（植物营养学专业论文）有机酸、EDTA对Cd污染土壤上水稻产量、品质的影响.pdf

西南大学硕士学位论文中文摘要 有机酸、e d t a 对c d 污染土壤上水稻 产量、品质的影响 植物营养学专业硕士研究生李仰锐 指导教师徐卫红副教授 ( 摘要) 稻田镉( c d ) 污染日趋严重，已经成为限制水稻产量品质的土壤主要重金属的污染源之 一，极大地影响了水稻安全生产及农业的可持续发展。本项研究采用土壤盆栽试验方法，探 讨了外源有机酸、e d t a 等化学改良剂对镉污染土壤上不同镉富集水稻品种生长、发誊状况 以及水稻产量构成因子的影响，评价在水稻开花期施用外源有机酸、e d t a 等化学改良剂对 镉污染土壤水稻生长、养分吸收、镉积累以及产量、品质等的影响。取得如下主要结论： ( 1 ) 在镉污染的土壤上，施加外源有机酸、e d t a 提高了水稻株高，增加了镉污染十壤上 水稻有效穗数和成穗率、穗实粒数、谷草比以及常规品种i i 优5 2 7 的千粒重。有机酸、e d t a 对水稻生长、产量的影响效果以高镉污染( 5 0 m g k g 土) 人于低镉( 1 o m g k g 土) 污染水稻。 由于两品种的基因型差异，在镉污染土壤上，加入有机酸、e d t a 后，两个基因型水稻的有 效穗数、成穗率、经济系数谷草比、产量均存在明显差异。以有机酸、有机酸+ i ，2 e d t a 提高了i i 优5 2 7 产量( 最高达到8 3 ) ，以有机酸 有机酸+ i ，2 e d t a 。有机酸、有机酸+ 1 2 e d t a 、e d t a 对秀水6 3 产量均有良好效果( 增产最人达到6 8 1 ) ，作用大小为有机酸、 有机酸+ i 2 e d t a e d t a 。综合两个水稻品种试验结果，就产量而言，在镉污染十壤上以外 源有机酸、有机酸+ 1 2 e d t a 对稻米产量增产显著。 f 2 1 随着镉污染浓度增加，水稻体内的过氧化物酶( p o d ) ，过氧化氨酶( c a t ) 均有不 同科度的降低；超氧化物歧化酶( s o d ) 在低镉浓度( 1 0 m g k g 土) 下略有升高，但在高镉 浓度( 5 0 m g k g 土) 下，s o d 活性显著降低；水稻叶片m d a 、脯氨酸含量显著增加：水稻叶 片叶绿素a 、b 的含量、可溶性蛋白含量明显降低。在镉污染士壤上加入有机酸、e d t a 后， 两个基因型水稻体内p o d 、c a t 活性、m d a 含量降低，但增加了s o d 活性、游离脯氨酸含 量，同时提高了高镉浓度( 5 0 m g k g 土) 土壤上两个品种以及低镉浓度( 1 0 m g k g 十) 下秀 水6 3 水稻体内可溶性蛋白的含量、常规品种i i 优5 2 7 以及高镉污染( 5 0 m g k g 十) 下的秀 水6 3 叶绿素a 的含量。两个水稻品种以高镉积累型秀水6 3 对镉的抗性大于常规品种i l 优5 2 7 。 镉污染降低了水稻根系活力。有机酸、e d t a 的添加降低了在低镉污染( 1 0 m g k g 土) 处理 中两种水稻根系活力，而在高镉( 5 o m g k g + ) 处理中，仅有机酸处理显著提高了水稻根系活 力。 ( 3 1 随着镉污染浓度的增加，水稻籽粒中镉含量显著增加，常规品种i i 优5 2 7 籽粒镉含量 高达22 1 m g ，l ( g ，而高镉积累型品种秀水6 3 籽粒镉含量高达2 7 7 m g k g ，远高丁| 我国食品卫生标 准( o 2 0 m g k g g b l5 2 0 1 9 4 ) 。在水稻开花期施加外源有机酸、e d t a ，镉污染水稻糙米中镉含 量均不同程度下降。咀e d t a 降低籽粒镉的含量幅度最人，其次是有机酸+ i 2 e d t a 有机酸 作川较弱。镉污染降低r 水稻籽粒中直链淀粉、蛋白质、粗脂肪的含莓，且随镉污染程度的 西南大学硕士学位论文 中文摘要 增加水稻籽粒中直链淀粉、蛋白质、粗脂肪的含量降低幅度越大，严重影响了稻米营养品质。 外源有机酸、e d t a 同时提高了锅污染水稻籽粒蛋白质的含量，效果以e d t a 有机酸、有机酸 + i 2 e d t a ，但不同程度降低了水稻籽粒中直链淀粉、粗脂肪的含最，以e d t a 降低幅度较大。 就稻米品质而言，在镉污染土壤上，以有机酸+ i 2 e d t a 对于水稻品质效果优于e d t a 、有机 酸。在镉污染土壤上种植常规水稻品种i i 优5 2 7 较高积累品种秀水6 3 更易获得高产优质稻米。 ( 4 ) 镯污染显著降低了两个水稻品种秸秆氮、籽粒中氮磷钾的含量，且随镊污染程度的增 加降低幅度越大。水稻秸秆、根镉含量均随镉污染浓度的增加明显增加。开花期施用外源有 机酸、e d t a 明显增加了镉污染水稻成熟期秸秆氮磷钾含量，提高了水稻籽粒氮的含量，对高 镉浓度( 5 0 m g k g 十) 污染中籽粒磷含景的提高也有一定效果，降低了开花期两个水稻品种秸 秆镉、成熟期水稻秸秆、根镉含量，效果大多以有机酸 有机酸+ l ，2 e 叽a e d l a 。秀水6 3 祜 秆、籽粒镉含量明显高于i 【优5 2 7 显示该品种对镉的吸收、转运和富集能力较强。 ( 5 ) 随着镉胁迫的增加，土壤中碱解氯、有效磷、土壤速效钾、十壤有效镉含量增加。 有机酸、e d t a 增加了镉污染十壤中碱解氮、有效磷含量，以及开花期土壤有效铺的含每， 降低了镉污染七壤中速效钾含量。e d t a 提高了水稻成熟期土壤有效镉含量有机酸以及有 机酸十i 2 e d t a 明显降低了成熟期土壤有效镉含量。l 壤有效n p k 含量变化j2 个水稻品种 植株n p k 含量的趋势相呼应。 ( 6 ) 在高镉污染( 5 0 m g k g 土) 土壤上，添加有机酸、e d t a 后，交换态镉、有机结合 态含鼙较高镉对照有不同程度增加，以交换态镉含量增加幅度艟人，同时降低了土壤碳酸盐 结合态、铁锰结合态和残渣态含量。 ( 7 ) 有机酸、e d t a 显著降低了紫色土对镉的吸附，降低吸附作删的大小顺序以e df a 彳j 机殷+ 1 2e d t a 有机酸。有机酸、e d t a 不同程度地增加r 紫色士吸附的镉的解吸，作j j 夫小以有机酸 有机酸+ i 2e d t a e d t a 。 ( 8 ) 在镉污染土壤上施用外源有机酸、e d t a 、有机酸+ i 2 e d t a 可增强水稻抗性，提高 稻米产量降低了镉含量，改善了稻米品质。综合水稻生理生化指标、养分含量、产量、品 质，在镉污染十壤上，以施用有机酸+ i 2 e d t a 效果优j 二e d t a 、有机酸。该处理既增加了 f ；! ： 米产蹙，明显降低了稻米镉含_ 量，又缓解了高浓度e i ) t a 对稻米品质的部分负面效应，对 低镐污染十壤h 水稻安全生产可起到积极效果。 关键词：有机酸e d t a 镉污染土壤水稻产量品质 e f f e c t so f o r g a n i ca c i da n de d t a o ny i e l da n dq u a l i t yo fr i c ei nc a d m i u m p o l l u t e ds o i l p l a n tn u t r i t i o nl iy a n g r u i a p r o f x uw e i h o n g a b s t r a c t c a d m i u mp o l l u t i o nb e c o m em o r ea n dm o l ts e r i o u sa n da l r e a d yb e c o m e so n eo fm a i nh e a v y m e t a lp o l l u t i o ni ns o i ll i m i tr i c ey i e l da n dq u a l i t y , c dh a se n o r m o u s l ya f f e c t e ds a f ep r o d u c t i o no f r i c ea n dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fa g r i c u l t u r e t h i sr e s e a r c hu s e dp o te x p e r i m e n tm e t h o d ， d i s c u s s e dt h ee f f e c t so fa p p l y i n go r g a n i ca c i d sa n de d t ao ng r o w t ha n dy i e l do fd i f f e r e n tr i c e c u l t i v a r si nc a d m i u mp o l l u t e ds o i l ，a p p r a i s e dt h ei n f l u e n c eo f a d d e do r g a n i ca c i da n de d t ao n n u t r i e n ta b s o r p t i o n ，c a d m i u ma c c u m u l a t i o na sw e l la s q u a l i t yo fr i c ea n ds oo ni nc a d m i u m p o l l u t e ds o i l m a i nr e s u l t so f t h er e s e a r c hw e l la sf o l l o w s ： ( 1 ) i nc a d m i u mp o l l u t e ds o i l ，o r g a n i ca c i da n de d t ai m p r o v e dp l a n th e i g | l t ，e f f e c t i v ep a n i c l e n u m b e ra n dp a n i c l es e t t i n g r a t e ，s p i k e l e tn u m b e rp e rp a n i c l e ，r a t i oo fg r a i nv i ag r a s so fr i c ea n d 10 0 0 一g r a i nw e i g h to f1 1 5 2 