水稻重金屬富集規(guī)律及相關(guān)病害評(píng)價(jià)

水稻重金屬富集規(guī)律及相關(guān)病害評(píng)價(jià)

隨著工業(yè)化的發(fā)展，化肥和農(nóng)藥在城市生活污水中的使用不足，這對(duì)中國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展構(gòu)成威脅。尤其是進(jìn)入農(nóng)田土壤的重金屬,會(huì)導(dǎo)致作物生長(zhǎng)受阻、產(chǎn)量降低,并且隨著溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合、吸附等各種反應(yīng),通過作物的吸收和累積而直接進(jìn)入食物鏈,富集于人體,從而危害人體健康。因此,探討水稻重金屬富集規(guī)律,并通過掌握這些規(guī)律來防治相關(guān)病害,就顯得尤為重要。1水稻重金屬豐富1.1對(duì)水稻土壤重金屬含量的影響水稻籽實(shí)中的重金屬主要來源于土壤、灌溉水、大氣、收割、翻曬和加工設(shè)備等,其中最主要是土壤和灌溉水。在一定范圍內(nèi),水稻籽實(shí)中重金屬的含量與土壤中重金屬的含量呈正相關(guān)。當(dāng)土壤中重金屬濃度很高時(shí),會(huì)影響水稻根系的正常生理功能,引起細(xì)胞損害,導(dǎo)致重金屬向地上部的轉(zhuǎn)移受阻。陳懷滿等對(duì)人工污染土壤、尾礦砂、污泥等3種類型的土壤重金屬遷移規(guī)律以及水稻在這3種土壤上的重金屬富集進(jìn)行了調(diào)查分析,發(fā)現(xiàn)富集順序是人工污染土壤>尾礦砂>污泥>尾礦砂+污泥,說明不同來源的重金屬進(jìn)入土壤后對(duì)植物生長(zhǎng)的影響有所不同,其中,以人工污染土壤對(duì)水稻的影響最大。1.2土壤分析方法土壤重金屬污染主要是由于Zn,Cu,Cr,Cd,Pb,Ni,Hg,As等重金屬元素引起的土壤污染。長(zhǎng)期以來,由于對(duì)土壤污染的危害缺乏足夠的認(rèn)識(shí),造成土壤污染日益加重,近年來針對(duì)土壤重金屬污染和由此帶來的土壤安全和作物的健康問題,國(guó)內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量深入的研究,提出了一系列土壤重金屬污染評(píng)價(jià)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、手段和方法。1.3土壤中重金屬結(jié)合形成的基質(zhì)農(nóng)作物包括糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物(油料作物、蔬菜作物、嗜好作物)、飼料作物,藥用作物等。農(nóng)作物中重金屬含量是表征其質(zhì)量的重要指標(biāo)。2水稻重金屬提取規(guī)律2.1水稻中pb、cd和pb的富集能力在相同條件下,不同的水稻品種由于其內(nèi)部構(gòu)造不同,對(duì)重金屬富集存在顯著差異。蔣彬等通過研究發(fā)現(xiàn),水稻籽實(shí)吸收重金屬存在基因型差異,他們將來自于全國(guó)不同地區(qū)的239份樣品種植在同一地區(qū),發(fā)現(xiàn)各品種Pb、As含量存在極顯著基因型差異,并篩選出了一系列低鉛、低鎘、低砷的品種。王凱榮等的研究表明雜交晚稻比常規(guī)稻對(duì)Pb,Cd的富集能力強(qiáng)。吳啟堂等也得到類似的結(jié)果,認(rèn)為高產(chǎn)品種重金屬含量高,低產(chǎn)品種重金屬含量低,因此給高產(chǎn)品種的育種提出了很大的挑戰(zhàn)。譚周镃通過對(duì)8個(gè)早稻品種和10個(gè)晚稻品種累積重金屬的實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)不同品種對(duì)重金屬吸收有顯著差異,篩選出了對(duì)重金屬較為鈍感的湘早秈19號(hào)和晚稻V46,以及對(duì)重金屬較為敏感的潭早秈1號(hào)和師大1911。2.2重金屬在水稻籽實(shí)各形態(tài)結(jié)構(gòu)中的富集和殘留除了不同品種的水稻在重金屬富集上存在差異,重金屬在水稻植株內(nèi)部也存在顯著差異。一般來說,重金屬在水稻植株內(nèi)的分布規(guī)律是在新陳代謝旺盛的器官累積量較大,而在營(yíng)養(yǎng)器官中累積量小。通過研究發(fā)現(xiàn),重金屬在同一品種水稻內(nèi)部的富集含量有以下規(guī)律,即:根部>根莖部>主莖>穗>籽實(shí)>葉部。而在水稻籽實(shí)各形態(tài)結(jié)構(gòu)中重金屬的濃度分布也極不均勻,胚中濃度顯著高于胚乳,皮層和穎殼中重金屬濃度也較高,但是從單位籽實(shí)中的重金屬總量分布看,胚乳中重金屬含量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。