稻米镉累积的根际环境特征及其控制研究

目前我国稻米生产中存在高镉污染的风险，因此导致了影响人体健康的高镉风险。根际环境作为土壤-植物的界面直接控制着镉从土壤向植物体及其后的食物链的传递。水稻生育中后期的镉吸收是稻米镉含量高低的的关键,因此研究水稻生育中后期的根际环境特征及其对镉的根际效应对于阻断镉进入稻米中具有重要的科学意义和应用价值。..本项目拟利用根际箱 (种植水稻)和植物生长箱 (控温控光控湿)的栽培方法，重点研究高镉和低镉累积的两个水稻品种在生育中后期（包括孕穗期、扬花期和乳熟期）的主要根际环境特征（pH, Eh,根系铁氧化物膜，还原性铁锰物质）及其对镉的生物有效性的影响，解析导致水稻品种镉吸收差异的根际环境特征，并在此基础上，进一步通过试验，研究栽培措施的调控（施石灰、中后期的水分管理）对根际环境特征指标的影响和由此引起的稻米镉含量的变化，为稻米镉含量控制提供依据。

本项目利用根际箱 (种植水稻)和植物生长箱 (控温控光控湿)的栽培方法，重点研究水稻品种在生育中后期（包括孕穗期、扬花期和乳熟期）的主要根际环境特征及其对镉的生物有效性的影响，解析导致水稻品种镉吸收差异的根际环境特征，.（1）研究表明，在水稻生长的不同时期（分蘖期、孕穗期、扬花期、乳熟期）不同土壤的pH存在着靠近根部逐渐减少的趋势。越靠近水稻根际的土壤中还原性铁的含量越高，越靠近水稻根际的土壤中还原性锰的含量越低。.（2）在根际中Pb和Zn在根系所在的S0层略有降低，Cu则略有增加，但变化不大，表明水稻根系作用并没有对Cu、Pb和Zn的迁移产生大的作用 存形态，不同生育期各个分层重金属形态分析，在各个分层中，Cu：可氧化态>残渣态>弱酸提取态>可还原态；Zn：残渣态>弱酸提取态>可氧化态>可还原态；Pb：残渣态>可还原态>可氧化态 > 弱酸提取态。Cu、Pb和Zn的残渣态分别占总量的31%、47%和50%，表明水稻根际中Cu，Zn，Pb的生物有效性也很低，不易被水稻利用。.（3）在水稻生长的四个不同时期，根际作用显著影响土壤中Cd的形态转变和迁移，弱酸提取态Cd向S0层迁移现象明显，S0层弱酸提取态Cd含量约是其他土层的3倍；可还原态Cd在S0层的含量要比其他土层略少，残渣态Cd含量在各时期和各层含量稳定。水稻生长的四个不同时期中不同形态Cd的含量均表现为：可氧化态>可还原态>残渣态>弱酸提取态。因此，在水稻生育的中后期，Cd在水稻根系作用下依然存在显著的迁移转化。.（3）在水稻生长的四个不同时期，Cu、Pb和Zn的总量和形态在各时期并没有明显变化，这表明在水稻生育中后期水稻这三种元素的吸收积累较少。但Cd在水稻生长的分蘖期-孕穗期-扬花期-乳熟期，总量变化均表现为先升高-后降低-再升高。说明在水稻生育中后期水稻对Cd的吸收依然非常旺盛。.（4）土壤过氧化氢酶在水稻不同生育中，除了分蘖期酶活性偏低，其它三个时期没有显著变化。不同土层中S0的过氧化氢酶活性较S1高出45%左右，S1~S5层酶活缓慢升高，相邻两层升高幅度不超过10%。而酸性磷酸酶在水稻分蘖期-孕穗期-扬花期-乳熟期，酶活性的变化为先降低后升高再降低。在不同土层中，S0层酶活性最低，随后升高，S1~S3活性降低，随后再次升高。