7i nc a d m i u mp o l l u t e ds o i le f f e c to fo r g a n i ca c i da n de d t ao ng r o w t h a n dy i e l do f f i c ew a sh i g h e ri nh i g i lc a d m i u mp o l l u t i o n ( 5 ，0 m gc dp e r 地s o i l ) t h a ni nl o wc a d m i u m p o l l u t i o n ( 1 0 r a gc dp e rk gs o i l ) ，i nc a d m i u m p o l l u t e ds o i l ，s i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sw e r ef o u n di n e f f e c t i v ep a n i c l en u m b e r , p a n i c l e - s e t t i n gr a t e ，e c o n o m i cf a c t o r ，r a t i oo fg r a i nv i ag r a s sa n dy i e l db y a p p l y i n go r g a n i ca c i da n de d t a d u et og e n o t y p e sd i f f e r e n c e o r g a n i ca c i d ，o r g a n i ca c i d + l 2 e d t a i m p r o v e dy i e l do f1 1 5 2 7b y8 3 t h ee f f e c to fi n c r e a s ew a si na l lo r d e ro fo r g a n i ca c i d o r g a n i c a c i d + 1 2 e d t a o r g a n i ca c i d ，o r g a n i ca c i d + l 2 e d t a ，e d t ah a v eb e t t e re f f e c t o nx i u s h u i 6 3 ( i m p r o v e db y6 8 1 ) ，t h ee f f e c tw a si na no r d e ro fo r g a n i ca c i d ，o r g a n i ca c i d + 1 2 e d t a e d t a c o m p a r et h er e s u l to f t w og e n o t y p e s ，o r g a n i ca c i d ，o r g a n i ca c i d + 1 2 e d t ah a v es i g n i f i c a n te f f e c to n y i e l di nc dp o l l u t e ds o i l ( 2 ) i nc dp o l l u t e ds o i l ，a c t i v i t i e so fp o d ，c a tr e d u c e d ，a c t i v i t yo fs o di n c r e a s e di nl o w c a d m i u mp o l l u t e ds o i l ( 1 0 m gc dp e rk gs o i l ) w h i l es i g n i f i c a n t l yd e c r e a s e di nh i g hc a d m i u m p o l l u t e ds o i l ( 5 0 m gc dp e rk gs o i l ) ，m d ac o n c e n t r a t i o na n dd i s s o c i a t ep r o l i n ec o n c e n t r a t i o n i n c r e a s e d ，c o n c e n t r a t i o n so fc h l o r o p h y l la ba n ds o l u b l ep r o t e i nc o n c e n t r a t i o ns i g n i f i c a n t l yr e d u c e d w i t hc a d m i u ml e v e li n c r e a s i n g o r g a n i ca c i d ，e d t ad e c r e a s e da c t i v i t i e so fp o d ，c a t , m d a c o n c e n t r a t i o na n di n c r e a s e da c t i v i t yo fs o d ，d i s s o c i a t ep r o l i n ec o n c e n t r a t i o n ，i n c r e a s e ds o l u b l e p r o t e i