不同重金屬在水稻籽實(shí)各形態(tài)結(jié)構(gòu)的濃度順序也不一樣,Cd是皮層>胚>胚乳>穎殼;Cu和Pb是胚>皮層>胚乳>穎殼。3水稻提取法適用于不同重金屬的提取規(guī)律3.1糙米對(duì)土壤cd的富集分析從表1可知,水稻根系對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)為1.12±0.97,莖葉對(duì)根錫的富集系數(shù)為0.18±0.05。水稻糙米Cd含量在0.03~1.01mg·k-1之間。糙米對(duì)莖葉Cd的富集系數(shù)為1.40±1.29,遠(yuǎn)高于莖葉對(duì)根系Cd的富集系數(shù)。上述結(jié)果表明,在土壤→根系、根系→莖葉、莖葉→糙米這幾個(gè)部分之間,Cd從根系向莖葉的遷移最困難,從莖葉向糙米的遷移最容易。糙米對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)為0.25±0.31。糙米對(duì)土壤Cd的富集系數(shù)的變異很大,可見即使是在性質(zhì)很相近的田塊上,同一種作物(水稻)對(duì)土壤Cd的富集能力也有很大差異。這種差異可能是由于水稻的品種、成熟程度以及生長(zhǎng)狀況不同。3.2米對(duì)莖葉pb的富集分析水稻根系對(duì)土壤Pb的富集系數(shù)為0.97±0.86,莖葉對(duì)根系Pb的富集系數(shù)為0.04±0.04。糙米對(duì)莖葉Pb的富集系數(shù)在0.02±0.02。上述結(jié)果表明,在土壤→根系、根系→莖葉、莖葉→糙米這幾個(gè)部分之間,Pb在各部分的遷移能力逐漸降低,但從根系到莖葉、從莖葉到糙米,Pb的遷移系數(shù)是相近的,在同一個(gè)數(shù)量級(jí)。糙米對(duì)土壤Pb的富集系數(shù)為0.0006±0.0005,與文獻(xiàn)報(bào)道的數(shù)值相近或更低。3.3糙米對(duì)莖葉zn的富集系數(shù)水稻根系對(duì)土壤Zn的富集系數(shù)為2.08±0.76,莖葉對(duì)根系Zn的富集系數(shù)為0.27±0.10。糙米對(duì)莖葉Zn的富集系數(shù)為3.39±0.15。比較各部分的遷移系數(shù)可見,根系→莖葉和莖葉→糙米的Zn的富集系數(shù)相近,明顯低于土壤→根系Zn的富集系數(shù),這表明水稻從土壤中吸收Zn比較容易,但Zn從根系向上遷移則較難。3.4u3000糙米對(duì)cu、cd和cu的富集及遷移能力水稻根系對(duì)土壤Cu的富集系數(shù)為1.00±1.12,莖葉對(duì)根系Cu的富集系數(shù)為0.30±0.17。籽粒對(duì)莖葉Cu的富集系數(shù)0.68±0.29。比較不同部位富集系數(shù)可見,根/土對(duì)土壤Cu的富集系數(shù)較高,莖葉對(duì)根Cu的富集系數(shù)最低。這說明在土壤Cu向糙米遷移的途徑中,根系到莖葉是遷移的限制部位。糙米對(duì)土壤Cu的富集系數(shù)為0.11±0.05,對(duì)土壤Cu的富集系數(shù)低于Cd,略低于Zn。糙米對(duì)土壤中各元素的平均富集系數(shù)依次為Cd(0.25)>Zn(0.18)>Cu(0.11)>Pb(0.0006),其中對(duì)Cd、Zn、Cu的富集系數(shù)在同一個(gè)數(shù)量級(jí)而對(duì)鉛的富集系數(shù)則比其它3個(gè)元素低3個(gè)數(shù)量級(jí)。不同元素在土壤一根系一莖葉一糙米各部位間的遷移能力不同。Cd和Cu從根系向莖葉的遷移最困難;從土壤到糙米,Pb的遷移能力逐漸降低;土壤Zn比較容易進(jìn)入水稻根系,但從根系向地上部遷移比較難。4水稻重金屬富集的途徑水稻累積富集重金屬的現(xiàn)象主要取決于兩個(gè)方面:一是水稻自身的因素,如根冠比較大、分孽較旺盛的品種;二是環(huán)境因素,即土壤、空氣、水等。這些因素決定了重金屬在水稻中的含量、種類、存在形式,以及水稻對(duì)重金屬的富集能力和富集途徑。所以,根據(jù)水稻的特性,科學(xué)處理好各種栽培條件,通過生物的、物理的、或化學(xué)的途徑控制水稻中重金屬的含量,減少重金屬在生態(tài)系統(tǒng)中的傳遞,避免一些重金屬對(duì)食用或飼用者的傷害。具體可以從以下幾個(gè)方面著手:(1)通過向土壤中添加調(diào)控物質(zhì)來改變重金屬的化學(xué)活性,可以抑制水稻對(duì)重金屬的吸收。(2)加強(qiáng)對(duì)水稻重金屬富集檢測(cè)技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究,開發(fā)出一套