论文总字数：16487字

目 录

1 引言 1

2 材料与方法 1

2.1 供试材料 1

2.2 试验设计 2

2.3 取样与测定 2

2.4 数据处理 2

3 结果分析 3

3.1 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻生长的影响 3

3.1.1 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻分蘖数的影响 3

3.1.2 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻产量的影响 3

3.1.3 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻生物量的影响 4

3.2 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻镉含量的影响 5

3.3 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻矿质元素吸收的影响 6

3.3.1 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻P、K、Ca、Mg吸收的影响 6

3.3.2 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻Fe、Mn、Cu、Zn吸收的影响 7

4 讨论 8

4.1 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻生长的影响 8

4.2 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻Cd含量的影响 8

4.3 镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻矿质元素吸收的影响 9

5 结论 9

参考文献 9

致谢 11

引言

土壤重金属污染是目前我国面临的主要生态环境问题之一。2014年《全国土壤污染状况调查公报》结果显示，我国受污染土地占调查点位的16.1%，其中82.8%来自重金属污染而全国土壤镉污染达7%，居所有污染物之首，镉成为中国土壤的首要污染物^[1]。在我国镉污染的耕地涉及11个省25个地区，部分地区镉污染已经相当严重，广州郊区老污灌区，土壤中的镉含量最高竟高达228 mg kg^-1，平均含量为6.68 mg kg^-1；沈阳张士灌区有2533万hm²农田遭受镉污染，其中严重污染的农田土壤占13%^[2]。2013年对广州市场上大米检测发现镉含量超标比例高达44.4%^[3]，该事件再次引发了人们对食品安全、环境污染问题的思考。镉是一种非必需且生物毒性最强的重金属元素，随着我国工业化、城市化和农业现代化进程的高速发展，土壤镉污染日趋加重，由于重金属在土壤中具有滞后性、隐蔽性、积累性、不可逆转性、难降解性等特点，所以一旦土壤受到重金属污染，不仅会危害到植物的生长与发育，而且会威胁粮食的安全，最终会通过食物链危及人类的健康^[4]。

近年来，由于化石燃料的大量燃烧，大气中二氧化碳的浓度从280 μmol mol^-1上升到大约380 μmol·mol^-1，美国国家海洋和大气管理局在2015年3月监测得出数据，全球大气中CO₂平均浓度首次突破400 μmol mol^-1，达到400.8 μmol mol^-1[5]，并且这个值在未来会继续增加，有专家估计，到2050 年大气中 CO₂浓度将超过 550 μmol·mol^-1，到2100年大气中CO₂浓度将会达到1260 μmol mol^-1[6]。在土壤重金属污染日益加剧的同时，以全球气候变暖为主导的气候环境问题也极大的影响水稻的生长与发育。已有许多研究表明重金属污染和气候变化尤其是CO₂浓度升高都会对作物的生长发育产生重要的影响。目前，由于环境的不断恶化、环境和大气二氧化碳浓度的增加，植物同时暴露于重金属污染土壤和高浓度CO₂下，越来越多的学者开始关注重金属和二氧化碳对植物的联合作用，然而，由于实验的方法、植物品种不同等因素，仍存在很多不一致的观点。

中国是世界上主要的水稻生产国之一，据统计，我国水稻种植面积4.5亿亩左右，居世界第二位，总产量2.04亿吨，居世界第一位，全国有近六成的人口主要以稻米为主食^[7]。在全球气候变暖为主导的气候变化环境下探究水稻的粮食安全尤为重要。因此，本研究采用土培的方法，利用开顶式气室（Open Top Chamber，OTC）研究 Cd污染下CO₂浓度升高对水稻的生长发育、产量、以及矿质元素吸收累积的影响，以期为气候变化背景下粮食安全评价与调控提供科学依据。

材料与方法

供试材料

试验采用土培实验，在2个开顶式气室Open Top Chambers（OTC）中进行。二个气室中，第一个气室为自由大气CO₂浓度，第二个气室通入CO₂，其浓度控制在550 μmol mol^-1。

供试土壤取自生态园实验田，其pH为6.8、有机质含量为9.28 g kg^-1、全氮含量为1.06 g kg^-1、速效磷为6.89 mg kg^-1、速效钾为62.8 mg kg^-1。土壤镉处理添加CdNO₃，添加镉量分别为：0、2、10 mg Cd kg^-1干土。镉处理过的土壤装入直径160 mm，下直径136 mm，高158 mm的白色塑料桶中，每桶装土2 kg，老化一周后使用。

