稻田落干过程砷甲基化效率变化与关键影响因素分析

研究稻田落干过程砷甲基化效率变化规律,分析关键环境和生物因素的影响,为今后水稻直穗病防控提供科学依据.开展室内培养模拟稻田落干过程,以采集自贵州兴仁（XR）和广西南丹（ND）的两种砷污染水稻土壤为供试土壤,各土壤设置添加（RS）和不添加（CK）水稻秸秆处理,分析自然落干0、24、36、48和60 h过程中Eh、pH、孔隙水总有机碳（TOC）、砷形态、砷甲基化功能基因（arsM）、硫酸盐还原菌（dsrA,砷甲基化相关微生物）、产甲烷菌（mcrA,砷去甲基化相关微生物）丰度和arsM功能微生物多样性变化.稻田落干过程土壤Eh由完全淹水状态下的-300~-200 mV向落干后的-150~-50 mV变迁,而pH值变化规律不明显;孔隙水无机砷（iAs）和二甲基砷（DMAs）浓度随落干过程变化更为显著,总体呈现增加趋势,且RS处理DMAs浓度显著高于CK,ND土壤孔隙水比XR土壤孔隙水DMAs浓度更高;随落干时间延长,XR-CK和XR-RS处理土壤砷甲基化效率有一定提升,但变化不显著,而ND-CK和ND-RS处理土壤砷甲基化效率显著增加.当培养为60 h时,ND-CK和ND-RS处理砷甲基化效率相比培养初期分别提高约61.8%和23.2%;随落干时间延长arsM和dsrA基因拷贝数明显增加,而mcrA基因拷贝数显著下降.秸秆添加后显著提高全细菌和arsM、dsrA和mcrA基因丰度;进一步基于多因素方差分析和冗余分析发现,供试土壤、秸秆添加、落干时间和其交互作用对于各砷形态、砷甲基化效率和关键基因丰度变化影响显著,TOC、Eh和砷甲基化相关基因与甲基态砷呈正向关联,而与无机砷iAs呈负向关联;基于arsM微生物测序发现,伴随落干过程还发生着砷甲基化功能微生物群落的更替.研究结果有助于提升稻田落干过程中砷甲基化变化的理论认知,为今后水稻直穗病科学防控提供指导.     

不同含磷物质对重金属污染土壤-水稻系统中重金属迁移的影响

通过水稻盆栽试验研究磷酸氢二钠(DSP)和羟基磷灰石(HAP)对污染土壤中重金属(Pb、Cd、Zn)向水稻迁移的影响.结果表明,①DSP和HAP都显著提高了土壤pH值和有效磷含量(p0.05),降低了土壤中Pb、Cd、Zn交换态含量,且HAP降低重金属交换态的效果较DSP好.水稻地上部分重金属含量与土壤中重金属交换态含量呈明显正相关关系,说明DSP和HAP通过降低土壤中重金属交换态含量从而达到减少重金属向水稻中迁移的目的.②DSP和HAP明显降低了水稻各器官Pb、Cd的含量,同时使水稻根、壳、糙米中Zn含量降低,但增加了茎叶中Zn的含量.与对照相比,DSP和HAP分别使糙米中Pb、Cd、Zn最大降低了48.72%、22.22%、25.35%和62.82%、66.67%、39.88%,但是糙米中Pb、Cd含量仍未达到食品卫生标准限值(GB2762—2012).③DSP和HAP处理都使水稻根干重逐渐减少,使茎叶、壳、糙米干重先增加后降低,在0.12 g·kg-1时使水稻糙米产量最大.综上,DSP和HAP都能有效控制土壤中Pb、Cd、Zn向水稻中迁移,且HAP效果比DSP好,但磷添加量不宜过高.     

