镉污染条件下叶面喷施锌肥对水稻锌镉积累的影响

由于农业污灌、污泥和镉含量超标磷肥的施用等人为活动的影响,农业土壤尤其是稻田Cd污染加剧。水稻是镉吸收能力较强的大宗类作物,我国65%以上的人口以稻米为主食,稻米中的镉可通过食物链进入人体,对人体造成极大危害。因此,稻田Cd污染对农产品和生态安全构成极大威胁,制约了农业可持续发展。在农田镉污染,特别是轻度污染的条件下,如何通过农艺调控措施,缓解Cd对水稻毒害,减少稻米中镉的积累,实现稻米安全生产,成为亟待解决的问题之一。由于土壤和人体普遍缺锌,锌与镉又位于元素周期表中同一主族,二者具有相似的生物地球化学特征。因此,本文以不同特性的水稻品种为材料,通过营养液培养、盆栽模拟和大田试验,较系统地研究了不同镉污染条件下,锌对水稻生长和籽粒锌镉积累的影响,以及叶面喷施锌肥对籽粒重金属含量的调控作用。取得的主要研究结果如下： 1.通过人工模拟不同镉污染程度土壤的盆栽试验,研究齐穗期叶面喷施锌肥对水稻生长、产量以及不同部位Zn、Cd、Cu、Fe、Mn等元素含量的影响,并进一步分析不同部位各元素含量间的关系。结果表明,Cd处理浓度越高,其对植株生长和产量的抑制作用越强；与对照相比,在Cd添加浓度为2.5和5 mg·kg-1的条件下,植株的鲜质量、干物质积累及产量明显降低,而糙米中Cd含量超过农业部食品安全标准(0.2 mg·kg-1);叶面喷施锌肥对水稻生长和产量无明显影响,但植株各部位Zn含量却显著增加；在2.5 mg·kg-1Cd处理下,叶面喷施锌肥后糙米Cd含量提高41.9%,而在5 mg·kg-1 Cd处理下,糙米Cd含量却降低了15.4%,说明叶面喷施锌肥增加了镉污染条件下稻米镉污染的风险;相关分析表明,糙米中Cd与Zn无明显相关性,而与Mn、Cu、Mg呈显著正相关。 2.选择镉污染程度不同的农田,研究叶面喷施锌肥对不同基因型糙米中锌镉积累的影响,探讨籽粒中锌镉积累的关系及其影响因素。结果显示,籽粒中的镉含量和锌含量都存在显著的基因型差异,其中镉含量变异幅度为0.009～0.078mg·kg-1,锌含量变异幅度为20～50mg·kg-1;并且锌镉含量还受基因型与环境互作的影响。叶面喷施锌肥可以增加稻米中锌含量,在16份供试材料中,以镉含量很低的日本晴和TN7085品种体内锌含量的提高幅度较大。稻米中镉含量受叶面喷施锌肥的影响程度亦存在显著的基因型差异,以协优7954和中恢8006的降幅最大。 3.通过溶液培养试验,研究了4种不同锌(Zn)镉(Cd)交互处理下,水稻幼苗的株高、生物量、根系形态和Zn、Cd元素含量等指标在不同处理时间的变化,探讨水稻幼苗对Zn、Cd的吸收、转运与根系形态参数的关系。结果发现,日本晴和具有相同遗传背景的富锌富铁品系TN7085苗期的农艺性状、根系生长特征以及锌镉吸收特性高度类似；1μM Cd胁迫下,幼苗生长受到明显抑制；Cd处理16d时水稻幼苗根长、根表面积、根数、根体积等根系形态参数显著下降,到处理35 d时根系数量与根系长度显著增加,而根系平均直径与根体积显著下降；镉胁迫下加入高锌(8.0μM Zn)后,水稻植株的干物质重、锌镉含量高于2.0μM Zn处理的植株,根系形态指标显著高于低锌处理的植株；处理16d时,0.0<D≤1.8mm的根各形态指标受Zn、Cd影响显著；随处理时间延长到35 d时,Zn、Cd及二者交互作用主要影响0.0<D≤0.6 mm根系构型的变化,说明细根是受锌镉影响的主要部位。相关分析表明,表征根系生长状态的形态参数与植株地上部、根中镉含量和积累量以及地上部锌含量呈显著正相关,而与植株体内锌积累量呈显著负相关。可见,高锌不仅可以改善根系生长状况,缓解镉对稻苗生长的抑制作用,而且促进了根系对镉的吸收及向地上部的转运；根系形态也显著影响水稻对锌镉吸收与积累。