红壤水稻土重金属铜对水稻生长影响及风险评价

发布时间：2020-06-08 23:06

【摘要】：为了阐明红壤水稻土高含铁背景下重金属铜胁迫对水稻生长影响及风险评价,论文采取了野外采样调查和盆栽模拟实验的方式,选取了受铜矿污染的乐安河流域红壤水稻土地区作为野外采样调查研究区域,对区域内主要污染地区的土壤和水稻样品进行了采集分析,测定了土壤的理化性质、土壤及水稻体中重金属Cu、Fe含量,分析了土壤的理化性质与重金属Cu、Fe之间的相关性,阐明了乐安河流域内土壤和水稻重金属Cu、Fe分布特征及土壤及水稻中重金属Cu、Fe迁移规律,并对研究区域内重金属Cu污染的风险进行了评价。在此基础上,通过外源添加重金属Cu、Fe模拟乐安河流域红壤水稻土高含铁背景下重金属铜胁迫对水稻生长影响,测定了水稻各项生长指标(株高、叶面积、分蘖数及相对产量)和生理指标(叶绿素含量、超氧歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)及丙二醛(MDA)活性),并对各指标进行综合指数分析,揭示了红壤水稻土高含铁背景下重金属铜胁迫对水稻生长影响,旨在为水稻安全生产和改善优化稻米质量,并为重金属污染防治提供科学依据。主要结论如下:(1)研究区域内各采样点土壤pH均小于7,呈现出酸性;土壤中重金属Cu元素平均含量超出江西土壤重金属Cu背景值7倍,超出国家农用地土壤污染风险管控标准(GB15618—2018)5倍;重金属Fe元素平均含量超出中国土壤背景值的28倍,超出世界土壤背景值20倍。土壤pH值、EC值与土壤中重金属Cu、Fe元素含量之间均存在负相关关系,而土壤CEC值、OM值与土壤中重金属Cu、Fe元素含量之间均存在正相关关系。此外,土壤中Cu、Fe两种元素也呈现出极显著正相关。(2)研究区域内各采样点成熟期水稻各部位中Cu、Fe总体呈现出沿河流方向依次递减的趋势;在各点位中水稻各部位吸收累积重金属Cu、Fe呈现为:根茎叶稻米的规律。(3)研究区域内各采样点水稻各部位重金属Cu、Fe生物富集系数大小都呈现出根㧐茎㧐叶㧐稻米的规律,说明水稻根系是重金属元素主要富集的部位;不同采样点水稻各部位生物富集系数(BCF)随着采样点土壤重金属Cu、Fe含量的升高而减小,说明水稻各部位生物富集系数(BCF)与土壤重金属Cu、Fe含量呈反比关系。(4)研究区域内各采样点稻谷中重金属Cu单因子污染指数(PI)均大于1.0,表明研究区域内稻谷中重金属Cu元素含量均超标;有75%的采样点稻谷中重金属Cu高危商指数(HQ)超过1.0,表明研究区域内稻谷中存在较为明显的健康风险。(5)随着外源Cu、Fe单一及其复合胁迫下水稻各生长指标总体呈现出先上升后下降的趋势。在单一外源Fe胁迫时,水稻株高、分蘖数、叶面积在外源Fe浓度为400mg/kg时达到最大值,相对产量在外源Fe浓度为200mg/kg时达到最大值。在单一外源Cu胁迫时,水稻株高、分蘖数、叶面积在外源Cu浓度为100mg/kg时达到最大值。而水稻产量呈现出持续下降的趋势,并在外源Cu浓度为300mg/kg时达到最小值,相对产量为68.8%。在外源Cu、Fe复合胁迫时,水稻株高、分蘖数、叶面积、水稻产量在Cu浓度为100mg/kg、Fe浓度为200mg/kg时达到最大值,此后各生长指标开始出现下降趋势。在Cu、Fe胁迫浓度分别为300mg/kg、800mg/kg时各生长指标达到最低值,此时水稻已枯萎。(6)无外源Cu背景下高含铁红壤耕作土(外源Fe"f400 mg/kg)有利于水稻的生长与发育,无外源Fe背景下低浓度Cu("f100 mg/kg)以及低浓度Cu("f100 mg/kg)、Fe("f200 mg/kg)组合均对农作物的生长起到促进的作用,诱导水稻叶片SOD、POD与CAT活性。然而,当外源Fe浓度超过800 mg/kg或者Cu浓度超过200 mg/kg时,尽管抗氧化酶SOD、POD与CAT活性受到极显著诱导,但水稻的生长开始明显受到影响。(7)IBR综合分析表明,相较与外源Fe胁迫,外源Cu胁迫对水稻生物标志物综合效应影响更大。(8)外源Cu、Fe单一及其复合胁迫下,当Cu浓度为100mg/kg、Fe浓度为200mg/kg最适合水稻的生长。
【图文】：

分布图,乐安河,采样点,流域

红壤水稻土重金属铜对水稻生长影响及风险评价2.1.2 样品采集2.1.2.1 采样点设置本研究于 2017 年 7 月开展，在乐安河流域共设置 8 个采样点，采样点的布设原则主要参考已有的乐安河流域重金属污染研究，从重金属污染较为严重的乐安河流域戴村段开始，依次乐安河中、下游各河段进行采样，，采样点均采用 GPS 定位，各样点分别为：戴村（L1）、m:口村（L2）、韩家村（L3）、叶家村（L4）、杨家村（L5）、蔡家（L6）、毛家（L7）、角子口（L8），样点位置如图 2.1 所示。

自封袋,实验室,尼龙筛,网袋

整株植物样品，用去离子水洗涤，滤纸吸干，将根、茎、叶、可食部分剪开，然后分开装入自封袋及网袋中密封，统一编号后带回实验室。带回实验室再用去离子水冲洗后在 105℃下杀青半小时，70℃下烘干，分别称其干重。然后将其粉碎，并滤过 0.1mm尼龙筛，装袋密封备用。现场采样图见图 2.2。表 2.1 采样点位置Table 2.1 Sample Point Location编号典型村落经度纬度L1 戴村 117°28′50″28°55′36″L2 m:口 117°25′27″ 28°54′34″L3 韩家村 117°21′29″ 28°53′38″L4 叶家 117°16′23″ 28°53′03″L5 杨家村 117°12′52″ 28°58′01″L6 蔡家 117°03′44″ 28°55′18″L7 毛家 116°51′08″ 28°53′23″L8 角子口 116°41′50″ 28°57′32″
【学位授予单位】：南昌工程学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X503.231;X53;S511

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