营养型阻控剂影响菜园土中水稻生长及其Cd吸收

为了探索以钙硅钾等营养元素为主要成分的土壤调理剂(营养型阻控剂)对镉(Cd)超标菜园土旱改水时水稻(Oryza Sativa L.)生长及其Cd吸收的影响,于2014年下半年在Cd超标菜园土中施用营养型阻控剂,对不同用量(分别为0、1.5、3.0、4.5、6.0 g·kg^(-1),分别记作CK、T1、T2、T3、T4)营养型阻控剂的水稻盆栽试验开展研究。结果表明:营养型阻控剂对菜园土中水稻生长没有较好的促进作用,没有提高稻谷产量。供试水稻品种黄超占各部位Cd质量分数大小顺序为根>茎叶>稻米>稻壳,且各部位间达到显著差异水平;所有处理稻米Cd质量分数均低于现行的食品安全国家标准中Cd限量指标;与CK相比,营养型阻控剂显著降低糙米、水稻茎叶、水稻根的Cd质量分数,且呈现随营养型阻控剂用量增加而降低效应更佳的剂量效应;与CK相比,处理T4对稻米、水稻茎叶、水稻根三者Cd质量分数的降低效应最佳,降幅分别为32.8%、39.7%、24.4%;营养型阻控剂显著降低水稻根、茎叶和稻谷中Cd的累积量。施用营养型阻控剂显著提高了土壤pH值,提高的最大值为0.3个单位,但对土壤DTPA-Cd质量分数有提高作用(处理T1的DTPA-Cd质量分数显著大于CK、T3)、对土壤有效态硅质量分数有降低效应(处理T2、T3的有效态硅质量分数显著小于CK)。营养型阻控剂可适用于Cd超标菜园土,通过降低根Cd生物富集系数来显著降低水稻根、茎叶和稻米Cd质量分数,本盆栽试验中营养型阻控剂降低稻米Cd质量分数的最佳用量为6.0 g·kg^(-1)。

营养型阻控剂在Cd高风险双季稻田上的应用效果评价

【目的】针对稻米镉(Cd)超标现象较为突出的问题,研发一种营养型阻控剂并进行田间应用,以验证其阻控稻米吸收镉与提升土壤养分的效果。【方法】在珠三角3个地市各选择1处Cd高风险双季稻田作为示范区,分别于早、晚造水稻插秧前,基施营养型阻控剂,研究并评价其对早、晚两造不同水稻品种糙米Cd质量分数及土壤性质的影响。【结果】营养型阻控剂对3个示范区的早、晚造水稻产量无显著影响,降低了水稻糙米Cd质量分数,降低幅度达8.43%~72.5%。施用营养型阻控剂对土壤性质有不同影响,3个示范区的早、晚造水稻田土壤pH值较对照区提高了0.10~0.42个单位,土壤交换性钙(Ca)、交换性镁(Mg)和有效硅(Si)质量分数最高增幅分别为66.2%、109%和53.0%,但土壤水解性氮(N)质量分数变化不明显,其中示范区Ⅰ和示范区Ⅱ的2造土壤有效磷(P)和速效钾(K)质量分数最高增幅分别为78.3%和24.6%,但示范区Ⅲ的2造土壤有效P和速效K质量分数无显著变化;营养型阻控剂显著降低了示范区Ⅰ的土壤有效态Cd质量分数,降幅为4.9%~7.3%,但对示范区Ⅱ和Ⅲ的土壤有效态Cd质量分数作用效果不显著。【结论】营养型阻控剂在降低水稻糙米Cd含量的同时,对土壤大、中量营养元素和有效态Cd的影响具有分异性,但不会对土壤性质和水稻产量产生不良影响,具备在珠三角地区Cd高风险稻田上安全利用的可行性。

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,Si_(2)(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,Si_(2)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液泡区隔化等密切相关.研究成果可为稻田As污染阻控技术及产品研发提供科学依据,为华南地区As污染农田的安全利用提供重要参考.

施硅水平对水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的影响

稻田镉(Cd)污染治理是中国当前亟需解决的重大科学问题;根表铁膜是水稻根系吸收Cd的重要屏障,施硅(Si)调控水稻根系抗氧化酶和乙烯合成酶活性影响根表铁膜对Cd的吸附,并改变水稻体内Cd的累积和分布,但不同施Si水平对水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的影响尚未完全清楚。采用水稻盆栽试验,探讨高、低两种施Si水平条件下,水稻成熟期不同组织器官中Cd的含量、分布规律和水稻体内Cd的转运能力,以及抽穗期根表铁膜的Cd含量、形貌特征与根系抗氧化酶和乙烯合成酶基因的表达,试图揭示不同施Si水平对水稻根表铁膜Cd吸附和体内Cd累积分布的影响。结果表明,施Si会减少成熟期水稻茎中Cd的含量,增大根系中Cd的分布比例,而高Si水平(0.66 g·kg^(-1))还会进一步降低茎节和糙米中Cd的含量和分布比例,抑制根系转运Cd至糙米的能力。此外,施Si可以增强抽穗期水稻根系超氧化物歧化酶基因(OsSOD-Cu/Zn和OsSOD-Fe)、过氧化氢酶基因(OsCATa和OsCATb)以及乙烯合成酶基因(OsACS1)的表达,高Si水平(0.66 g·kg^(-1))能够显著增加根表铁膜中的DCB-Fe和DCB-Cd含量,增大根表铁膜的表面粗糙度,并且进一步增强根系OsSOD-Fe和OsACS1的表达。研究结果证实施Si水平是影响水稻根表铁膜和体内Cd累积分布的关键因素,高水平Si能够更显著地促进水稻根系抗氧化酶基因的表达,增强铁膜形成及其对Cd的吸附,并且抑制根系Cd向糙米的转运和茎节中Cd的分布,从而降低糙米中Cd的累积。该研究成果可为解决中国稻田Cd污染治理难题提供理论依据。