叶面硒肥与海泡石钝化对水稻镉硒累积的影响

通过大田试验,研究叶面喷施硒肥以及配合海泡石钝化处理对水稻镉和硒累积的影响。试验结果表明,叶面硒肥能够降低早稻和晚稻地上部镉的含量,早稻和晚稻水稻糙米、颖壳和秸秆中镉含量分别比对照降低了13.0%~23.5%、4.00%~36.5%和4.50%~18.5%左右;单独撒施海泡石能够显著降低水稻地上部镉含量,早稻和晚稻糙米、颖壳和秸秆镉含量分别比对照降低了65.0%~76.0%、61.0%~62.5%和59.0%~73.0%左右;而与单施海泡石处理相比,叶面硒肥配合海泡石处理能够进一步降低早稻水稻各部位镉的含量,水稻糙米、颖壳和秸秆镉含量分别比对照降低了74.0%~83.6%、67.0%~77.0%和74.5%~80.0%左右,且糙米中镉含量能够降到低于稻谷镉的安全限量0.2 mg/kg以下。此外,在水稻不同生育期喷施叶面硒肥,在降低镉含量的同时也显著提高了早稻和晚稻地上部各部分中硒的含量,早稻和晚稻糙米中硒含量分别为对照处理的6.70~6.90倍和5.10~5.50倍。因此,大田试验结果表明叶面硒肥配合海泡石钝化处理能作为一种非常有效的水稻镉污染阻控和稻米富硒技术。     

农田施用水葫芦对水稻氮素吸收利用的影响

以粳稻品种运2645为供试材料,设计农田施用水葫芦(将晒干水葫芦按4 500 kg·hm-2农田施用)、不施用水葫芦处理和施N量为120 kg·hm-2(LN)、240 kg·hm-2(NN)处理,研究其对水稻不同生育时期N素含量、N素吸收、N素分配和N素利用效率的影响.结果表明:①农田施用水葫芦使水稻不同生育时期植株...     

长期施用氮肥对土壤细菌硝化基因多样性及组成的影响

以中国科学院桃源农业生态试验站水稻长期定位试验为平台(28°55′49.8″N,111°26′25.7″E),运用PCR、克隆文库构建等分子生物学技术研究长期单施氮肥(尿素)对亚硝化基因(amoA和hao)多样性及其群落结构的影响.结果表明,长期单施氮肥使amoA基因多样性降低(Shannon指数减少了11%),而ha...     

紫色水稻土颗粒有机质对重金属的富集特征

在重庆合川区和铜梁区随机采集了20个紫色水稻土,将其分成颗粒有机质(0.053~2 mm,POM)、砂粒(0.053~2mm)和细土(0.053 mm)这3个组分,通过比较不同组分的有机碳及重金属(Cu、Zn、Pb、Cd)含量和分布状况,研究了紫色水稻土中POM对重金属的富集特征及其与土壤理化性质如pH、CEC、黏粒和土壤有机碳(SOC)等的关系.结果表明,采样区紫色水稻土的POM含量范围为7.31~44.76 g·kg~(-1),平均值为19.20 g·kg~(-1),有机碳含量为96.61~263.17 g·kg~(-1),平均值为151.34 g·kg~(-1),显著高于原土及其他组分,对土壤有机碳的贡献率为8.63%~48.62%,代表了一大部分土壤有机碳库.POM中的Cu、Zn、Pb和Cd平均富集系数分别为3.35、1.14、2.88和2.14,显著高于其他组分,表现出一定的富集作用,对上述重金属的贡献率分别为6.02%、2.22%、5.24%和3.21%,POM对Cu、Pb的富集能力和贡献率均显著大于Zn和Cd.相关分析结果表明,POM含量与SOC、pH、CEC、黏粒(0.002 mm)呈显著或极显著正相关,SOC是主要因素.POM-C含量与总量分别与黏粒含量、SOC呈显著相关.POM中重金属总量与SOC、pH、POM-C总量呈显著或极显著正相关,SOC是最关键因子;与其他重金属相比,Zn在POM中的总量与土壤性质的回归系数最高,关系最为密切.     

