根際化學(xué)性狀對水稻鐵、鎘吸附和吸收的影響研究.pdf

1、研究鎘(Cd)在稻田土壤—水稻系統(tǒng)中的遷移與轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制將為控制稻田Cd污染、保障稻米品質(zhì)安全提供依據(jù)。研究進(jìn)展表明，土壤中Cd活性與水稻Cd含量之間存在正或負(fù)的相關(guān)關(guān)系，這可能受到根際土壤性狀、鐵(Fe)化學(xué)行為和水稻根系分泌物的影響，但具體機(jī)制還不十分清楚。本文采用蛭石模擬根際環(huán)境，進(jìn)行營養(yǎng)液—蛭石聯(lián)合培養(yǎng)，研究了不同處理下水稻根際性狀和根系分泌低分子量有機(jī)酸的種類和含量，分析了這些因素對水稻根際蛭石表面、水稻根系表面Fe、Cd吸附量、

2、根內(nèi)和地上部Fe、Cd積累量的影響。主要研究結(jié)果如下:
　　1.不同根際化學(xué)性狀對水稻根際蛭石表面和根系表面Fe、Cd吸附的影響
　　設(shè)置系列pH(4.5～7.5)和Fe、Cd處理，研究不同pH及Fe、Cd濃度對水稻和蛭石表面Fe、Cd吸附的影響。結(jié)果表明，不同pH處理下的根際氧化還原電位和酸度不同，0.9mgL-1Cd處理下的根際氧化程度低于0.5mgL-1Cd處理，50mgL-1Fe處理下的根際酸度高于30mgL-1Fe

3、處理。根表吸附Fe、Cd組分和數(shù)量都受根際Eh值、pH制約，根表Fe、Cd吸附量在處理pH6.0時最低，并分別在處理pH7.5和處理pH4.5達(dá)到最高。但根系表面對Fe、Cd的吸附機(jī)制與蛭石表面不同。蛭石吸附Fe主要為晶態(tài)Fe，占Fe總沉積量的73％～87％，水稻根表沉積Fe以非晶態(tài)Fe為主，占Fe總沉積量的91％～95％,與處理pH和根際Eh值之間有顯著的相關(guān)性（PpH=0.011*，PEh=0.042*;PpH=0.050*，pEh

4、=0.004**）。蛭石表面交換Fe及交挾Cd與處理pH和Eh值間存在顯著的相關(guān)性(PFe=0.000***，pCd=0.009**;PFe=0.016*，pCd=0.002**)，而根表交換態(tài)Fe及交換態(tài)Cd僅與處理pH間有顯著的相關(guān)性(PFe=0.007*，PCd=0.048*)。不同F(xiàn)e、Cd濃度處理對根際Eh值、pH的升降和根表Fe、Cd吸附均有影響。與對照相比，增Cd處理可以降低根際Eh值和升高pH，減少溶液Cd濃度并增加根表

5、Cd吸附量;增Fe處理則可以升高根際Eh值和降低pH，減少溶液Fe、Cd濃度并減少根表Fe、Cd吸附量。
　　2.不同根際化學(xué)性狀對水稻Fe、Cd吸收的影響
　　采用與Fe、Cd吸附試驗相同的處理設(shè)置，研究不同pH及Fe、Cd條件下，水稻Fe、Cd吸收轉(zhuǎn)運(yùn)的規(guī)律。研究結(jié)果表明，根際環(huán)境pH、Eh值和Fe濃度等對水稻根系Fe、Cd吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)具有非常重要的作用。在pH5.5時，水稻生長較旺盛，根系氧化力最高，可以阻擋根際外的Fe

6、、Cd進(jìn)入水稻根際圈內(nèi)。增Cd處理下，水稻根際pH升高、Eh值降低，蒸騰作用被抑制，與對照相比增加了Fe、Cd在根表的吸附、并減少Fe、Cd的攝入。增Fe處理下水稻根際pH降低，Eh值升高;蒸騰作用被抑制，并且抑制程度比增Cd處理顯著，與對照相比不僅降低了根表面Fe、Cd吸附也減少了水稻的Fe、Cd吸收。
　　3.缺Fe預(yù)培后水稻根際性狀對水稻Fe、Cd吸附和吸收的影響
　　比較了缺Fe預(yù)培和正常Fe營養(yǎng)供應(yīng)下水稻根際pH、

7、Eh值、根表鐵膜數(shù)量和根系分泌的低分子量有機(jī)酸的種類與數(shù)量，通過分析比較缺Fe預(yù)培下的水稻根際性狀與代謝產(chǎn)物進(jìn)一步探討了水稻的抗Fe、Cd脅迫機(jī)制。研究結(jié)果表明，缺Fe預(yù)培下水稻根際的酸度增加，還原性增強(qiáng)，根際可溶性Fe、Cd含量增加。與正常Fe營養(yǎng)處理相比，缺Fe預(yù)培下根際蛭石表面吸附的非晶態(tài)Fe和交換態(tài)Cd含量均下降，根表鐵膜中Fe的沉積吸附減少，降低了Fe與Cd在根際蛭石和表鐵膜中吸收/吸附位點(diǎn)的競爭;根際蛭石中非晶態(tài)Cd含量增加

8、，但根表鐵膜中Cd含量變化不顯著。缺Fe預(yù)培下水稻地上部Fe、Cd含量和積累量的增加可能與低分子量有機(jī)酸分泌的降低作用有關(guān)。與絡(luò)合態(tài)Fe、Cd相比，根際自由態(tài)Fe、Cd更易于被水稻根系所吸收。
　　4.不同F(xiàn)e形態(tài)處理下的水稻根際性狀對水稻Fe、Cd吸附和吸收的影響
　　設(shè)置pH4.5和pH5.5兩個pH處理和硫酸亞鐵、草酸亞鐵和檸檬酸鐵三種Fe形態(tài)處理。分別探討了不同pH和Fe形態(tài)處理下的不同根際性狀對水稻根系分泌低分子量

9、有機(jī)酸、根際蛭石表面、根系表面Fe、Cd吸附及根系Fe、Cd吸收的影響。研究結(jié)果表明，低分子量有機(jī)酸在水稻根際性狀、根系Fe、Cd吸附、吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)過程中扮演著很重要的作用。在pH5.5處理下，水稻根系分泌更多地低分子量有機(jī)酸，不僅在一定程度上酸化水稻根際土壤，提高水稻根際Fe、Cd活性;還與根際Fe絡(luò)合形成弱吸附態(tài)Fe吸附于蛭石表面，與根際Cd絡(luò)合形成弱吸附態(tài)Cd吸附于根系表面，而減少其進(jìn)入水稻根內(nèi)和地上部。施用檸檬酸鐵增加了水稻根系分