温度变化对红壤性水稻土Cd形态和水稻Cd吸收的影响机制

温度变化能影响土壤中重金属的环境化学行为和植物对重金属的吸收行为，进而影响重金属的环境风险和农产品安全，然而国内外相关的研究报道非常有限。本项目拟通过研究温度变化下的红壤性水稻土Cd吸附动力学和释放动力学、土壤基本理化性质以及微生物活性的动态变化，结合监测土壤溶液中Cd化学形态分布和含量，探讨温度变化对土壤溶液Cd化学形态分布和含量的影响及其主控机制；通过营养液培养试验结合植物生理研究，探讨温度对幼苗期、孕穗期水稻生理活动以及根系Cd吸收动力学的影响；通过田间小区试验，调节水稻种植时间，研究不同积温下水稻不同生长时期Cd在土壤-水稻系统中迁移系数以及成熟期水稻籽粒Cd的积累。通过上述研究，旨在揭示温度变化对土壤重金属生物有效性及农产品安全影响的机制和规律，阐明不同温度下重金属的化学行为和环境风险，进一步丰富和发展土壤重金属环境化学过程及其调控技术。

温度是影响土壤重金属化学形态、植物生长及重金属吸收的重要环境因子。随着全球变暖的不断加剧，温度的变化影响和改变了土壤中重金属的化学行为和植物对重金属的吸收和积累，进而影响了重金属的环境风险和农产品安全，然而国内外相关的研究报道非常有限。. 本研究以江西贵溪镉/铜污染土壤为供试土壤，通过培养箱和红外增温方式改变温度，选择水稻和小麦为作物品种，研究温度变化（特别是温度升高）背景下重金属污染土壤基本理化性质、土壤重金属化学形态、水稻/小麦的生长及其对重金属吸收和积累的变化规律，探讨温度对土壤重金属形态变化和植物吸收重金属的影响机制。研究结果表明，单独土壤培养条件下，随着温度的升高土壤pH逐渐升高，土壤溶液中的总铜/自由态铜离子浓度和离子强度逐渐减小，土壤固相中铜的化学形态也从可交换态向较为稳定的化学形态（铁锰氧化物结合态）转移；水培研究表明，温度升高显著增加了镉对小麦的毒性和小麦根中的镉含量，但小麦根中的抗氧化酶活性的变化并不一致；水稻/小麦的红外增温温室土培试验表明，温度升高显著提高了水稻和小麦籽粒中的镉含量，且水稻提高的幅度要明显高于小麦；全天增温处理使粳稻Cd含量从0.135 mg/kg升高到了0.398 mg/kg，接近国家食品卫生标准（0.20 mg/kg）的2倍；使籼稻Cd含量从0.274 mg/kg升高到了0.653 mg/kg，达到了国家标准的3.3倍，表明在平均增温1 ℃的条件下水稻籽粒中的Cd含量已经超过了国家标准数倍，预示着全球变暖对粮食质量安全存在着较大的风险。相关机制研究表明温度升高主要通过降低土壤溶液pH、提高土壤溶液中的重金属浓度、刺激作物根系生长、增强作物蒸腾作用等方式促进了作物对重金属的吸收和积累。野外红外增温水稻试验的结果和温室红外增温土培试验的结果并不完全一致，其原因仍在进一步研究中。. 通过本项目的研究，基本阐明了温度变化对土壤镉/铜生物有效性和作物积累镉/铜的影响机制和规律，并探讨了不同温度下重金属的环境化学行为和环境风险，为进一步丰富和发展有关重金属环境化学过程及其生物有效性的理论提供了研究基础。在项目研究期间，共发表6篇SCI论文，另有2篇论文在审稿中；先后参与本项目的研究生共有6人，其中3人已毕业。