nc o n c e n t r a t i o no fr i c ei nh i g hc a d m i u mp o l l u t e ds o i l ( 5 o m gc dp e rk gs o i l ) ，s o l u b l ep r o t e i n c o n c e n t r a t i o no f x i u s h u i6 3 a n dc h l o r o p h y l la i n l o wc a d m i u mp o l l u t e ds o i l ( i 0 m g c dp e rk gs o i l ) ， i i i 西南大学硕士学位论文 英文摘要 c o n c e n t r a t i o no fc h l o r o p h y l lao f1 1 5 2 7 dx i u s h u i6 3i nh i g hc a d m i u mp o l l u t e ds o i lf 5 o m gc d p e r k gs o i l ) 1 1 1 et o l e r a n c eo fh i g hg r a i nc da c c u m u l a t i o nx i u s h u i6 3o nc dt o x i c i t yw a sh i g h e rt h a n g e n e r a lb r e e d i i5 2 7 c a d m i u mp o l l u t i o nr e d u c e dr o o ts y s t e mv i g o ro fr i c e o r g a n i ca c i d , e d t a r e d u c e dr o o ts y s t e mv i g o ro f r i c ei nl o wc a d m i u mp o l l u t e ds o i l ( 1 0 m gc dp e rk gs o i l ) , w h i l ei nh i 曲 c a d m i u mp o l l u t e ds o i l ( 5 o m gc dp e rk gs o i l ) ，o r g a n i ca c i di n c r e a s e dr o o ts y s t e mv i g o ro f f i c e ( 3 ) c a d m i u mc o n t e n to fr i c eg a i n ss i g n i f i c a n t l yi n c r e a s e dw i t hc dl e v e li n c r e a s i n g , c a d m i u m c o n t e n to fg e n e r a lb r e e di i5 2 7g a i n sa r r i v e d2 2 1 m e g k g c a d m i u mc o n t e n to fh ig lg r a i nc d a c c u m u l a t i o nx i u s h u i6 3w a s2 7 7 m g k g , i ti sf a rh i g h e rt h a no u rc o u n 时f o o ds a n i t a r ys t a n d a r d ( o 2 0 m g k g ，g b l 5 2 0 1 - 9 4 ) ，i nc a d m i u mp o l l u t e ds o i l ，o r g a n i ca c i d ，a n de d t ar e d u c e dc a d m i u m c o n t e n ti nr i c eg a i n s e d t ar e d u c e sc a d m i u mc o n t e n to fg a i n si nab i gw a y , n e x ti so r g a n i ca c i d 1 2 e d t a ；e f f e c to fo r g a n i ca c i di sw e a k e r c a d m i u mr e d u , ：e dp r o t e i nc o n t e n t ，s t a r c ha n dc r u d e g r e a s eo fr i c eg a i n s ，d e c r e a s i n gd e g r e eo fs t a r c h ，c o n t e n t so fp r o t e i na n dc r u d eg r e a s ew i t hc dl e v e l i n c r e a s i n g ，s e r i o u s l ya f f e c t e dt h en u t r i t i o nq u a i l t yo fr i c e o r g a n i ca c i d ，e d t ae n h a n c e dp r o t e i n c o n t e n to fr i c eg a i n si nc a d m