钝化剂对农田土壤Cd有效性及不同水稻品种吸收Cd的研究

为从源头保障农产品质量安全,做好农田土壤镉污染修复,在镉污染农田上研究施加TX土壤调理剂、NL土壤调理剂、生物炭、石灰、硅肥5种钝化剂对土壤pH、有机质、Cd有效态含量、Cd不同形态的影响,并探讨钝化剂对4个不同水稻品种的产量以及水稻各器官吸收Cd的影响,筛选降解Cd效果较优的钝化剂和籽粒吸收Cd较少的水稻品种。结果表明:与对照处理相比,施加TX、NL土壤调理剂、生物炭、石灰、硅肥处理土壤中Cd有效态含量分别降低了59.4%、29.9%、22.8%、22.4%、54.4%。施加钝化剂降低了土壤中弱酸提取态和可还原态含量,增加了可氧化态和残渣态含量。其中,TX土壤调理剂处理的弱酸提取态占比降幅最大为11.9%,残渣态占比增幅最大为15.4%。施加钝化剂可提高水稻产量和抑制水稻各器官（根、茎、籽粒）对Cd的积累,其中施加TX土壤调理剂的效果最优,淮稻5号、扬粳805、扬粳103、南粳9108的产量分别提高了14.2%、18.6%、9.2%、29.2%,籽粒中Cd含量分别显著降低了80.5%、82.8%、65.4%、55.6%。对照处理中,淮稻5号、扬粳805、扬粳103、南粳9108籽粒Cd含量分别为0.836,0.853,1.047,1.22 mg/kg。只有种植淮稻5号和扬粳805同时配施TX土壤调理剂处理,籽粒Cd含量分别为0.163,0.147 mg/kg,符合GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》。推荐淮稻5号和扬粳805品种为适应于苏中地区的重金属低积累水稻品种,再结合施用合适钝化剂可在重金属Cd中轻度污染土壤上推广应用以保障农产品安全。     

不同结构改良剂对铜镉污染土壤水稻生长和重金属吸收的影响

本研究以铜（Cu）、镉（Cd）污染水稻土为对象,通过水稻盆栽试验研究聚丙烯酸（PAA）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚乙烯醇（PVA）和腐殖酸（HA）这4种结构改良剂对水稻生长和重金属吸收的影响.结果表明,与对照处理相比,施用结构改良剂处理水稻株高和秸秆重分别增加了7.34%~22.0%和10.0%~32.2%,结构改良剂用量越高,增幅越大.施用0.4%的结构改良剂对水稻有一定的减产效应,籽粒重比对照处理降低了6.70%~32.6%.施用结构改良剂对土壤pH值无影响,但显著降低了土壤有效态Cu （5.38%~39.7%）和Cd含量（6.98%~59.6%）,水稻根、秸秆和稻米中Cu含量分别降低了0.88%~27.2%、8.50%~45.2%和3.41%~31.2%,Cd含量分别降低了5.93%~20.5%、10.0%~51.4%和3.12%~50.7%,PAA处理的降幅最大、PVA处理的降幅最小.结构改良剂降低了Cu和Cd从根系向秸秆的转运系数,但增加了Cu和Cd从秸秆向稻米的转运系数.总体来看,施用结构改良剂促进了水稻生长,抑制了水稻对Cu和Cd的吸收,对重金属污染土壤具有一定的修复效果.     

镨对镉胁迫下水稻幼苗根系生长和根系形态的影响

为了解稀土镨对镉胁迫下水稻(Oryza sativa L.)根系毒害的缓解效应,以水稻幼苗为实验材料,采用溶液培养方法,研究了50μmol·L-1镉胁迫下不同浓度镨对水稻幼苗根系鲜质量、形态和根系活力的影响。结果表明,50μmol·L-1镉胁迫下,水稻根系生长受到明显的抑制,根系鲜质量、根长、根表面积、根体积和根系活力明显降低,且随镉处理时间的延长,抑制程度加重。但镉对根系平均直径无明显影响。23～184μmol·L-1的镨对水稻镉毒害有一定的缓解效果,可不同程度的减轻镉对幼苗的伤害,促进了镉胁迫下根系鲜质量、根系长度、根系表面积和根系体积的增加,提高了根系活力,且随着处理时间的延长,缓解效应愈加明显,与单镉毒害相比,镨处理5天后根系鲜质量、根长、根表面积、根体积和根系活力分别提高了0.92%～14.8%、1.61%～16.3%、2.57%～20.3%、1.52%～17.2%和3.71%～32.8%,处理10d后根系鲜质量、根长、根表面积、根体积和根系活力分别提高了2.55%～31.2%、1.44%～21.4%、1.78%～27.2%、2.16%～23.4%和8.14%～52.9%;此外,23～184μmol·L-1的镨处理对直径≤1.0mm的根长和根表面积、直径0.5mmD≤1.0mm的根体积影响较大,其分别提高了0.9%～24.3%、1.9%～32.6%、0.4%～33.2%,其中以92μmol·L-1镨缓解效果最好。但随着镨浓度的进一步加大,当镨浓度达到230μmol·L-1时,反而会使水稻根系受到更严重的毒害。     

