科研产出
水稻积累及耐受镉和砷的分子机制与育种实践
《植物遗传资源学报 》 2023 北大核心 CSCD
摘要：近些年来，我国农田镉、砷污染日益严重，导致稻米镉、砷超标事件时有发生。稻米是全球约一半人口的主粮，也是人体从食物中摄入镉和砷的主要来源，土壤中的镉和砷被水稻吸收后，通过食物链的富集作用在人体内积累，进而危害人体健康。因此，减少镉、砷在稻米中的积累成为保障我国粮食质量安全和促进水稻产业发展亟待解决的重要问题。研究水稻对镉和砷的累积机制，在此基础上培育镉、砷低积累水稻品种，是解决稻米镉和砷超标最经济的方法，对实现污染农田的稻米安全生产具有重要意义。本研究主要综述了农田镉和砷的存在形态及生物有效性，阐述了水稻吸收、转运镉和砷的分子机制，以及镉、砷耐受机制，概述了镉、砷低积累水稻育种进展，并对未来的发展方向进行了展望，旨在为减少水稻籽粒镉、砷含量的研究提供一些参考。
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絮凝处理镉模拟污水及用于水稻栽培效应研究（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2023
摘要：通过盆栽试验，研究了不同浓度镉模拟污水絮凝除镉处理后的“再生水”浇灌水稻对其生长的影响和Cd在其中的迁移分布状况。结果表明，0.1和0.5 mg/L的两种模拟污水絮凝后的清液Cd浓度≤0.01 mg/L、pH=5–8.5，达到中国农田灌溉水质标准，将其浇灌栽培水稻，所得稻谷Cd含量分别为0.07和0.13 mg/kg，达到中国食品安全国家标准（谷物镉残留≤0.2 mg/kg）；抽穗期叶绿素含量、分蘖期分蘖数、稻谷产量均随着Cd浓度提高逐渐降低；同等浓度Cd模拟污水与絮凝除镉处理后的含Cd上清液浇灌水稻，对水稻生长具有同等效应；成熟后水稻根、茎和谷Cd含量依次为根>茎>谷。
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不同镉砷同步钝化剂对复合污染农田的修复效果研究（英文）
《Agricultural Science & Technology 》 2023
摘要：为筛选出适合镉砷复合污染稻田的同步钝化剂，采取大田试验对15个镉砷同步钝化剂修复效果进行对比分析。结果表明，大部分钝化剂有增产效果，其中T5和T13较CK增幅显著，分别增产11.63%和11.17%；钝化剂的稻米降镉效果整体上优于降砷效果，除T3和T14外，其它13个产品的稻米降镉效果明显，降幅在11.74%–60.32%之间；T5、T7、T8、T9、T10、T15等产品的稻米降砷效果明显，降幅在17.95%–23.87%之间；聚类分析表明15个产品可分为3类，即高效降镉并可同步降砷的产品、对稻米降镉、降砷均没有显著效果的产品和具有一定降砷或降镉效果的产品。综合考虑稻米降镉和降砷及增产效果，T4、T5、T13要优于其他12个产品，可在本区域镉砷复合污染稻田进行推广应用。
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镉污染对稻田土壤真菌群落结构及多样性的影响
《南方农业学报 》 2022 北大核心 CSCD
摘要：[目的]探究镉胁迫对稻田土壤真菌群落结构及其多样性的影响,为阐释镉胁迫对稻田土壤微生物多样性的影响机制提供科学依据.[方法]以湖南某镉矿周边3个镉污染程度(高、中和低)的稻田土壤为研究对象,采集土壤样品,测定土壤养分含量,利用Illumina MiSeq高通量测序技术探究土壤真菌群落结构,对比分析不同镉污染组土壤真菌群落多样性和群落结构差异.[结果]稻田土壤的真菌α多样性随着镉污染水平升高逐渐降低,高镉组(总镉含量>3.0 mg/kg)α多样性显著低于中镉组(总镉含量0.3~3.0 mg/kg)和低镉组(总镉含量?3.0 mg/kg)(P?0.05,下同),但中镉组和低镉组之间的差异较小.高镉组与中、低镉组土壤样品间真菌群落具有显著差异.在门水平上,子囊菌门(Ascomycota)、担子菌门(Basidiomycota)和被孢霉门(Mortierellomycota)在所有样品组中均属优势菌门,相对丰度在51.09%~81.93%.韧伞属(Hypholoma)、篮状菌属(Talaromyces)、Meliniomyces属在高镉组的相对丰度显著高于中镉组和低镉组,可能是潜在的耐镉菌.有机质、pH、碱性氮、有效磷、有效钾、总磷、总镉及有效镉均与土壤真菌群落结构呈极显著正相关(P?0.01).[结论]高浓度镉污染可降低稻田土壤真菌群落α多样性并改变土壤真菌群落结构.pH、碱性氮、有效磷、有效钾、总磷、有机质、总镉及有效镉均与土壤真菌群落结构显著相关,是影响土壤真菌群落结构的主要驱动因子.
