鎘脅迫下水稻的耐性機理及防治研究

[摘 要] 本文首先對江西省某工業園區土壤進行測定，結合內梅羅指數綜合污染指數分析法分析發現該地土壤鎘含量超標。然后，以揚花抽穗期水稻為研究對象，設置對照試驗研究鎘脅迫對水稻植株株高、根系相對伸長率及根系質量、葉綠體含量及光合作用強度、稻株谷粒生物量等的影響，結果表明鎘對水稻的生長存在“劑量效應”（或稱“兩重性”），低于5 μmol/L鎘脅迫對水稻的植株株高、根長、根質量、葉綠體及谷粒生物量無明顯影響，1 μmol/L CdCl2起到了促進作用，而當Cd2+在植物體內累積到一定程度時，則表現出植株矮小、生長滯緩、產量下降等癥狀。因此，采取合理措施平衡土壤中鎘含量，對減緩土壤重金屬污染，抑制農業面源污染及促進產業結構轉型具有重大的意義。

[關鍵詞] 鎘脅迫；水稻；揚花抽穗；工業園

[中圖分類號] S511 [文獻標識碼] B [文章編號] 1674-7909（2017）02-62-2

我國自20世紀70年代中期起陸續開展有關土壤鎘污染的調查工作。中國農業環境報告曾指出，截至1980年，我國土壤鎘污染面積達9 333 hm2，到1998年我國鎘污染耕地面積已達1.33萬hm2，全國有11處污灌區的土壤鎘含量嚴重超標，累計已生產鎘污染大米（“鎘米”）5萬余t，全國范圍內的水稻作物已有超過10%被污染，每年受污染的土地面積還在不斷擴大[1，2]。水稻作物受鎘污染十分嚴重，人畜如果長期食用“鎘米”，會對骨骼系統造成嚴重的不良影響，從而使患“痛痛病”的概率增加，嚴重時甚至會導致死亡。所以，如若不加以合理控制，則鎘通過食物鏈循環、生物富集作用，將會對人畜的健康產生嚴重的不良影響。

1 工業園區土壤鎘含量檢測

1.1 檢測技術

本次外出采樣主要采用混合土樣采集方法。而混合樣有蛇形、對角線、梅花形3種采集方法（見圖1）。監測點位確定后，在50 m×50 m采樣區域內采集分點樣品。單獨或綜合采取網格法、放射線法、帶狀法、扇形法等方法布點。取江西省某工業園附近農地耕作層15～20 cm的25個土壤樣本，登記編號，以備各項測定之用。

土壤樣品帶回實驗室，風干、研磨、過100目尼龍篩，并保存于玻璃瓶中備用。準確稱取0.250 0 g（精確到0.000 1 g，以下都與此相同）風干樣土于消煮管中，加入10 mL濃HNO3浸泡過夜。消煮前加2 mL濃HClO4和2 mL濃HF，放置電熱消煮爐（卓樂康ZLK.LWY-84B）上加熱消煮，溫度調至120 ℃。待消煮管內溶液煮至4～5 mL時（加熱過程中保持消煮管位置的經常移動，以防受熱不均），溫度至180 ℃，待管內霧氣騰繞，沿管壁加1 mL 30%H2O2。重復此步驟直至消解液成白色或淡黃色黏稠狀，再用去離子水沖洗內壁，加熱溶解殘渣，冷卻后用2%的稀硝酸定容至25 mL，采用ICP-AES（Optima-2000DV）測定消解液中重金屬Cd的含量。測定重金屬含量時每個樣品均采用3組平行試驗，取均值作為樣品測定重金屬濃度。同時，利用國家標準土壤物質（GSS-8）進行質量控制。

1.2 檢測結果分析

本文采用國內通用的內梅羅綜合污染指數法對該工業園區采樣進行土壤重金屬檢測。方法公式如下：

土壤污染水平分級標準采用國家土壤環境二級標準（GB15618-1995）土壤污染綜合污染指數分級標準為綜合污染指數P綜>3為重污染，2～3為中污染，1～2為輕污染，0.7～1為警戒級，0.7為安全級。

從綜合內梅羅指數來看（見表1），土壤重金屬污染指數平均值1.73，屬于輕度污染。對每個樣點按照表1的污染級別劃分標準進行劃分，綜合污染指數污染級占52.38%，污染樣點大部分屬于輕度污染級，占38.10%，非污染級占47.62%。但從土壤重金屬單項污染指數的平均值來看（見表1），該工業園區土壤重金屬污染只有鎘達污染級，其他六大重金屬污染單項指數都很低，均未污染?？梢钥闯?，土壤污染綜合指數污染級的主要原因是鎘的含量較高造成。說明工業園區Pb、Hg、Cr、Cu、Ni和Zn均較安全，鎘（Cd）需要加強控制。