水稻土中外源Cd老化的动力学特征与老化因子

选择5种不同性质的水稻土,通过外源添加制备了6个不同浓度梯度的Cd污染土壤,研究了外源Cd在几种水稻土中的老化动力学特征与影响因子;同时利用盆栽实验,结合Log-logistic分布模型,研究了5个不同老化时间(14、30、60、90和180d)与土壤中Cd对二种不同Cd敏感性水稻生长毒性的影响.结果表明,不同浓度外源Cd进入土壤后,0.05mol/L EDTA-2Na浸提的有效态Cd含量随着老化时间的增加而逐渐下降;与14d处理相比,老化30d后土壤中有效态Cd降幅达21.5%(红壤)~38.0%(黑土);老化90d后,土壤中Cd进入慢反应阶段. 基于二级动力学方程的拟合参数显示,土壤中Cd的老化特征表现为有效态Cd含量在30~60d内快速降低,随后变化减缓,经过90d的老化后,土壤中有效态Cd含量逐渐趋于平衡.基于老化动力学方程参数(C∞及K2)与土壤性质间的相关性分析表明,土壤pH值是影响Cd有效态含量变化的主控因子,其次是土壤CEC和OC含量.在不同性质土壤中,随着老化时间的增加,土壤中外源Cd对水稻生长毒性的半抑制浓度(EC50)值显著升高;与14d老化处理相比,经过180d老化后土壤中Cd对水稻生长毒性的EC50增加72.1%~195.0%;在大于90d的长期老化过程中,土壤pH值对Cd老化过程的影响逐渐降低,而CEC的影响逐渐上升,尽管如此,土壤中Cd老化过程的主要影响因子仍然是土壤pH,而与测试的2种水稻品种无关.     

Cd-Pb复合污染土壤钝化修复效率与生物标记物识别

为验证重金属钝化修复效率与植物生理生化特征的关系,采用盆栽试验研究了在Cd-Pb复合污染土壤中添加海泡石后,水稻幼苗叶片和根系中SOD(超氧化物歧化酶)活性、POD(过氧化物酶)活性、w(SP)(SP为可溶性蛋白)、C_MDA(丙二醛含量)、叶片光合色素含量以及稻草和糙米中w(Cd)、w(Pb)的变化情况. 结果表明:添加海泡石后,水稻幼苗叶片和根系SOD活性、根系POD活性均随海泡石添加量的增加呈先增后降趋势,叶片POD活性随海泡石添加量的增加而增大,其中,当海泡石添加量为1.0%时,其最大增幅达33.6%;与之相反,叶片C_MDA、叶片和根系w(SP)均随海泡石添加量的增加而降低,分别比对照处理降低8.0%~30.0%、6.3%~22.3%和17.7%~25.5%. 不同添加量海泡石处理下,稻草和糙米中w(Pb)分别降低20.5%~43.6%和18.7%~43.5%,w(Cd)分别降低8.3%~23.9%和21.2%~55.2%. 幼苗w(Chl)(Chl为叶绿素)、w(SP)与糙米w(Cd)之间,以及叶片C_MDA与糙米w(Cd)、w(Pb)间均呈显著正相关(P<0.05),而叶片POD活性与糙米w(Cd)之间呈极显著负相关(P<0.01),水稻幼苗叶片w(Chl)、w(SP)、C_MDA和POD活性可以作为评估海泡石钝化修复Cd-Pb复合污染钝化修复效率的分子生物标记物.      