i u m p o l l u t e ds o i l ，t h ee f f e c tw a si na no r d e ro fe d t a o r g a n i ca c i d ， o r g a n i ca c i d + l 2e d t a o r g a n i ca c i d ，e d t ad e c r e a s e dc o n t e n t so fs t a r c ha n dc r u d eg r e a s eo fr i c e g a i n si nc a d m i u m p o l l u t e ds o i l ，a n de d t ag a v eb e s te f f e c t i nc a d m i u m p o l l u t e ds o i l ，t h ee f f e c to f o r g a n i ca c i d l 2e d t ao nq u a l i t yo fr i c ew a sb e t t e rt h a no r g a n i ca c i d ，e d t a g e n e r a lb r e e d i i5 2 7 w a sm o r ee a s i l yo b t a i n e dh i g hy i e l da n de x c e l l e n tq u a l i t yt h a nh i g hg r a i nc da c c u m u l a t i o nx i u s h u i 6 3i nc a d m i u mp o l l u t e ds o i l ( 4 ) c a d m i u mp o l l u t i o ns i g n i f i c a n t l yr e d u c e dc o n c e n t r a t i o n so fni ns t e ma n dn ，p a n dki n g a i n s ，i n c r e a s e dc o n c e n t r a t i o n so f c di ns t e ma n dr o o tw i t hc dl e v e li n c r e a s i n g o r g a n i ca c i d ，e d t a s i g n i f i c a n t l ye n h a n c e dc o n c e n t r a t i o n so f n ，p ，a n dk i ns t e ma n dni ng a i n s ，i nh i 曲c dp o l l u t e ds o i l ( 5 o m gc dp e rk gs o i l ) ，c o n c e n t r a t i o no fpi n c r e a s e dt o o o r g a n i ca c i d ，e d t ar e d u c e dc d c o n c e n t r a t i o ni ns t e mi nf l o w e r i n gp e r i o da n dc dc o n c e n t r a t i o ni ns t e ma n dr o o ti np e r i o do f m a t u f i t y , t h ee f f e c tm o s t l yw a si na no r d e ro fo r g a n i ca c i d o r g a n i ca c i d + l 2 e d t a e d t a c d c o n t e n t so fx i u s h u i 6 3i ns t e ma n dr o o ti so b v i o u s l yh i g l e rt h a nl i5 2 7w i t hs t r o n gc a d m i u m a b s o r p t i o n ，t r a n s p o f l sa n dc o n c e n t r a t e sa b i l i t y ( 5 ) a v a i l a b l ec o n t e n t so f n ，p ，ka n dc di ns o i lw e r ei n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s e do f c a d m i u m o r g a n i ca c i d ，e d t ai n c r e a s e da l k a l i n eh y d r o l y s a t l l en i t r o g a n ，a v a i l a b l ep h o s p h a t ea n da v a i l a b l ec d c o n t e n t si nf l o w e r i n gp e r i o d ，r e d u c e da v a i l a b l ep o t a s s i u mc o n t e n t s e d t ai n c r e