2 Cd脅迫下揚花抽穗期水稻生長試驗

2.1 材料與方法

2.1.1 試驗材料。選擇植株長勢良好即將進入揚花抽穗期的稻株21株（3株為一組），配制含不同濃度梯度（1、5、10、25、50 μmol/L和100 μmol/L）CdCl2的水稻培育營養液，蒸餾水等。

2.1.2 試驗設計。A組（試驗組），將長勢良好即將進入揚花抽穗期的稻株根系用蒸餾水洗凈，3株為一組，將18株稻株平均分配至6個分別裝有10 L含1、5、10、25、50 μmol/L和100 μmol/L CdCl2的水稻培育營養液的塑料桶中，按照濃度順序分別給各塑料桶貼上寫有“組1、組2、組3、組4、組5和組6”的不同標簽，用以區分。水稻培養液每7 d換一次，調節pH值至5.0～5.1，給予適宜的光照和溫度，30 d后觀察結果。B組（對照組），取3穴稻株用蒸餾水洗凈根系后移至裝有10 L普通水稻培養液的塑料度，30 d后觀察結果。

2.2 結果與分析

研究表明，Cd對水稻的生長存在“劑量效應”（或稱“兩重性”），本研究揚花抽穗期水稻在1、5、10、25、50 μmol/L和100 μmol/L CdCl2不同濃度梯度環境下的生長情況發現，低于5 μmol/L鎘脅迫對水稻的植株株高、根長、根質量、葉綠體及谷粒生物量無明顯影響，在1μmol/L CdCl2時，起到了促進作用，而當Cd2+在植物體內富集到一定程度時，則會干擾植物細胞的分裂和分化，阻礙植物對營養物質的吸收與調配，進而影響植物體的生長，從而使植物表現出植株矮小、生長遲緩、產量下降等癥狀[3-7]。

3 基于研究現狀的“鎘米”防治措施

人類賴以生存的主要資源之一就是土壤。其是農業發展的基礎，決定著農業的產量和質量。而水稻作為人類最主要的食物來源之一，其質量優劣直接影響人們的身心健康。為降低土壤重金屬污染，減輕“鎘米”的危害性，提出以下防治措施。

一是完善相關法律法規和管理體系，加大土地監督和保護力度。土壤中鎘、鉛等重金屬的聚集與人類的生產、生活息息相關，對于重金屬污染的預防，應從源頭抓起。地方政府應實行嚴格的企業審查制度，對于高污染、高能耗性產業實行嚴格監管與懲戒，將土壤污染風險降至最低。

二是樹立科學合理的發展觀，堅持可持續發展。近年來，不少地方政府為了提升政績，大力興建基礎設施或是引進高消耗、高產能性產業。此舉雖能在短期內促進當地經濟發展，而從長遠來看卻留下許多詬病。因此，相關政府及執政人員應樹立科學嚴謹的核心價值觀與長遠發展的眼光，要有金山銀山，更要守住綠水青山。

三是做好宣傳工作和本職工作，提高公民的環保意識。不少研究表明，土壤重金屬污染的一大原因便是居民對農藥化肥的濫用，不能正確把握一個“度”。因此，相關部門需加強對農業耕種的科普，引導科學合理施肥與耕作。其次，需引進先進的生產技術，進一步發展綠色農業。采用先進的生產技術，不僅能大幅提升農作物產量，而且能降低生產成本，有利于治理農業面源污染。

四是建立土壤污染檢測系統，定期對土壤污染情況作出預報，及時發現可對土壤造成污染的因素。對于已經被污染的土壤，應立即采取綜合治理措施，如工程修復技術、物理修復技術、化學修復技術等。近年來新發展的生物修復技術對土壤重金屬污染也極為適用，并且這一方法更加經濟、高效和環保，具有廣泛的應用前景。

參考文獻

[1]鄭喜珅，魯安懷，高翔.土壤中重金屬污染現狀與防治方法[J].土壤與環境，2002（1）：79-84.

[2]盧紅玲，肖光輝，劉青山，等.土壤鎘污染現狀及其治理措施研究進展[J].南方農業學報，2014（11）：1986-1987.

[3]李志博，駱永明，宋靜，等.基于稻米攝入風險的稻田土壤鎘臨界值研究：個案研究[J].土壤學報，2008（1）：76-81.

[4]陳中敏.鎘脅迫條件下水稻對鎘的吸收分配規律及其生理生化特性研究[J].浙江大學學報，2007（6）：41-45.

[5]陳娟.鎘對水稻植株生長和葉片生理活性的影響[J].種子，2009（6）：38-42.

[6]蔣漢明.鎘對植物生長的影響及植物耐鎘機理研究進展[J].廣東微量元素科學，2012（5）：1-6.

[7]丁園，宗良綱，徐曉炎，等.鎘污染對水稻不同生育期生長和品質的影響[J].生態環境學報，2009（1）：12-15.