微囊藻毒素对不同生育期水稻生长的影响

灌溉水中的微囊藻毒素不仅会影响作物生长与产量,还可能沿食物链传递而威胁人类健康。以水稻为试材,研究了不同质量浓度(1μg/L、100μg/L、1 000μg/L、3 000μg/L)微囊藻毒素(MCs)对幼苗期和孕穗期水稻生长与成熟期水稻产量的影响,以及MCs在3个生育期水稻中的积累。结果表明:处理7 d后,1μg/L MCs处理对幼苗期水稻生长有一定促进作用,而对孕穗期水稻生长没有影响,高质量浓度MCs(≥100μg/L)抑制幼苗期和孕穗期水稻的生长;胁迫结束且恢复7 d后,100μg/L处理组孕穗期水稻根长、根表面积恢复能力强于幼苗期,株高、叶面积低于幼苗期,而1 000μg/L和3 000μg/L MCs组水稻各指标不仅未恢复,且劣于胁迫期,水稻产量下降92.4%和95.2%。用酶联免疫法检测发现,胁迫后MCs均在水稻体内富集。对于相同质量浓度MCs处理,幼苗期水稻各器官富集能力最大,孕穗期次之,成熟期最小。3 000μg/L MCs处理组的水稻谷粒中MCs质量比达21.2μg/kg,使人体每天摄入MCs的量可能高于世界卫生组织规定的人体每天吸收MCs的上限值。     

水稻对土壤营养元素吸收系数及吸收限的研究

通过研究广东省江门市三个不同优质稻产地土壤中相同元素对水稻品质造成不同影响的特点,如都斛土壤中的N与水稻胶稠度呈正相关关系,而在牛江则呈较强负相关关系;都斛土壤中的Mo与水稻的不完善粒呈较强负相关关系,而在牛江则呈正相关关系。根据吸收系数与土壤营养元素关系,得出作物对营养元素的吸收限。当土壤能给作物提供足够的营养元素时,作物对土壤营养元素的吸收存在一个极限,土壤元素含量接近这个极限时,作物对元素的吸收达到饱和,对元素的吸收系数则低;当土壤营养元素供给能力不足时,作物对营养元素吸收能力较强,对元素吸收系数较高。通过对比各元素及指标与稻谷感官品质相关关系并评分,得出土壤营养元素含量越偏离水稻对营养元素的吸收限,则对水稻品质的影响越大的结论,由此解释了不同省份农业地质调查中农作物元素与土壤元素相关关系混乱甚至矛盾的问题,为水稻的施肥提供了科学合理的依据     

7种改性水稻秸秆对溶液中Cd2+的吸附

为实现废弃水稻秸秆资源化利用及其治理水环境中Cd²⁺的污染问题,用KMnO₄、KOH、H₂O₂、KOH+H₂O₂、酒石酸、柠檬酸、TiO₂对水稻秸秆进行改性,制成不同的水稻秸秆吸附剂来吸附溶液中的Cd²⁺,利用扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射（XRD）、傅里叶红外光谱仪、比表面积及孔径分析仪和Zeta电位仪对改性前后的水稻秸秆进行表征分析,吸附过程采用准一级动力学方程、修正一级动力学方程、准二级动力学方程和颗粒内扩散模型进行拟合.结果表明：在Cd²⁺初始浓度100mg/L,pH7,水稻秸秆添加量为10g/L,25℃条件下,7种改性水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果不同,其中经KMnO₄改性的水稻秸秆对Cd²⁺的吸附效果最好,吸附量达10.024mg/g,对Cd²⁺的去除率达到99.24%,比未改性水稻秸秆提高了99.44%,其次是KOH和KOH+H₂O₂改性处理的水稻秸秆,吸附量分别达到了9.302和9.189mg/g,对Cd²⁺的去除率分别达92.62%和90.82%,比未改性水稻秸秆分别提高了85.07%和82.83%.改性处理水稻秸秆吸附Cd²⁺的效果顺序为：KMnO₄ > KOH > KOH+H₂O₂ > TiO₂ > H₂O₂ > 柠檬酸 > 酒石酸.对于Cd²⁺的吸附过程,准一级速率方程只能较好地描述吸附初始阶段,准二级动力学方程则能很好地描述吸附的整个过程.经KMnO₄,KOH和KOH+H₂O₂改性的水稻秸秆是具有潜在利用价值的废水中Cd²⁺吸附剂.