钙对土壤镉化学形态及水稻吸收镉的影响

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中文摘要：镉是一种分解周期长、迁移性强、毒性高、难降解的重金属元素，对作物生长发育具有严重的危害作用。镉会通过食物链对人体健康造成一定的危害。水稻是我国主要粮食作物之一，易从污染土壤中吸收镉，因此如何减少水稻对镉的吸收，抑制镉由水稻根部向地上部转运成为学术界研究热点。钙作为作物生长所必需的营养元素，其离子半径与镉相近，二者会竞争相同离子运输通道和结合位点，所以向土壤中施加钙必然会影响水稻对镉的吸收、镉在水稻各个器官组织中的转运以及土壤中镉的化学形态。为此，本文为探讨钙对土壤中镉化学形态以及对水稻吸收镉的影响，通过水培试验研究镉胁迫下钙对水稻吸收镉以及镉在水稻亚细胞中分布的影响；同时，野外采集污染土壤，分析污染土壤中镉与钙之间的联系，通过施加不同种类的钙化合物进行水稻土培试验，探讨钙对土壤镉化学形态以及水稻吸收转运镉的影响，主要研究结果如下：（1）土壤镉有效态含量与土壤有效态钙含量之间相关性显著。相关性分析表明，土壤全镉含量与有效钙含量之间存在显著正相关关系，相关系数为0.593（P＜0.01）；土壤有效镉含量与有效钙含量之间存在显著正相关，相关系数为0.601（P＜0.01）。（2）施用外源钙使土壤有效镉含量降低。其中，硅酸钙使土壤中镉的酸可提取态和可还原态含量降低，可氧化态和残渣态含量上升；碳酸钙、多硫化钙以及醋酸钙使土壤中镉的酸可提取态和可氧化态含量降低，可还原态和残渣态含量上升。（3）籼稻“泰香优5318”为镉耐性水稻品种。试验水稻品种中籼稻“泰香优5318”地上部分镉含量最低为30.6mg·kg-1，地下部分向地上部分的转运系数最小为0.034，且在镉胁迫下水稻茎叶长、根长以及干重相对生物量均优于其他品种。（4）钙离子促进了水培水稻的生长，减少了水稻对镉的吸收，改变了水稻亚细胞中镉含量的分配比例。镉胁迫下，水稻干重相对生物量为77.1%；1mmol·L-1和2mmol·L-1的钙离子使“泰香优5318”的干重相对生物量分别升至85.7%和94.3%，根系镉吸收量分别降低了12.4%和22.1%。地上部分细胞壁组分中镉的分配比例分别上升5.2%和12.5%，可溶组分中镉的分配比例分别下降2.7%和9.9%，而地下部分细胞壁中镉的分配比例分别上升4.4%和8.9%，可溶组分中镉的分配比例分别下降4.1%和6.9%。（5）钙促进了土培水稻的生长，改变了镉在水稻植株体中的转运。其中，施加硅酸钙水稻干重相对生物量的变化范围为109.3%~165.3%；在0.1%和0.5%碳酸钙的作用下促进了水稻生长，相对生物量分别为113.7%和107.2%；在0.1%醋酸钙的作用下，水稻相对生物量最大为107.5%；外源钙使茎-叶的转运系数显著增加，尤其是施加0.5%的碳酸钙后，水稻茎-叶的转运系数最大为0.53，与对照相比，水稻中茎-叶转运系数的增幅最大为82.8%。综上，钙可以通过调节镉在水稻亚细胞中的分布，增加细胞壁中镉含量的占比，降低可溶组分中镉含量的占比，缓解镉对水稻生长的抑制作用。钙能使土壤中其他形态的镉向残渣态转变，降低土壤中镉活性态的占比，增强镉在土壤中的稳定性。在钙的作用下，水稻根对镉的吸收显著减弱，且进入水稻植株中的镉具有向茎-叶转运的趋势。可见，利用钙缓解水稻对镉的吸收具有一定的应用前景。

作者：

李海燕

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关键词：

水稻土壤管理钙化合物镉离子化学形态转运特征

授予学位：

硕士

学科专业：

化学;分析化学

导师：

秦樊鑫

学位年度：

2022

学位授予单位：

贵州师范大学

语种：

中文

中图分类号：