水稻重金属富集规律及相关病害评价

水稻重金属富集规律及相关病害评价

随着工业化的发展，化肥和农药在城市生活污水中的使用不足，这对中国农业的发展构成威胁。尤其是进入农田土壤的重金属,会导致作物生长受阻、产量降低,并且随着溶解、沉淀、凝聚、络合、吸附等各种反应,通过作物的吸收和累积而直接进入食物链,富集于人体,从而危害人体健康。因此,探讨水稻重金属富集规律,并通过掌握这些规律来防治相关病害,就显得尤为重要。1水稻重金属丰富1.1对水稻土壤重金属含量的影响水稻籽实中的重金属主要来源于土壤、灌溉水、大气、收割、翻晒和加工设备等,其中最主要是土壤和灌溉水。在一定范围内,水稻籽实中重金属的含量与土壤中重金属的含量呈正相关。当土壤中重金属浓度很高时,会影响水稻根系的正常生理功能,引起细胞损害,导致重金属向地上部的转移受阻。陈怀满等对人工污染土壤、尾矿砂、污泥等3种类型的土壤重金属迁移规律以及水稻在这3种土壤上的重金属富集进行了调查分析,发现富集顺序是人工污染土壤>尾矿砂>污泥>尾矿砂+污泥,说明不同来源的重金属进入土壤后对植物生长的影响有所不同,其中,以人工污染土壤对水稻的影响最大。1.2土壤分析方法土壤重金属污染主要是由于Zn,Cu,Cr,Cd,Pb,Ni,Hg,As等重金属元素引起的土壤污染。长期以来,由于对土壤污染的危害缺乏足够的认识,造成土壤污染日益加重,近年来针对土壤重金属污染和由此带来的土壤安全和作物的健康问题,国内外学者进行了大量深入的研究,提出了一系列土壤重金属污染评价的相关标准、手段和方法。1.3土壤中重金属结合形成的基质农作物包括粮食作物、经济作物(油料作物、蔬菜作物、嗜好作物)、饲料作物,药用作物等。农作物中重金属含量是表征其质量的重要指标。2水稻重金属提取规律2.1水稻中pb、cd和pb的富集能力在相同条件下,不同的水稻品种由于其内部构造不同,对重金属富集存在显著差异。蒋彬等通过研究发现,水稻籽实吸收重金属存在基因型差异,他们将来自于全国不同地区的239份样品种植在同一地区,发现各品种Pb、As含量存在极显著基因型差异,并筛选出了一系列低铅、低镉、低砷的品种。王凯荣等的研究表明杂交晚稻比常规稻对Pb,Cd的富集能力强。吴启堂等也得到类似的结果,认为高产品种重金属含量高,低产品种重金属含量低,因此给高产品种的育种提出了很大的挑战。谭周镃通过对8个早稻品种和10个晚稻品种累积重金属的实验,发现不同品种对重金属吸收有显著差异,筛选出了对重金属较为钝感的湘早籼19号和晚稻V46,以及对重金属较为敏感的潭早籼1号和师大1911。2.2重金属在水稻籽实各形态结构中的富集和残留除了不同品种的水稻在重金属富集上存在差异,重金属在水稻植株内部也存在显著差异。一般来说,重金属在水稻植株内的分布规律是在新陈代谢旺盛的器官累积量较大,而在营养器官中累积量小。通过研究发现,重金属在同一品种水稻内部的富集含量有以下规律,即:根部>根茎部>主茎>穗>籽实>叶部。而在水稻籽实各形态结构中重金属的浓度分布也极不均匀,胚中浓度显著高于胚乳,皮层和颖壳中重金属浓度也较高,但是从单位籽实中的重金属总量分布看,胚乳中重金属含量占绝对优势。不同重金属在水稻籽实各形态结构的浓度顺序也不一样,Cd是皮层>胚>胚乳>颖壳;Cu和Pb是胚>皮层>胚乳>颖壳。