硅-砷比對(duì)土壤-水稻中砷遷移和累積的影響研究.pdf

1、水稻是人類主要的糧食作物之一，稻米主要產(chǎn)區(qū)土壤砷污染近年來受到廣泛關(guān)注，砷可在稻米中積累并通過食物鏈威脅人體健康，稻米砷污染問題已成為亟待解決的問題之一。硅是水稻生長(zhǎng)的必需營(yíng)養(yǎng)元素，可以通過與三價(jià)砷和有機(jī)砷競(jìng)爭(zhēng)吸收來抑制砷在水稻體內(nèi)的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)。然而在高砷和低砷土壤中施相同量的硅肥，對(duì)水稻吸收和累積砷的影響不同，可能是由于土壤溶液中硅/砷比值的不同而引起的?；诖?，本研究通過水培試驗(yàn)探索了不同硅/砷比對(duì)水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)砷的影響，及對(duì)水稻根

2、和劍葉砷亞細(xì)胞分布的影響;進(jìn)而采用土壤培養(yǎng)試驗(yàn)研究了硅砷比在不同施硅時(shí)期對(duì)水稻砷吸收和富集能力的影響，最終篩選出降低污染土壤-水稻體系中砷遷移和累積的主要可行措施。主要的研究結(jié)果如下:
　　(1)硅/砷比對(duì)水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)砷的影響研究-根部施硅
　　以2個(gè)水稻品種Jiahua-1和Italica carolina為試驗(yàn)材料，研究了水稻生長(zhǎng)在含有AsⅢ或AsⅤ介質(zhì)中1周，不同硅/砷比對(duì)水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)砷的影響。結(jié)果表明，Itali

3、cacarolina砷吸收量顯著低于Jiahua-1(P＜0.05)。當(dāng)水稻生長(zhǎng)在含AsⅢ介質(zhì)中，硅/砷比10∶1顯著抑制了其對(duì)砷的吸收(P＜0.05)，降幅為20.9％～22.5％;當(dāng)水稻生長(zhǎng)在含AsⅤ介質(zhì)中，硅/砷比200∶1顯著抑制了其對(duì)砷的吸收和向地上部的轉(zhuǎn)運(yùn)(P＜0.05)，因此，水稻中砷濃度隨硅/砷比的增加總體均呈下降趨勢(shì)，且Italica carolina砷含量顯著下降27.7％～32.6％(P＜0.05)?？傊?，AsⅢ，

4、AsⅤ處理?xiàng)l件下，硅/砷比分別為10∶1和200∶1時(shí)降低了水稻砷吸收能力及砷的累積。
　　(2)硅/砷比對(duì)水稻劍葉和根中砷亞細(xì)胞分布的影響
　　采用營(yíng)養(yǎng)液培養(yǎng)方法和亞細(xì)胞組分分級(jí)技術(shù)，研究了Italica carolina水稻分別生長(zhǎng)在含有AsⅢ和AsⅤ介質(zhì)中3天，不同硅/砷比對(duì)水稻劍葉和根中砷亞細(xì)胞分布特征的影響。結(jié)果顯示，水稻無論生長(zhǎng)在AsⅢ或AsⅤ條件下，根系和劍葉亞細(xì)胞不同組分中砷含量順序?yàn)?胞液＞細(xì)胞壁＞細(xì)胞器。

5、從水稻根中砷的亞細(xì)胞分布來看，AsⅢ處理下加硅明顯降低了根中砷在亞細(xì)胞各組分中的分布，且硅/砷比10∶1時(shí)根細(xì)胞器和胞液中砷的含量最低，其他硅/砷比處理對(duì)根中砷的亞細(xì)胞分布沒有顯著影響。而在AsⅤ處理下，只有硅/砷比200∶1處理顯著降低了根胞液和細(xì)胞器組分中的砷含量(P＜0.05);從水稻劍葉中砷的亞細(xì)胞分布來看，AsⅢ處理下硅/砷比10∶1顯著降低了胞液和細(xì)胞壁中的砷含量（P＜0.05）且達(dá)到了最低值，而細(xì)胞器中砷含量在硅/砷比1∶

6、1時(shí)達(dá)到最低。AsⅤ處理下，不同硅/砷比并沒有明顯影響砷在劍葉中的亞細(xì)胞分布。
　　(3)硅/砷比對(duì)水稻吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)砷的影響研究-葉面施硅
　　結(jié)果表明，AsⅢ處理下，DSi處理(葉面噴施Si濃度與溶液中砷濃度的比值為100∶1)顯著降低了水稻韌皮部汁液中As含量，GSi處理（葉面噴施Si濃度與溶液中砷濃度的比值為200∶1）顯著增加水稻韌皮部汁液中Si含量(P＜0.05);DSi處理可顯著降低水稻地上部砷濃度，但會(huì)增加水稻根

7、中砷濃度;而DMA處理下，GSi處理會(huì)顯著增加水稻韌皮部汁液中的Si、As含量(P＜0.05)?？傊?，葉面噴施低濃度硅肥(Si/As為100∶1)可降低水稻對(duì)砷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)，效果好于噴施高濃度硅肥（Si/As為200∶1）。
　　(4)硅的施用時(shí)期對(duì)水稻砷累積的影響研究
　　利用土壤盆栽試驗(yàn)，研究了施硅時(shí)期對(duì)種植在兩種砷水平土壤中水稻砷吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)的影響。結(jié)果表明，自然土土壤溶液中硅/砷比的范圍500∶1～1500∶1，而污染

8、土土壤溶液中硅/砷比的范圍100∶1～500∶1。自然土和污染土中拔節(jié)期施硅100mg SiO2/kg均顯著增加了水稻的生物量（P＜0.05），增產(chǎn)達(dá)79％和65％。砷在水稻不同部位的含量順序均為:莖葉＞穎殼＞籽粒;自然土上種植水稻，基施100mg SiO2/kg是降低水稻中As轉(zhuǎn)運(yùn)能力及其累積量的最佳方式(P＜0.05);而污染土中揚(yáng)花期施硅100mgSiO2/kg不僅顯著降低水稻體內(nèi)砷含量還降低了水稻籽粒中砷的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(P＜0.05

9、)。
　　總之，在水稻種植區(qū)施用高于土壤溶液中砷濃度10～200倍的硅可有效抑制水稻對(duì)砷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn);水稻葉面施硅時(shí)，噴施低濃度硅肥（Si/As為100∶1）可顯著降低水稻對(duì)砷的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn);對(duì)于砷含量不同的土壤而言，砷含量符合我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)GB15618-1995的一級(jí)和二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）的土壤，基施100mg SiO2/kg硅肥或在拔節(jié)期追施相同量硅肥既有助于增產(chǎn)還能降低水稻對(duì)砷的累積。砷含量約為60mg/kg污染土，在拔節(jié)期或揚(yáng)