基于冠层多维光谱的水稻镉污染胁迫诊断模型研究

鉴于镉对水稻各种生理特征参数的影响具有复杂隐蔽性,导致冠层光谱特征变化微小,需要采用一些方法增强和提取隐含在光谱中的污染弱信息.在水稻冠层高光谱数据和各种实测生化参数的支持下,利用主成分分析、独立分量分析和分形分析技术从高光谱遥感数据中提取镉污染弱信息,获取水稻镉污染敏感光谱因子,包括第一主成分F1、独立分量ICA1和光谱分维D.利用3个敏感因子分别构建水稻镉污染一维诊断模型,获得较好的诊断效果.进一步将3个光谱因子进行组合构建二维诊断模型和三维诊断模型,使污染胁迫诊断结果更稳定直观.

基于高光谱分形分析的水稻镉污染动态监测

水稻中过量镉会影响叶绿素含量和细胞结构,进而改变水稻在光谱维上的特征表现。利用长春郊区实测大田水稻高光谱数据和同步测量的土壤、水稻生化参数,系统分析水稻冠层光谱曲线的分形特征及不同镉污染胁迫程度下光谱分维与两类光谱指数的变化情况,构建光谱分维、光谱指数与水稻叶片镉浓度的空间分布图,探讨光谱分维与光谱指数在提取镉污染胁迫等级信息中的相互关系及物理机制。研究表明,光谱分维相对于光谱指数能够更好地综合反映镉污染胁迫下水稻生理特征参数的变化,因而为有效地大范围动态监测水稻镉污染提供诊断依据。

水稻降镉技术研究进展

水稻镉超标已成为威胁粮食安全和食品安全的大问题,也是制约水稻产业提质增效的关键因素。镉是植物生长的非必需元素,当镉进入植物体内并积累到一定程度后,植物的多种生化活动会受到严重破坏,并对人体产生毒性。为了安全利用镉污染水稻田,研究人员也越来越重视各类水稻降镉技术。为了给相关研究提供参考,从低镉水稻品种选育和筛选(种植前)、土壤改良剂阻镉(种植中)、稻谷加工脱镉(种植后)和“VIP+n”技术降镉(集成技术)这4个方面出发,对水稻降镉技术研究进展进行综述,并对其发展方向进行展望。

不同铁肥及其施用方法对水稻籽粒镉吸收的影响

针对四川省稻田生态系统中镉(Cd)污染突出的问题,以轻度Cd超标稻田治理为目标,开展阻控稻米积累Cd的施肥技术研究。通过大田试验采用裂区设计,研究不同铁肥种类及施用方法对水稻籽粒Cd吸收的影响。结果表明,不同铁肥处理均增加了四个不同类型水稻品种的产量,其中硫酸亚铁追肥喷施显著增加了Y两优的产量(6.67%,P<0.05),EDDHA-Fe底肥土施及追肥喷施显著增加了德粳1号的产量(13.33%~14.32%,P<0.05)。不同铁肥施用方式中,EDDHA-Fe喷施处理对四个水稻品种的稻米Cd含量降低幅度最大(20.87%,P>0.05)。不同时期喷施铁肥结果来看,以孕穗期、扬花期和灌浆期各喷施一次EDDHA-Fe处理的稻米Cd含量最低。四个水稻品种的秸秆Fe含量与稻米Cd含量呈直线性负相关。扬花期喷施铁肥稻米中Fe含量增加最多,稻米/秸秆Fe含量比值远高于稻米/秸秆Cd含量比值,这表明水稻中Fe由植株向稻米转移的速率远高于Cd。水稻稻米Fe含量与稻米Cd含量呈二元函数关系(P<0.05),在较低含量时,水稻籽粒中Cd的含量随着Fe含量的上升而上升,当到达一定程度时,水稻籽粒中Cd的含量随着Fe含量的上升而下降。研究表明,水稻籽粒中的Cd受秸秆中Cd和铁肥施用方式和类型的影响,通过合理施用铁肥可以降低镉轻度污染土壤中稻米Cd含量。