阿特拉津生产废水排放对水稻危害的风险分析

阿特拉津是目前世界上广泛使用的除草剂之一,在我国主要使用于东北和华北地区。近年来我国一些地区接连发现了灌溉含有阿特拉津河水的水稻疫苗受害事件。以河北省宣化农药厂的生产工艺为例,通过使用概率评价的方法,进行了阿特拉津对水稻危害的风险分析研究结果表明,这种风险不仅与工厂废水中阿特拉津的排放有关,而且还取决于河水的流量及其风险率所得结果与该厂历史上的实际情况相吻合。     

"金米"的故事

战胜饥饿是人类有史以来的一个基本而伟大的理想。然而,就在科学能够破译人体基因组秘密、计算机及其技术走进千家万户的同时,世界上相当多的国家仍然为粮食短缺所苦。科学和技术的发展应该怎样尽快地解决“吃”的基本问题,科学家应该如何看待自己对人类的道义责任?德国《法兰克福汇报》报道的“金米”的故事可能会给人们一些启发。     

我国近地层臭氧污染对水稻和冬小麦产量的影响概述

地表监测数据表明,我国近地层O3污染日趋严重,已对水稻和冬小麦的生长造成严重威胁。为评估O3污染对我国农业生产的风险,综合已有剂量反应实验结果,对我国南北五个地区(北京、定兴、江都、嘉兴、东莞)水稻和冬小麦的O3敏感性进行了比较分析。研究发现:(1)随着实验地区和实验品种的变化,两种作物的O3敏感性存在明显差异,其中,水稻对O3的敏感程度由北到南逐渐增加;(2)两种作物的产量均随O3剂量的增加而降低,且冬小麦的减产程度高于水稻;(3)基于FACE实验得到的作物O3敏感性高于基于OTC实验的研究结果。利用上述研究得到的O3剂量反应方程和O3浓度预测数据,对未来我国水稻和冬小麦的产量损失进行了评估。预计到2020年,我国五个主要作物产地水稻和冬小麦的产量损失范围分别为3.2~28.8%和7.8~36.9%。上述结果表明,O3污染已对我国主要粮食作物的生长造成巨大威胁,且作物品种间存在明显的O3抗性差异,有必要采取有效措施缓解O3浓度的上升,同时,需要利用更科学的实验方法进行O3抗性品种的选育,这对降低O3的农业风险具有重要意义。     

秸秆和肥料管理措施对太湖流域水稻种植氮流失的影响

稻田系统的氮流失是农业面源污染的重要组成部分. 当前,氮肥投入量已得到有效控制,针对不同秸秆和肥料管理措施的多途径（径流、侧渗、下渗）氮流失特征研究还较为缺乏. 对此,选取太湖流域种植时长超过20 a且持续秸秆还田超过5 a的稻田,研究秸秆和肥料管理措施对水稻全生育期不同途径氮流失的影响,并基于作物产量、氮利用效率及氮流失强度,对秸秆和肥料管理措施的生产适宜性和环境友好性进行研判. 结果表明,秸秆离田会提升水稻植株对施氮的敏感度. 稻季氮总流失量为9~17 kg·hm^-2,占氮肥施用量的5%~7%. 对秸秆管理而言,秸秆离田的泡田排水具有更高氮流失风险;秸秆还田可降低15%以上的下渗途径氮流失量,但是对侧渗途径的氮流失作用并不明确. 对肥料管理而言,有机肥的适宜替代可较同施氮梯度下的化肥施用减少16%的种植期径流氮流失、26%的下渗氮流失,以及37%的侧渗氮流失. 综合产量数据,实施秸秆还田和肥料类型优化能够有效降低生产单位重量稻米的氮流失量,切实实现对农业生产和环境友好的双向兼顾.     

源自酸性矿山废水的砷在土壤-水稻体系中的分布特征及赋存形态研究进展

日益严重的As污染问题引起众多学者的关注。不同形态As的毒性差异很大,一般情况下,一甲基砷(MMA)和二甲基砷(DMA)毒性最弱,五价砷As(V)较强,三价砷As(Ⅲ)毒性最强。水稻作为我国主要粮食作物之一,稻米中As赋存形态及含量直接关系到稻米的食用安全及人体健康。因此,了解稻田土壤-水稻体系中As分布特征及形态转化规律,对高As煤矿区周边稻田土壤As污染风险评价及其治理修复具有重要意义。