a s e da v a i l a b l ec d c o n t e n t si np e r i o do fm a t u r i t y ；w h i l eo r g a n i ca c i da n do r g a n i ca c i d + l 2 e d t ao b v i o u s l yr e d u c e d a v a i l a b l ec dc o n t e n t si np e r i o do f m a t u r i t y a v a i l a b l ec o n t e n t so f n ，pa n dki ns o i lw e r ea s s o c i a t e d w i t hn ，pa n dkc o n t e n t si np l a n to f t w og e n o t y p e sr i c e ( 6 ) i nh i g hc a d m i u mp o l l u t e ds o i l ( 5 0 m gc dp e rk gs o i l ) ，o r g a n i ca c i d ( m i x e da c i db yc i t r i c a c i da n do x a l i ca c i d li n c r e a s e dt h ec o n t e n to f e x c h a n g e a b l es p e c i e sc d ”a n do r g a n i c b o u n ds p e c i e s c d ”a n dal a r g e ri n c r e m e n ti nt h ec o n t e n to fe x c h a n g e a b l es p e c i e sc d ”，a tt h es a m et i m e ，t h e c o n t e n to f c a r b o n a t e b o u n ds p e c i e sc d ”f e m no x i d e b o u n ds p e c i e sc d 2 + a n dr e l i c ts p e c i e sc d ” ( 7 ) o r g a n i ca c i da n de d t ar e m a r k a b l yr e d u c e da d s o r p t i o no fp u r p l i s hs o i lf o rc a d m i u m ，t h e 西南丈学磺士学位论文 英文摘要 e f f e c tw a si na no r d e ro fe d t a o r g a n i ca c i d + l 2 e d t a o r g a n i ca c i d o r g a n i ca c i da n de d t a i n c r e a s e dd e s o r p t i o no fp u r p l i s hs o i lf o rc a d m i u m ，t h ee f f e c tw a si na no r d e ro fo r g a n i ca c i d o r g a n i ca c i d + 1 2 e d t a e d t a ( 8 ) i nc a d m i u m p o l l u t e ds o i l ，o r g a n i ca c i d ，e d t a ，o r g a n i ca c i d + 1 2 e d t ai n c r e a s e dt o l e r a n c e a n dy i e l do fr i c e ，r e d u c e dc dc o n c e n t r a t i o ni ng r a i n ，i m p r o v e dr i c eq u a i l t y i n t e g r a t e da n a l y z e p h y s i o l o g i e a la n db i o c h e m i c a li n d e x e s ，n u t r i e n tc o n t e n t , c dc o n c e n t r a t i o ni ng r a i n ，y i e l d ，q u a l i t yi n c dp o l l u t e ds o i l ，e f f e c t so fo r g a n i ca c i d + 1 2 e d t aw a sb e r e tt h a no r g a n i ca c i da n de d t a o r g a n i c a c i d + 1 2 e d t an o to n l yi n c r e a s e dy i e l do fr i c e ，b u ta l s oo b v i o u s l yr e d u c e dc dc o n t e n to fr i c eg a i n s ， l e s s e n e dh j 曲e