湘潭地区不同品种水稻对镉吸收情况研究分析

以湘潭地区的重金属低污染耕地(镉含量为0.30~0.57 mg/kg)为试验田,选用21种水稻进行大田小区试验,比较分析不同水稻品种的稻米降镉率、全生育期、稻米镉含量的差异性和相关性,以期筛选出适合当地种植的镉低积累水稻品种,为湘潭重金属低污染耕地地区种植水稻提供相关依据。结果表明,中国水稻研究所诱变选育的LCD1具有明显的抗镉积累能力,但是产量过低;常规稻稻米镉含量明显低于杂交稻稻米镉含量;水稻品种均呈现出全生育期越短稻米镉含量越低的趋势。综上可知,深优957、科4363A/R2257、科BX58S/R2292可作为本地区镉低积累水稻品种进行种植,同时诱变选育镉低积累水稻品种,也是解决水稻在重金属低污染耕地种植的有效手段。

调理剂配合紫云英还田降低水稻土镉的生物有效性

【目的】研究紫云英(Astragalus sinicus L.)还田及配施石灰或生物炭等不同土壤调理剂,对镉(Cd)污染水稻土中Cd有效性及水稻吸收转运Cd的影响,以期为我国南方Cd污染稻田的修复和水稻的安全生产提供理论依据和技术支撑。【方法】盆栽试验在湖南省土壤肥料研究所科研实验基地进行,供试土壤为重度污染的水稻土(总镉1.27 mg/kg、有效镉0.15 mg/kg)。以水稻收获后冬闲为对照(CT),设冬季种植并翻压等量紫云英3个处理:紫云英单独还田(GM)、紫云英还田+石灰(GL)、紫云英还田+生物炭(GB)。在水稻分蘖期和成熟期,测定土壤主要理化性质和有效Cd含量,测定水稻各器官吸收和富集Cd量,并于成熟期测定水稻产量。【结果】1)GM处理提高了水稻分蘖期土壤有效Cd含量和水稻根部Cd富集系数,但GM处理降低了分蘖期水稻茎叶Cd含量,对稻米中Cd含量没有显著影响;GM处理对水稻成熟期土壤pH无显著影响,但提高土壤微生物量碳(MBC)的效果最好(P<0.05)。2)GL处理和GB处理均显著提高了土壤pH,降低了土壤Cd活化率和有效Cd含量,两处理分别平均降低了分蘖期水稻根部Cd累积量55.4%和57.8%。与紫云英单独还田(GM)相比,紫云英配施石灰还田(GL)减少了稻米中Cd的累积量,而紫云英配施生物炭还田(GB)提高了成熟期水稻根部Cd富集系数和茎叶-籽粒的Cd转运系数,导致水稻籽粒中Cd含量(0.08 mg/kg)显著高于对照(低于国家稻米Cd含量标准)。3)冗余分析(RDA)和随机森林模型预测结果显示,土壤pH、可溶性有机碳(DOC)和土壤有效磷(AP)是决定土壤Cd生物有效性的最重要的环境因子。【结论】紫云英还田提高了水稻产量,配施石灰或生物炭还田可通过提高土壤pH而有效降低土壤有效Cd含量。紫云英配施石灰可减少稻米中的Cd含量,而紫云英配施高量生物炭则会增加稻米Cd污染的风险。

混合改良剂对土壤和水稻糙米镉积累的影响

混合改良剂(RM)由石灰、沸石、过磷酸钙和生物质炭按71∶23∶5∶1质量比配制而成。为研究该混合改良剂的施用效果,按4个添加量水平(0、0.1%、0.2%和0.5%)在杭州市富阳区和桐庐县镉污染稻田分别进行田间试验。结果表明,与对照比较,富阳和桐庐试验点产量分别增加3.0%~16.3%和2.3%~10.6%,产量增加最大为RM2(0.2%)处理;富阳和桐庐试验点各处理在水稻生长期明显降低了土壤有效态镉含量,其中,在成熟期土壤有效态镉含量分别降低了9.0%~30.3%和7.1%~29.4%,同时,对改良土壤pH值有一定的实效性;各混合改良剂处理水稻糙米镉含量降低至GB 2762—2017《食品中污染物限量》0.2 mg·kg^(-1)标准值以下,其中,水稻品种秀水11低吸收镉特征优于甬优5550。此混合改良剂对治理酸性稻田土壤重金属镉污染有明显效果。