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纤维素基水凝胶的辐射合成及其对水体中Cd2+吸附性能研究
《应用化工 》 2022 CSCD
摘要：采用丙烯酸、丙烯酰胺为主要单体，通过60 Co-γ射线辐射引发纤维素接枝，制备纤维素基重金属吸附材料。考察了纤维素种类、添加量及溶液pH对重金属Cd2+的吸附容量及去除率的影响。结果表明，最佳合成条件为：辐照剂量5 kGy,剂量率2 kGy/h,丙烯酰胺∶丙烯酸=3∶1,纤维素占固含量的重量百分比为17.85%。在该条件下得到自制纤维素（17.85%SMC）及微晶纤维素（17.85%MCC）接枝聚合物，在Cd2+溶液pH=7时，吸附容量分别为44.29 mg/g, 42.09 mg/g。17.85%SMC经5次循环，Cd2+吸附容量＞40 mg/g,去除率＞80%。FTIR、SEM-EDS、TGA分析表明，主要单体成功接枝到纤维素上并形成酯基，纤维素添加量为17.85%时纤维素接枝聚合物保持良好的热稳定性，其Cd2+吸附效果最佳。
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纤维素基水凝胶的辐射合成及其对水体中Cd2+吸附性能研究
《应用化工 》 2022 CSCD
摘要：采用丙烯酸、丙烯酰胺为主要单体,通过60 Co-γ 射线辐射引发纤维素接枝,制备纤维素基重金属吸附材料.考察了纤维素种类、添加量及溶液pH对重金属Cd2+的吸附容量及去除率的影响.结果表明,最佳合成条件为:辐照剂量5 kGy,剂量率2 kGy/h,丙烯酰胺∶丙烯酸=3∶1,纤维素占固含量的重量百分比为17.85%.在该条件下得到自制纤维素(17.85%SMC)及微晶纤维素(17.85%MCC)接枝聚合物,在Cd2+溶液pH =7 时,吸附容量分别为44.29 mg/g,42.09 mg/g.17.85%SMC经 5 次循环,Cd2+吸附容量>40 mg/g,去除率>80%.FTIR、SEM-EDS、TGA分析表明,主要单体成功接枝到纤维素上并形成酯基,纤维素添加量为17.85%时纤维素接枝聚合物保持良好的热稳定性,其Cd2+吸附效果最佳.
