不同品种水稻对土壤中镉的富集特征及敏感性分布（SSD）

摘要：

【目的】研究不同水稻品种对土壤中镉（Cd）毒害的敏感性分布规律，测定基于保护95%水稻品种的土壤中Cd对不同水稻毒害的生态风险阈值HC5，为中国水稻Cd污染防治提供理论依据。【方法】利用中国南方具有代表性的两种水稻土，通过外源添加Cd制备成0、1.2、4.8、10、40、120 mg·kg-1的Cd污染土壤，以中国水稻主产区18个常规不同水稻品种为试材，通过温室盆栽试验测定不同Cd污染土壤对不同品种水稻的生物量、植株Cd含量及不同水稻Cd吸收的生物富集系数（BCF）影响。通过国际最新的累积概率分布函数逻辑斯蒂克分布模型（Log-logistic distribution）对不同水稻基于生物量的Cd毒性的剂量-效应关系进行拟合，利用物种敏感性分布模型 Burr-III 构建出Cd对不同水稻毒性的物种敏感度分布频次曲线（SSD），并基于此推导出不同水稻Cd毒性的物种敏感性分布频次和基于保护95%水稻品种的Cd毒性阈值HC5，并测定不同水稻Cd吸收BCF值与土壤中Cd有效态含量变化的定量关系。【结果】在酸性祁阳红壤中，不同品种水稻随着Cd处理浓度的增加，生物量明显下降，对Cd最为敏感的品种X-42，生物量降低86%，而对Cd耐性较强的品种Z-120生物量降低51%。当添加浓度为4.8 mg·kg-1时，JY-253、J-463、Z-611、J-899、T-15、X-6、T-167品种水稻的生物量达到最大，其余品种均在1.2 mg·kg-1处理下达到最高。与对照相比，不同品种水稻的生物量增加了4%-56%，说明低剂量Cd对水稻生长有一定的刺激效应。在中碱性广州水稻土中，不同品种水稻随着Cd处理浓度的增加，生物量没有显著性差异。在两种土壤中，生物富集系数（BCF）随着Cd处理浓度的增加而降低，在低镉（1.2 mg·kg-1）条件下，红壤水稻BCF的变化范围为0.0056（S-974）-0.0133（T-15），相差2.38倍；而广州水稻土的变化范围则为0.0018（L-42，LY-28）-0.0034（J-899），相差1.89倍。但是对于相同Cd浓度处理下，红壤中水稻的BCF大于广州水稻土，两者相差2-14倍，这可能与两种土壤的性质差异有关。祁阳红壤是酸性土壤，有机质匮乏，测得Cd有效态含量高，对水稻的毒害强，生物量降低的多；广州的水稻土则相反，高pH和有机质丰富的土壤对Cd吸附容量和固持力增加，对水稻毒害减弱，生物量变化不明显。土壤中Cd对以上18种水稻的毒性阈值浓度（EC50）变化范围为4.30-61.611 mg·kg-1，最高的为水稻X-45，最低的是水稻X-42，不同水稻品种之间EC50差别为1.0-4.32倍。【结论】不同水稻品种对土壤中Cd毒性胁迫有显著性差异，虽然Cd属于非必需元素，但不同水稻品种对低剂量Cd表现出不同的刺激效应；基于物种敏感性分布模型（Burr-III）测定结果表明，18种不同水稻具有明显的分布频次差异，其中，水稻X-42毒性阈值最小，对Cd胁迫最为敏感，水稻X-45则相反，表现出较强耐性。经过Burr-III模型的计算得到基于保护95%水稻品种的土壤中Cd50%抑制浓度值（HC550%）为4.93 mg·kg-1。

关键词：Burr-III模型、镉、水稻品种、敏感性分布、生态风险

分类号：P63;X17

资助基金：国家自然科学基金项目41271490，21077131;农业部农业公益性行业专项200903015

在线出版日期：2014-07-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共11页

页码：2384-2394