水稻降镉剂JGLY-2的施用方法及应用效果初探

为了探明水稻降镉剂的施用方法及应用效果，通过包衣、浸种、叶喷3种施用方式的发芽试验，测定了降镉剂JGLY-2处理种子或秧苗后水稻的发芽率、苗素质及苗体镉、锌、锰、铁含量。结果显示：降镉剂3种施用方式的最佳用量分别为包衣比1：20、浸种比1：20、叶喷5g。与对照相比，用降镉剂3种施用方式处理后，秧苗镉、锰含量分别降低30．30％～49．57％、7．46％～19．18％；秧苗干重、锌含量分别提高0．62％～8．62％、0．20％～15．94％。表明水稻降镉剂能显著降低水稻镉含量，减轻镉胁迫对水稻的危害，是一种降低水稻镉污染的有效药剂。

土壤钝化材料及叶面阻控对镉污染农田修复效果研究

研究旨在评估2种不同的钝化剂材料结合叶面阻控技术在修复中轻度镉污染农田方面的效果,并筛选出有效的农田修复材料。研究在一个典型的中轻度镉污染农田进行,采用2种不同的钝化剂材料配合叶面阻控技术,分析了它们对土壤pH、有效态Cd含量及水稻各部位(根系、茎叶和糙米)中Cd含量的影响。结果显示,与对照(CK)相比,不同处理的pH均有一定程度的增加(0.5%~12.5%)。SF1和SF2处理中土壤有效态Cd含量分别降低23.4%~36.7%和15.1%~30.8%;水稻根系中Cd含量分别降低70.5%~79.4%和65.2%~72.6%,茎叶中Cd含量分别降低36.7%~50.0%、18.8%~38.4%,糙米中Cd含量分别降低60.1%~74.4%、47.4%~72.2%;由此可见,2种钝化剂均能有效降低土壤有效态Cd含量,影响水稻各部位对Cd的富集,叶面阻控能进一步抑制Cd在水稻植株中的转运,从而降低Cd在稻米中的积累。

生物硫铁对镉污染水稻发芽的保护研究

水稻田中广泛存在的镉污染对全球水稻产量与人类健康造成了很大的威胁,现存除镉方法因其自身局限性而难以推广。该实验以水培试验模拟水稻生长,利用1株硫酸盐还原菌制备生物硫铁复合材料(生物硫铁)处理水培环境中Cd^(2+)污染,探究生物硫铁对Cd^(2+)的减毒作用,考察了Cd^(2+)浓度与生物硫铁添加量对水稻萌发的影响。结果表明,Cd^(2+)浓度越高,水稻发芽势、发芽率、根长、芽长、鲜重等参数总体表现越差,在Cd^(2+)浓度为20 mg/L时影响初步明显。生物硫铁添加量越高,水稻萌发状况越佳,水稻芽、根及底液中Cd^(2+)浓度越低,且摩尔比2为其最佳添加量。在Cd^(2+)浓度为40 mg/L、生物硫铁添加摩尔比为5.0时,表现出对水稻萌发的促进作用,表明生物硫铁在处理水稻田中镉污染有很好的应用前景。

不同镉浓度对镉低吸收晚稻品种产量形成及其糙米镉含量的影响

【目的】为明确镉低吸收晚稻品种的产量形成及米镉含量变化。【方法】2022年在湖南省益阳市赫山区泥江口镇(全Cd浓度7.28 mg/kg)、赫山区兰溪镇(全Cd浓度0.43 mg/kg)开展镉低吸收晚稻品种对比试验。观测生育期、干物质积累、产量及产量构成和米镉含量变化。【结果】两个镉低吸收品种较对照品种五优308,镉胁迫导致产量下降,但安两优2号产量仅在高镉田块下降2.8%,其具有更高的有效穗数,在生育前期具有更高的干物质积累和群体生长速率;在两个地点均表现出明显的降镉效果,在Cd浓度0.43 mg/kg,安两优2号和清莲丝苗的糙米镉含量分别为0.010 mg/kg和0.013 mg/kg,较对照品种分别降低96.15%和95.00%。在Cd浓度7.28 mg/kg,安两优2号的糙米镉含量为0.21 mg/kg,较对照品种降低87.5%;清莲丝苗的糙米镉含量为0.19 mg/kg,较对照品种降低88.69%。【结论】两个镉低吸收品种均有很好的降镉能力,在中度镉污染的稻田中可安全种植,但在高镉污染田块直接种植存在糙米镉超标风险,应当配合其他降镉栽培措施实现安全种植,安两优2号在高镉污染地区产量表现更稳定,两个镉低吸收晚稻品种在高镉污染地区种植可配合栽培措施提高结实率,从而实现高产,可在中度及以下镉污染区域进行推广。