3水稻提取法适用于不同重金属的提取规律3.1糙米对土壤cd的富集分析从表1可知,水稻根系对土壤Cd的富集系数为1.12±0.97,茎叶对根锡的富集系数为0.18±0.05。水稻糙米Cd含量在0.03~1.01mg·k-1之间。糙米对茎叶Cd的富集系数为1.40±1.29,远高于茎叶对根系Cd的富集系数。上述结果表明,在土壤→根系、根系→茎叶、茎叶→糙米这几个部分之间,Cd从根系向茎叶的迁移最困难,从茎叶向糙米的迁移最容易。糙米对土壤Cd的富集系数为0.25±0.31。糙米对土壤Cd的富集系数的变异很大,可见即使是在性质很相近的田块上,同一种作物(水稻)对土壤Cd的富集能力也有很大差异。这种差异可能是由于水稻的品种、成熟程度以及生长状况不同。3.2米对茎叶pb的富集分析水稻根系对土壤Pb的富集系数为0.97±0.86,茎叶对根系Pb的富集系数为0.04±0.04。糙米对茎叶Pb的富集系数在0.02±0.02。上述结果表明,在土壤→根系、根系→茎叶、茎叶→糙米这几个部分之间,Pb在各部分的迁移能力逐渐降低,但从根系到茎叶、从茎叶到糙米,Pb的迁移系数是相近的,在同一个数量级。糙米对土壤Pb的富集系数为0.0006±0.0005,与文献报道的数值相近或更低。3.3糙米对茎叶zn的富集系数水稻根系对土壤Zn的富集系数为2.08±0.76,茎叶对根系Zn的富集系数为0.27±0.10。糙米对茎叶Zn的富集系数为3.39±0.15。比较各部分的迁移系数可见,根系→茎叶和茎叶→糙米的Zn的富集系数相近,明显低于土壤→根系Zn的富集系数,这表明水稻从土壤中吸收Zn比较容易,但Zn从根系向上迁移则较难。3.4u3000糙米对cu、cd和cu的富集及迁移能力水稻根系对土壤Cu的富集系数为1.00±1.12,茎叶对根系Cu的富集系数为0.30±0.17。籽粒对茎叶Cu的富集系数0.68±0.29。比较不同部位富集系数可见,根/土对土壤Cu的富集系数较高,茎叶对根Cu的富集系数最低。这说明在土壤Cu向糙米迁移的途径中,根系到茎叶是迁移的限制部位。糙米对土壤Cu的富集系数为0.11±0.05,对土壤Cu的富集系数低于Cd,略低于Zn。糙米对土壤中各元素的平均富集系数依次为Cd(0.25)>Zn(0.18)>Cu(0.11)>Pb(0.0006),其中对Cd、Zn、Cu的富集系数在同一个数量级而对铅的富集系数则比其它3个元素低3个数量级。不同元素在土壤一根系一茎叶一糙米各部位间的迁移能力不同。Cd和Cu从根系向茎叶的迁移最困难;从土壤到糙米,Pb的迁移能力逐渐降低;土壤Zn比较容易进入水稻根系,但从根系向地上部迁移比较难。4水稻重金属富集的途径水稻累积富集重金属的现象主要取决于两个方面:一是水稻自身的因素,如根冠比较大、分孽较旺盛的品种;二是环境因素,即土壤、空气、水等。这些因素决定了重金属在水稻中的含量、种类、存在形式,以及水稻对重金属的富集能力和富集途径。所以,根据水稻的特性,科学处理好各种栽培条件,通过生物的、物理的、或化学的途径控制水稻中重金属的含量,减少重金属在生态系统中的传递,避免一些重金属对食用或饲用者的伤害。具体可以从以下几个方面着手:(1)通过向土壤中添加调控物质来改变重金属的化学活性,可以抑制水稻对重金属的吸收。(2)加强对水稻重金属富集检测技术的实验研究,开发出一套