d t ac o n t e n tp a r tn e g a t i v ee f f e c tt or i c eq u a l i t y , a n db r o u g h tp o s i t i v ee f f e c tt os a f e p r o d u c t i o no f f i c ei nl o wc a d m i u mp o l l u t e ds o i l k e yw o r d ：o r g a n i ca c i d e d t ac a d m i u mp o l l u t e ds o i lr i c ey i e l d q u a l i t y v 独创性声明 9 3 7 7 6 学位论文题目：直扭酸：里旦i 叁盘壁豆基壤丕叠亡量：品廑鲍显响 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得西南大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我 一一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者：李f 叩铀 签字日期：矿石年6 月j 一日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解西南大学有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅。本人授权西南大学研究生院可以将学位论文的 全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书，本论文：喇不保密， 口保密期限至年月止) 。 学位论文作者签名：雪仰多毛 签字日期：妒年f 月j 一日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名：舻v 签字日期：伊(年6 月，日 电话 邮编 西南大学硕士学位论文文献综述 第1 章文献综述 在地壳中，镉的含量是0 1 8m g k g ，地球表面的土壤中镉含量虽然因地区不同而有所差 异，但一般都在0 2 0 m g k g 以下。然而，随着现代工业的发展和人类自身活动的增加，三废的 排放，矿产的开发和利用，污水灌溉以及农药、除草剂和化肥的不合理使用等造成了十壤的 重金属污染，其中农田镉污染问题是一个世界性的问题，它是由于长期利用工业含锅污水灌 溉农田引起土壤耕作层镉含量增多所造成的i 壤污染。土壤镉污染的特殊性在于镉不能被 土壤微生物分解释放到环境中的数量不会随时间而减少，只能在环境中迁移和转化，当它 在土壤中积累到一定限度时就会对土壤一植物系统产生毒害和破坏作用轻则使植物体内的代 谢过程发生紊乱，生长发育受到抑制，重则导致植物死亡。而累积在植物可食部位的c d 通过 食物链进入人体，从而对人体健康产生危害。2 0 世纪6 0 年代。日本发生的“骨痛病”，便是由 于食用被c d 废水污染的土壤生产的“镉米”所致。土壤重金属镉污染造成生态系统的严重破 坏，从中国土壤资源状况看，随着今后中国经济社会的发展如生态退耕、农业结构调箍及自 然灾害损毁等，土壤资源将进一步减少，因而如何有效地控制及治理土壤重金属镉的污染、 改良士壤质量，将成为生态环境保护工作中十分重要的一项内容。 1 1 重金属镉污染对水稻产量、品质的影响及其毒害机制 1 1 i 土壤镉污染对水稻生长发育的影响 土壤镉污染对水稻生长的影响从种子萌发开始，延续到整个生育期。镉污染对水稻种子萌 发、种子活力、根和芽的影响均表现为低浓度时有促进，高浓度则抑制，毒害严重时根系 少而短，根毛发育不良；c d 对根生长的影响大于芽，其原因可能有两个方面，是种子吸胀 萌动时，胚根快速吸水伸长井最先突破种皮，使根在c d 的积累量和受镉胁迫的时间进程上大 于芽，从而表现为受害更深，其二是镉可诱导根系产生逆境乙烯并向地上部输导，逆境乙 烯对细胞有很强伤害作用而这种伤害首先发生在根部。镉对水稻种子苗期生长、体内蛋白 质的分解抑制、过氧化物酶( p o d ) 、过氧化氢酶( c a t ) 活性抑制在低于致死浓度下均警明显的 剖晕效应( r o 8 8 ) 。c d 对种子造成伤害的临界浓度为0 0 5 m m o l f l ，c d 对种子的致死浓室大丁 1 m m o l l ，c d 对水稻种子、苗期的生长、生理抑制，推断是由于镉抑制了蛋白酶、肽酶的分解 活性，抑制了p o d 、c a t 参与的戊糖磷酸途径( p p p ) 的运转，造成构建幼叶、幼根的细胞成份 缺乏所致p j 。水稻幼苗叶片因土壤锅污染，其可溶性蛋白质、可溶性糖和淀粉含量下降。同时 叶片的p o d 活性急剧上升，加速叶片等器官的衰老 4 1 。在水稻生长过程中，c d 显著增加依赖 m g ”a t p a s e 的活性，降低细胞质膜的流动性，并破坏质膜的完整性1 ”。镉污染对水稻的光合 作川影响非常明娃，其光合强度| i f 着镉浓度增高而降低1 6j 。镉浓度较高时，水稻植株较矮，缺 绿发黄，出现褐色斑点与条纹，这些症状随着士壤镉含量的增加而加重。