CO2浓度升高影响铜、镉复合污染条件下水稻蓄积重金属的机理研究

工农业生产正加剧农田中重金属积累，对初级农产品安全构成严重威胁，CO2浓度持续升高使这一过程更加复杂化。本项目以农艺性状差异明显的水稻品种为研究对象，利用CI-600 根系监测仪、HPLC-ICP-MS等先进仪器，重点研究CO2浓度升高条件下：1.铜、镉复合污染土壤中各种水稻品种的光合作用与生理响应；2.铜、镉复合污染环境中各种水稻品种的生化响应，尤其是植物络合素的响应；3.C02浓度升高和对照条件下铜、镉污染土壤的理化特征和微生物变化，探讨CO2诱导铜、镉复合污染环境中水稻超量或超低量蓄积铜和镉的生理生化特点及其与根际微生物的关系，揭示C02浓度升高条件下铜、镉对水稻器官中植物络合素变化的影响及其与水稻蓄积重金属的关系，评估CO2浓度持续升高和铜、镉复合污染下水稻健康风险，为CO2浓度持续升高背景下轻度污染农田的农产品安全生产提供科学依据，丰富和发展CO2诱导植物蓄积重金属修复技术的理论

课题主要开展了CO2浓度升高和铜、镉复合污染土壤上对不同品种水稻生长发育及稻米品质的影响差异。研究结果表明：（1）CO2浓度升高缩短了10种水稻的生育期，增加了大部分水稻成熟期株高和总生物量。（2）水稻不同生育期根际土壤溶液Cu含量均是高污染土壤处理远大于低污染土壤处理，10种水稻根际土壤溶液Cu、Cd含量均在分蘖期达到最大。（3）水稻不同生育期光合速率变化整体趋势为分蘖期>抽穗期>成熟期。CO2浓度升高均显著增加了10种水稻三个生育期净光合速率、胞间CO2浓度；5种粳稻光合速率、胞间CO2浓度增加幅度均是在抽穗期达到最大值，5种籼稻光合速率在成熟期增加幅度最大，胞间CO2浓度则在其抽穗期增加幅度最大。（4）水稻各部分对Cu、Cd的吸收存在很大品种差异。5种粳稻对Cu的吸收顺序为根>叶>茎>稻米，5种籼稻吸收顺序为根>茎>叶>稻米。（5）在CO2浓度正常、升高条件下，高复合污染土壤处理相较于低污染土壤处理显著增加了根、茎、叶、稻米中Cu、Cd含量及吸收量。（6）在低复合污染土壤上，CO2浓度升高降低了大部分水稻各部分Cu含量，增加了根、稻米中Cd含量，对茎、叶Cd含量影响品种差异较大；在高复合污染土壤上，CO2浓度升高增加了水稻各部分Cd含量及根、茎、叶中Cu含量。（7）相较于低污染土壤处理，高污染土壤处理普遍降低了稻米中N、S、Mn的含量，P、Fe、Zn、Ca、Mg、K含量品种差异较大；高污染土壤处理仅降低了10种水稻Mn吸收量。（8）CO2浓度升高普遍降低了水稻籽粒中N、S、Mn、K含量，对P、Fe、Zn、Ca、Mg含量影响品种差异显著，有升高有降低。（9）在低污染土壤上，CO2浓度升高增加了大部分粳稻籽粒N、P、Mn、Zn、Mg吸收量，降低了K吸收量；CO2浓度升高降低了大部分籼稻N、S、P、Mn吸收量，对Fe、Zn、Ca、Mg、K吸收量影响有很大品种差异。在高污染土壤上，CO2浓度升高降低了稻米N、S吸收量，增加了P的吸收量，其他元素吸收量品种差异较大。（10）CO2浓度升高使两种不同污染水平土壤的粳稻10#和籼稻11#、12#的16种氨基酸含量都下降。低污染水平，粳稻2#和籼稻15#的16种氨基酸含量均显著增加；高污水平，籼稻16#的7种必需和9种非必需氨基酸含量平均增加5.0%。不同品种下降幅度或增加幅度变化不一。