且前者减小的幅度（55.6%）小于后者（76.0%）;FeSO₄和Fe（NO₃）₃处理都明显改变了水稻体内Cd分布特征,但前者增大了糙米Cd含量（0.6mg ·kg^-1）,而后者却减小了糙米Cd含量（0.1mg ·kg^-1）.根表铁膜对Cd的吸附或与Cd共沉淀、水稻根、茎和叶对Cd的累积量增大以及根、茎和结节对Cd的转运能力增强,是导致FeSO₄处理中糙米Cd含量增大的重要原因;Fe（NO₃）₃处理中糙米Cd含量减小,则可归结为无定形铁矿物对Cd的吸附或与Cd共沉淀、铁硫化物与Cd共沉淀、茎和结节对Cd的累积量减小以及根、叶和结节对Cd的转运能力减弱.本研究成果将为后期营养型阻控产品及施用技术研发提供科学依据,并为我国稻田Cd污染治理提供重要参考.     

三元土壤调理剂对田间水稻镉砷累积转运的影响

通过镉砷复合污染稻田的土壤调理剂原位治理,研究了三元土壤调理剂QFJ（羟基磷灰石+沸石+改性秸秆炭）对稻田土壤基本理化性质和水稻各部位镉砷累积转运的影响.结果表明,在土壤Cd总量3.58 mg·kg^-1,As总量124.79 mg·kg^-1污染程度下,施用QFJ后,水稻根际土壤pH值、阳离子交换量及有机质含量有增大的趋势;土壤交换态Cd和As含量可分别从0.37 mg·kg^-1、0.07 mg·kg^-1下降到0.12 mg·kg^-1、0.04 mg·kg^-1.QFJ的施用,可有效降低水稻各部位中Cd和As含量,在9.00 t·hm^-2施用量水平,可将糙米中Cd含量从0.46 mg·kg^-1下降到0.18 mg·kg^-1,无机As含量从0.25 mg·kg^-1降低到0.16 mg·kg^-1,同时低于国家食品污染物限量标准0.2 mg·kg^-1的要求,实现水稻安全生产.施用QFJ减少了水稻根系对Cd和As的富集,降低了水稻植株将Cd从地下部转运到地上部的能力,降低了根系转运Cd的能力以及茎叶、谷壳转运As的能力.     

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.     

不同浓度锌处理下水稻幼苗对镉的累积效应

为探究锌（Zn）对水稻镉（Cd）累积的影响及其根表铁膜所发挥的作用,选取Cd高累积型水稻品种中9优547（简称"Z547"）和Cd低累积型水稻品种金优402（简称"J402"）,采用温室水培试验,研究0、2、5、10、15和20 μmol/L等6个Zn浓度下水稻幼苗对Cd的累积效应,以及不同浓度Zn处理对根表铁膜生成量的影响.结果表明:①随着c（Zn）的增加,Z547和J402水稻幼苗生物量均呈先增后减的趋势,分别在c（Zn）为2和10 μmol/L时达到最大值.②Z547和J402水稻幼苗中w（Cd）均呈先降后增的趋势,分别在c（Zn）为5和2 μmol/L时达到最小值;当水稻幼苗中w（Cd）达到最小值时,Z547根和地上部中w（Cd）分别为31.65和11.47 mg/kg,J402根和地上部中w（Cd）分别为22.58和14.36 mg/kg.③不同浓度Zn处理下水稻幼苗各部位中w（Cd）均与根表铁膜中w（Mn）、w（Fe）、w（Fe+Mn）呈显著正相关,高铁膜处理水稻幼苗中w（Cd）显著高于低铁膜处理,表明根表铁膜生成量的增加会促进Cd在水稻幼苗中的累积.研究显示,当c（Zn）较低时,c（Zn）的增加会抑制水稻幼苗对Cd的累积;当c（Zn）较高时,c（Zn）的增加会促进水稻幼苗对Cd的累积,而Zn可通过控制根表铁膜的生成来影响水稻幼苗对Cd的累积.