多金属硫化物矿区水稻镉积累的根际硫镉相互作用机制

酸性尾矿水是由多金属硫化矿氧化而成，其中含有大量的硫和重金属离子，引用尾矿水灌溉是造成矿区农田土壤镉污染和水稻中镉积累的主要原因之一，也使得土壤中的硫含量大大增加，然而污染土壤中硫对水稻镉积累的影响机制至今尚不明了。本项目针对华南地区多金属硫化矿区污染土壤中的"高硫"问题，利用根际箱和植物培养箱，选取高镉积累（P22）和低镉积累（P28）两种水稻品种，研究在水稻不同生育期间根际土壤中硫的赋存形态变化与根际土壤中镉的生物有效性的交互作用关系，并考察其对根表铁胶膜的生成、增长及其固定镉的能力的影响，同时，结合SEM-EDX、Raman、FTIR、XAS等一些现代分析技术，从分子尺度探讨硫和镉在土壤、水稻根表铁胶膜中的价态变化、结合方式和分布等特征的改变，最终揭示硫影响镉在水稻中吸收和积累的根际机理，以及硫在不同水稻品种间吸收和积累镉的差异性的贡献，为丰富水稻镉积累的机制提供新的科学内容。

本研究选取酸性矿山废水污灌造成的重金属污染水稻土，采用多格层根际箱模拟水稻根际环境，选取了两种镉积累程度不同的水稻品种（长香谷和金农丝苗），在生育中后期（分蘖期、孕穗期、扬花期、蜡熟期）根际土壤中硫的化学形态变化、重金属，特别是Cd的形态分布和迁移转化特征，指出了随着水稻的生长，硫的形态变化影响镉的迁移能力，影响水稻对镉的吸收；运用BCR连续提取法考察了重金属Cu、Pb、Zn和Cd的生物有效性，在四个时期中Cu、Pb和Zn均以生物有效性较低的形态为主，未发现Cu、Pb和Zn在各土层明显的迁移转化，但而弱酸提取态Cd明显在根际土壤中富集，其在S0层的含量约为其它土层的3倍。并且在生育期的中后期水稻对Cu、Pb和Zn几乎不再吸收，但对Cd的吸收能力依然很强。通过盆栽试验研究了不同水分管理条件（60%最大田间持水量，80%最大田间持水量，最大田间持水量，前期淹水+抽穗扬花期烤田，全生育期淹水）下水稻根际土壤及其不同器官（稻根、茎叶和籽粒）中硫、Fe和Cd的含量变化。结果表明，随着土壤水分含量的增加，在分蘖期根际土壤中Cd的含量略有升高，在成熟期对水稻根际土壤中Fe和Cd含量的影响不大；水稻不同器官对铁的吸收逐渐增加，对Cd的吸收则逐渐减少，两者呈明显的负相关关系；但抽穗扬花期烤田对水稻各器官对Fe的吸收影响不大，却明显增加了各器官中Cd的含量。除旱作处理外，不同水分管理方式下，土壤中全硫和有效硫含量随着土壤水分含量增加逐渐减少，抽穗扬花期烤田能明显增加根际土壤中总硫和有效硫含量，水稻对Cd的吸收与根际硫含量增加存在协同关系。本研究结果证实，水稻对Cd的吸收不仅与Fe吸收有关，土壤中硫的充分供给能显著增加Cd在水稻中的积累。