供试水稻品种为镇稻16。水稻种子用30% H₂O₂消毒15分钟，浸泡过夜，然后播种在育苗盘中。待水稻苗高6 cm后，挑选大小一致的幼苗移栽桶中，每桶4株，然后放入OTC中，于晴天早7：00-晚7：00通入CO₂。

试验设计

实验共6个处理，分别为自由大气CO₂浓度 0 mg Cd kg^-1土（AC-CK）、自由大气CO₂浓度 2 mg Cd kg^-1土（AC-Cd1）、自由大气CO₂浓度 10 mg Cd kg^-1土（AC-Cd2）、550 μmol mol^-1 CO₂浓度 0 mg Cd kg^-1土（EC-CK）、550 μmol mol^-1 CO₂浓度 2 mg Cd kg^-1土（EC-Cd1）和550 μmol mol^-1 CO₂浓度 10 mg Cd kg^-1土（EC-Cd2），每个处理4个重复。

取样与测定

待水稻成熟后分根、茎、叶、穗收获，并记录水稻分蘖情况。收获时水稻根系用自来水反复冲洗至无泥带回实验室，再用自来水反复冲洗干净，仔细检查至肉眼看不见泥土，用0.5 mol L^-1 CaCl₂解析30分钟再用自来是反复冲洗，再用去离子水浸泡三遍，最后用吸水纸把表面水吸干。样品放置105°C烘箱30 min后，再放置70°C烘干24 h至恒重，记录其干重。

烘干后的水稻样品用不锈钢粉碎机（T250D, IKA, Germany）粉碎，密封袋保存备用。取适量样品进行倒入锥形瓶中，用浓HNO₃/HCl（3:1）混合溶液消煮：先加入浓HNO₃/HCl（3:1）混合溶液8 ml冷消化一段时间（过夜）后，用电炉加热消化至近干，重复（1-2）次，消化至近干，加1 ml HClO₄至冒白烟至近干，1% HCl溶液定容至10 ml。采用ICP-MS（Agilent 7500a）测定样品中的P、K、Ca、Mg、Fe 、Mn、Cu、Zn 、Cd。

数据处理

数据为四次重复的平均值±标准差。采用Microsoft Excel 2007对数据进行处理并作图，不同处理间的差异显著性采用SPSS 19.0 软件对数据进行方差分析，并采用新复极差法（Duncan）进行多重比较，差异显著性水平为P = 0.05。

结果分析

镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻生长的影响

镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻分蘖数的影响

Cd胁迫和CO₂浓度升高对水稻分蘖数的影响见图1。正常CO₂浓度时，不同浓度Cd处理对水稻分蘖数无明显影响；高浓度CO₂（550 μmol mol^-1）环境下，不同浓度Cd处理对水稻分蘖数亦无影响。同一Cd浓度处理下CO₂升高对水稻分蘖数没有影响。两因素方差分析结果表明，本研究浓度范围内Cd和CO₂对水稻分蘖都无显著影响，二者之间无交互作用（P gt; 0.05）。

图1 Cd胁迫和CO₂浓度升高对水稻分蘖数的影响

表1 Cd和CO₂处理对水稻分蘖数的影响（个/株）

镉胁迫和CO₂浓度升高对水稻产量的影响

图2为Cd胁迫和CO₂浓度升高对水稻产量的影响。由图2可见，在CO₂浓度正常时，不同浓度的Cd对水稻产量无明显影响，高浓度CO₂（550 μmol mol^-1）环境下，随Cd处理浓度增加水稻产量降低，与对照（EC-CK）相比，EC-Cd1降低了53.5%，EC-Cd2降低了83.0%；Cd处理降低了水稻产量40.1%-50.9%（表2）。低Cd水平下（CK和Cd1），增加CO₂浓度对水稻产量无影响，高浓度Cd（Cd，10 mg kg^-1）胁迫下，增加CO₂浓度，显著降低水稻产量（图2），表明Cd胁迫和CO₂之间存在交互作用（P lt; 0.05）（表2）；CO₂处理对水稻产量无明显影响（表2）。

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：16487字

相关图片展示：