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连续施硅对双季稻镉硅累积效应的影响
《环境科学 》 2022 EI 北大核心 CSCD
摘要：为研究硅肥对土壤镉生物有效性以及双季稻对镉硅积累的影响,在稻田土壤镉较高[ω(总Cd)为1.03 mg·kg-1]污染条件下,开展双季稻连续基施硅肥180 kg·hm-2(以SiO2计)的田间定位试验.结果表明,双季稻田连续施用硅肥能够增加土壤有效硅含量,增幅为108.1%~275.0%,同时提高土壤1.15~1.33个pH单位,施用硅肥早、晚稻土壤DTPA-Cd含量降幅分别为12.3%和15.9%,差异达显著水平;施硅促进了土壤镉向稳定形态的转化,土壤可交换态EXC-Cd含量降幅为2.6%~5.1%,QW处理降低达显著水平;施硅肥处理,碳酸盐结合态CAR-Cd含量降低,降幅为8.6%~24.9%,显著增加了铁锰氧化态FMO-Cd含量,增加了 土壤有机结合态OR-Cd含量,增幅为2.3%~12.8%,残渣态RES-Cd含量增幅为2.3%~6.0%;连续施硅肥降低了水稻对镉的积累,早稻根、茎叶和稻米平均降幅分别为38.4%、49.7%和50.9%,晚稻根、茎叶和稻米平均降幅分别为30.6%、34.4%和39.2%;硅处理显著降低了水稻根吸收系数(AF土/根),降幅为25.5%~49.6%,同时降低了水稻根向茎叶的转运系数(T根/茎叶),降幅为13.5%~52.6%,差异显著,早、晚稻稻米镉富集系数(BAF)分别平均降低6.0%和8.0%,其中粉末状硅肥对降低水稻镉吸收效果最佳.综上表明硅肥能够降低水稻对镉的吸收积累,然而硅肥持续性降镉效应不明显.
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基于风险的农田镉污染综合管理实践与思考
《湖南农业科学 》 2022
摘要：依托世行贷款湖南省农田污染综合管理项目,对湖南开展的大面积农田土壤修复治理项目的整体效果及实施过程进行了系统梳理,阐明了大面积镉污染农田修复治理中稻米镉达标率与土壤pH值及土壤有效态镉含量的关系.结果表明:调理土壤pH值至中性是提升稻米镉达标率的重要途径,且土壤pH值越低时调理效果越好;钝化土壤镉活性也是提升稻米镉达标率的重要途径,但在土壤有效态镉含量较低(<0.29 mg/kg)时存在报酬递减效应,而在土壤有效态镉含量较高(>0.29 mg/kg)时,通过钝化土壤镉活性提升稻米镉含量达标率的效果更理想.最后,从以人为本的先进管理理念、基于污染风险的项目管理手段、对症查因对靶施策的精准治理方案、以大户为主体的实施方式、多层次技术指导和第三方交叉监督过程等方面系统梳理了项目实施的管理经验,可为湖南乃至南方大面积镉污染耕地的安全利用提供经验参考.
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基于风险管理的镉砷污染稻田修复治理案例分析
《湖南农业科学 》 2022
摘要：基于稻米镉砷污染风险，构建了农田重金属污染风险分级体系，并依据土壤污染特征建立了石灰、土壤调理剂、镉砷同步钝化剂为主体的修复技术体系，在祁阳市肖家镇和白水镇504 hm~2典型重金属污染稻田进行修复治理示范。结果表明：4个基于稻米镉砷污染风险分级的分区治理模式在6个项目村修复效果明显。经过2 a的实施，石灰+镉钝化剂、石灰+镉砷同步钝化剂的技术模式皆显著提升了土壤pH值，降低了土壤有效态镉含量和稻米镉含量，显著提升了稻米镉达标率，土壤pH值增加了0.76～1.31，土壤有效态镉含量下降了18.18%～21.43%，稻米镉含量下降了31.03%～90.32%，稻米镉达标率增加了47.57～84.70个百分点；石灰+镉砷同步钝化剂的技术模式实施2 a后，对土壤有效态砷含量无显著变化，但稻米砷含量降低了22.22%～36.36%，稻米砷达标率达到了100%。结果还表明，针对大面积稻米镉砷超标区域，以优先降镉、协同控砷的策略可逐步实现污染农田安全利用，但应根据稻米镉砷超标风险程度和土壤镉砷污染特征进行技术优化。
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