镉安全水稻材料根系细胞壁果胶对镉的响应特征

【目的】研究镉(Cd)处理下水稻根系细胞壁果胶对Cd胁迫的响应,进一步深化Cd安全水稻材料根系细胞壁Cd的固持机制。【方法】以Cd安全水稻材料D62B为研究对象,普通材料Luhui17为对照进行水培试验。设4个Cd质量浓度处理:0 mg/L(CK)、0.5 mg/L(Cd0.5)、1.0 mg/L(Cd1)、2.0 mg/L(Cd2)。在水稻分蘖期采集根系样品,分析细胞壁多糖中果胶、半纤维1、半纤维2以及残渣部分的Cd含量,测定果胶糖醛酸含量、果胶酯化度、果胶甲酯酶(PME)活性、根系过氧化氢(H_(2)O_(2))含量以及细胞壁过氧化物酶(POD)活性,进而分析根系细胞壁果胶对Cd的响应特征。【结果】1)Cd胁迫下,D62B和Luhui17根系细胞壁果胶合成增加,根系细胞壁低酯化和高酯化果胶糖醛酸含量均表现为D62B高于Luhui17。Cd处理下D62B根系细胞壁低酯化和高酯化果胶糖醛酸含量较对照分别增加了13.21%~71.82%和22.10%~64.27%,Luhui17分别增加了24.14%~137.86%和13.12%~41.26%。2)Cd1、Cd2处理下D62B和Luhui17根系细胞壁果胶酯化度和PME活性较CK处理均升高;相同Cd处理下D62B根系细胞壁PME活性显著高于Luhui17。3)Cd诱导两类水稻材料根系H_(2)O_(2)积累、影响细胞壁POD活性;Cd胁迫下,D62B根系H_(2)O_(2)含量和细胞壁POD活性较Luhui17更低,PME对果胶去甲酯化作用更强。【结论】Cd胁迫下,Cd安全水稻材料D62B根系细胞壁中低酯化和高酯化果胶合成能力均强于普通材料,且具有更高的PME活性,进而可提供更多的Cd结合位点,表现出较强的Cd结合能力,有利于D62B根系滞留Cd。

施用铁基生物炭后镉污染稻田土壤有效镉及有机碳的变化

为了实现镉污染稻田减污固碳的现实需求,以铁基生物炭为研究对象,通过大田试验,采集了土壤和水稻子粒样品,分析了土壤有效镉含量、有机碳含量与子粒镉含量及其相关性。结果表明,与对照相比,铁基生物炭降低了稻田土壤有效镉含量,降幅为11.98%~28.71%;铁基生物炭提高了土壤有机碳含量,增幅为3.66%~12.88%;铁基生物炭降低了水稻子粒镉含量,降幅为4.16%~63.58%。土壤有效镉含量与土壤有机碳含量呈极显著负相关(P<0.01),与水稻子粒镉含量呈极显著正相关(P<0.01)。因此,铁基生物炭有利于实现镉污染稻田降镉固碳。

综合控镉技术体系对湖南中南部地区受镉污染稻田的影响研究

本研究旨在评估“VIP+n”综合控制镉技术体系对湖南中南部地区受镉污染的稻田稻谷中镉含量的影响。在湖南省耒阳市遥田镇连续进行了为期2年的实验,包括小区对比试验和推广示范试验。在小区对比试验阶段,我们采用了10种不同的处理方式,比较了低镉积累水稻品种、稻田持续淹水灌溉、生石灰施用、微生物菌剂、叶面阻控剂等多种措施对减少稻田中镉含量的效果。根据这些小区试验的结果,选取3种降镉效果好,且经济可行的降镉技术进行大面积示范试验。研究结果显示,“VIP+n”控镉技术体系能够有效降低镉污染稻田中的稻谷镉含量。与对照组相比,该技术体系使得早稻的降镉率在59.66%%~79.45%,晚稻的降镉率则在46.85%~48.23%。在各项降镉措施中,施用生石灰可以显著降低稻谷中镉含量,而单独使用低镉品种的降镉效果要显著高于单独施用生石灰。相比之下,稻田持续淹水灌溉、施用微生物菌剂和叶面阻控剂降镉效果并不明显。试验结果表明,"VIP+n"控镉技术体系是一种有效的方法,能够显著降低湖南中南部受镉污染的稻田中稻谷的镉含量。