水稻分蘖捌是对c d 污染最敏感时期( 分蘖少或无) ，在水稻分蘖前期，随着土壤加入c d 量的增加，c d 对水稻分蘖 的抑制作用加强。水稻生长进入分蘖盛期，这时c d 抑制水稻分蘖的现象更趋明显，在分蘖盛 期以后，抑制现象逐渐减轻。镉污染使水稻发育延缓，成熟期推迟。利用水培分期添加试验， 硼f 究尔交水稻和常规水稻在不同生育时期对环境镉毒害的反应结果表明：在水稻幼穗分化 西南大学硕士学位论文文献综述 之前，镉主要降低光合生产力，影响植株生长；幼穗分化至抽穗期，主要抑制生殖器官分化， 造成颖花败育；抽穗期之后，镉主要干扰体内营养物质的迁移和再分配1 7 i 。幼穗分化至抽穗期 是水稻对镉反应晟敏感时期，杂交稻比常规稻对c d 污染毒害敏感。 镉胁迫显著抑制水稻幼苗生长，降低干物质积累显著增加根系及茎叶中s o d 和p o d 酶 活性，并伴随m d a 含量增加【s l 。通过含镊营养液培养，水稻幼茁植株矮小，株高增欧受抑制， 叶片干重降低，苗鲜重减少p j 。低浓度镉( 1 00 m g l ) 使其降低。毒害使水稻幼苗叶片膜脂过氧化产物m d a 含量增加，s o d 、c a t 活性降低， p o d 活性升高。随着镉浓度的增加，植株的生长明显受到抑制，株高、根长、鲜重和干重均 下降；植株叶片叶绿素含量和s o d 活性下降，p o d 活性先上升后下降，细胞膜透性大幅度增 大，镉的毒害可导致体内保护酶活性受到抑制，膜系统受到伤害从而影响水稻幼苗的生长i l “。 采用溶液培养试验j ，研究镉处理( 1 0 和5 0r e t o o l l ) 对不同基因型水稻幼苗光合作用、可溶性 糖和生长的影响，结果表明，镉胁追下，水稻幼苗的光台作用显著地受到抑制。与不加镉的 对照相比，随c d 水平的提高水稻幼苗净光台速率( p n ) 、气孔导度( g s ) 、蒸腾速率( n ) 、气孔限制 值( l s ) 逐步f 降，尤其是在c d5 0m m o l l 处理下的植株下降幅度耐镉型品种显著小于镉敏感 型品种。蒸腾效率盯e ) 也随c d 浓度的增加而降低，但变化与狰光合速率等不同，耐镉型品种的 下降速率大于镉敏感型品种”“。加镉处理使2 个水稻品种幼苗叶可溶性糖含量均显著升高”。 1 1 2 土壤镉污染对水稻产量、品质的影响 中性或碱性土壤水稻盆栽试验显示，随着土壤添加镉浓度的增加，稻谷产最有f 降趋势， 但相关性不显著1 1 4 1 。但土壤经受镉污染后，明显影响稻米营养和p 生品质。镉污染影响糙米 淀粉的组成，使糙米中粗蛋白、租脂肪、直链淀粉等含量减少1 1 ”，c d 能显著降低糙米赖氨 酸含量，以及赖氮酸和组氨酸占总量的百分数。提高天冬氨酸的含量，提高糙米中还原糖的 含量。 稻米中镉的含量与水稻品种、土壤类型显著相关。污染水m ( c d 为4 3 7m g k g ) 田问实验 表明水稻不同品种间米粒中镉的残留量差异很大，在水稻全生育期淹水栽培条件下，糯稻米 粒中的c d 含量均超标，粳稻均未超标，糯稻米粒中的平均镉含量约为粳稻的6 7 倍l l “”j 。另 有文献1 8 1 介绍。甲稻糙米中的c d 浓度一般比晚稻糙米中的c d 浓度要高得多，这是由于早稻 圆锥花序形成期后的气温很高( 7 月份) ，水稻蒸腾速率很强，c d 与小分子有机酸形成络合物 随蒸腾流大量向上输送，并累积在茎叶和籽实中，而晚稻的圆锥花序形成期后( 1 0 月份) 气温 则逐渐下降，蒸腾率减少。c d 在籽实、茎叶中的积累也相应减少。 i 1 _ 3 水稻从土壤中吸收镉的主要阶段及其在植株体内的分布 水稻从t 壤中吸收镉主要在抽穗扬花之前的营养生长阶段，它占整个生育期吸收镉的9 1 i s , d l 。c d 在水稻体内的浓度分配顺序为茎 叶 谷壳 糙米；总量分配顺序为叶 茎 糙米 谷壳， 地上部( 根部 h a ，吸附强度h a f a ，而解吸f a - c d h a c d 9 “。 李泱军( 2 0 0 3 ) 也报道，低浓度黄腐酸促进土壤对c d 的吸附和d t p a 对c d 的解吸，而高浓度则 抑制对c d 的吸附1 5 ”。谢晓梅( 2 0 0 3 ) 研究表明，有机酸对c d 在矿物上吸附的影响基本上是 4 西南大学硕士学位论文 文献综述 致的，随着胡敏酸浓度的增加，c d 的吸附量迅速增人1 5 3 】：对低分子量有机酸( 草酸、乙酸、柠 檬酸等) 而言，在浓度较低时，c d 的吸附量随有机酸浓度的增加而有所增大，但随着浓度的增 加，c d 的吸附量逐渐降低“。 环境p h 的改变会使吸附体表面电荷、配位体数量与价态、配台物数量帚j 价态以及金属元 素存在形态发生改变从而影响到重金属元素的吸附效果。余贵芬等( 2 0 0 2 ) 研究表明在p h 4 8 范围内的任意p h 点，镉在高岭土上的吸附量因富里酸而降低，因胡敏酸而升高；在p h 6 时 富里酸使镉在粘土上的吸附随着介质p h 的升高而降低p 。可见，介质p h 不同，有机配体会对 金属离子吸附产生截然相反的作用”。 土壤类型的不同也显著影响重金属与有机酸之间的交互作用。周东美等( 2 0 0 2 ) 研究表明， 对于黄棕壤和黑青土，加入柠檬酸、e d t a 以后明显降低了土壤对c d 的吸附，而在红壤上有 机物的存在对c d