乐安河洪泛区水稻土重金属环境行为及作物抗氧化酶效应研究

To clarify the distribution characteristics of heavy metals in soils polluted by Jiangxi Dexing mining area in the downstream of Le'an river Poyang Lake, and to illustrate the toxic effect to the crop during their transporting and distributing in hydromorphic paddy soil-crop system , the hydromorphicthe paddy tidal sand soil and yellow clayey paddy soil under different hydrology and cultivation way in Dai village, Shanglian village, Weijia village and etc will be chosen as the research objects. Based on the analysis of physical and chemical properties of soils, the in-situ-test method and simulation in the laboratory will be used to analyze the relationship between the characteristics of heavy metals transport and accumulation in soil-crop system and the soil environment under different culvation way and in different period of growth. The corresponding rules of superoxide dismutase(SOD),peroxidase(POD),catalase (CAT), chlorophyll and other physiological indexes of the crops' organism will be analyzed to reveal the damage mechanism under different cultivation ways during different growth period of rice stressed by heavy metals. Research will reveal the antioxidant enzyme effect of heavy metals in hydromorphic paddy soil-crop system from mining drainage, and have important significance to maintain the security of agricultural ecological system.

为阐明江西省鄱阳湖乐安河中下游洪泛区受德兴矿区污染水稻土中重金属在土壤中的分布特征、重金属在潴育型水稻土壤-作物系统中的输移分配及其对水稻产生的毒性效应，本课题以德兴矿区下游戴村、尚濂村、魏家村等不同水文及耕作方式影响下的潴育型潮沙泥田与黄泥田水稻土为研究对象，在分析水稻土理化性质的基础上，采用实地定位观测与室内模拟研究方法，研究不同耕作方式、不同生育阶段下重金属在土壤-植物系统的迁移、累积特征及其与土壤环境条件的关系，分析水稻植株各器官超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）、过氧化氢酶（CAT）、叶绿素等生理指标的相应规律，旨在弄清重金属胁迫对水稻不同生育阶段的伤害机理，揭示不同耕作方式下水稻不同生长时期内受到重金属影响的抗氧化酶效应。研究成果将对维护农业生态系统安全有着重要的意义。

为阐明乐安河洪泛区典型监测单元水稻土在污染河水灌溉影响下的重金属分布特征、评价耕地土壤和稻谷重金属污染程度、阐述水稻对土壤重金属元素的吸收、积累的时空变化规律以及水稻对重金属复合胁迫的标志物响应规律。本文选择水稻3个主要的生长期和乐安河洪泛区11个典型监测单元，分别采集土壤样品和水稻样品，在实验分析和运用模型评价的基础上得出以下主要结果：. （1）以江西土壤标准值作为背景值的前提下，以上六种重金属含量的平均值都超出了背景标准。从分区来看，B区和D区的的6种重金属元素浓度都比A、C两区的浓度高。通过聚类分析法得出6种元素的来源相对较单一，主要来源于用于灌溉的污染河水。整个区域的污染程度为重度污染，主要污染元素为Cd、Cu和As。通过综合潜在生态风险指数计算出各分区的RI值，结果表明D区属于很强度风险程度，A区和B区属于强度风险程度，仅C区属于轻度风险程度。 . （2）水稻叶片和茎中以上三种元素含量随生长期推进呈现“先降低后升高”的趋势，最高出现在分蘖期。水稻生长部位中的重金属含量大小与土壤重金属含量大小成正相关关系。水稻各生长部位重金属富集系数平均值，Zn>Cd>Cu>Cr>Pb>As。污染程度排序为As>Pb>Cr>Cu>Cd>Zn。健康风险评价结果显示，所有样点的稻谷均对食用者存在较大健康风险，其中洺口、兰坑、尚濂村落的样点处稻谷在食用后甚至存在慢性毒性，分区的总危商系数HI的大小排序为D区>B区>A区>C区。. （3）在低水平的重金属胁迫条件下，水稻叶片叶绿素的含量因低剂量刺激效果而升高，但超过一定阀值后，会对叶片叶绿素的含量降低。通过对各样点处成熟期水稻根部和叶片中的SOD、POD、CAT、GSH和MDA五种标志物的测定，结果显示，SOD、POD、CAT、GSH含量随样点处重金属含量的升高，呈现“先上升后下降”的趋势，不同酶含量变化的临界值不同。通过运用综合生物标志物响应指数法对各标志物响应重金属污染压力的研究发现，4个区的IBR值高到低排序是：D区>B区>A区>C区，其中C区属于清洁区域；A区的重金属污染压力较大；D区和B区属于四个区域中污染最重的两个区域。综合叶绿素和以上几种酶含量的响应结果表明，研究区域重金属污染对水稻产生了明显的生理胁迫风险。