降低稻米中镉富集的农作技术及生物技术研究进展

水稻是中国重要的粮食作物,由于受到镉(Cd)污染而倍受关注。Cd是动植物非必要的有毒重金属,进入食物链对人体健康有严重的威胁,因此降低稻米对Cd的吸收迫在眉睫。该文综述了降低稻米对Cd吸收的农作技术及农田可持续修复的生物技术。首先,通过土壤水分管理,增施有机肥、硅肥及土壤改良剂能降低水稻对Cd的吸收。其次Cd的超积累植物及对Cd起固定化作用的微生物的使用可以用来进行田间修复。此外,可以通过Cd排异型水稻品种的筛选和利用及生物强化技术来降低稻米对Cd的吸收。

喀斯特山区高镉稻田治理措施对稻米降镉的效果

为在喀斯特山区筛选出最佳的土壤调理剂、叶面阻控剂和镉低累积水稻品种,并为贵州喀斯特山区污染耕地安全利用提供数据支撑,通过对贵州中部喀斯特山区高镉稻田土壤及稻米进行采样分析,合理设计田间处理方案,采取相同背景下田间小区试验的方式探讨不同土壤调理剂、不同叶面阻控剂对稻米中镉元素含量的降低效果,对比分析不同水稻的籽粒对镉元素的吸附强弱情况。结果显示,在高镉稻田中施用4种含氧化钙的土壤调理剂后,稻米中镉元素含量分别降低83.9%、74.6%、82.1%、51.8%。在分蘖期至灌浆期喷施含锌、硒元素的叶面阻控剂后,稻米镉含量分别降低54.7%、51.7%。3种受试水稻品种稻米镉含量比常规水稻品种降低8.36%、24.5%、33.3%。说明喀斯特山区水稻土中镉元素含量越高,稻米中镉元素的含量就会越高。在高镉区稻田施用由硅灰石、生石灰、沸石及海泡石组成的土壤调理剂(D3)、喷施含Zn元素的叶面阻控剂(Y2)、种植水稻品种成优1479(P3),通过这3种调控措施的联合作用可以达到最大的稻米降镉效果。

不同用量土壤调理剂对镉污染农田控镉的影响

选用崇阳受镉(Cd)污染的农田进行大田试验,探讨不同用量的土壤调理剂对土壤pH、有效态Cd、稻米Cd含量的影响,并对稻米产量进行分析。结果表明,土壤调理剂能够有效提升土壤pH且各处理土壤pH均显著高于对照组。土壤调理剂通过调节酸性土壤的土壤环境,土壤有效Cd降低11.89%~30.27%,稻米Cd含量降低16.93%~38.62%,提高水稻产量2.78%~6.37%。随土壤调理剂用量的增加,土壤有效Cd与稻米Cd的含量呈先降低后升高的趋势,而水稻产量先增加后减少。结合生产成本与修复效果等综合考虑,土壤调理剂用量3000 kg/hm2处理效果最佳。

株洲市渌口区低镉水稻高产高效栽培技术

根据株洲市渌口区水稻生产自然生态特征和种植习惯,利用镉低积累水稻品种配套高产高效栽培技术——品种优配、适量增种、精细育苗、早栽密植、合理施肥、科学管水、综合防治、避害减灾、适时收割等,实现渌口区全域水稻生产安全、高产、高效目标。

Research Advance on Absorption Law of Cadmium by Rice and Safety Control Technology of Cadmium in Rice Grain

Heavy metal pol ution, especial y cadmium pol ution, has threatened the safety production of rice. The research advance on law of absorption, distribution and accumulation of cadmium in rice and on recent safety control technology of cadmium in rice grain was summarized in this paper. We hoped to lay a foundation for the safety production of rice.