5-涂仕华-水稻镉污染与防治

水稻镉污染与防治涂仕华四川省农业科学院土壤肥料研究所2009.8.13-15峨眉山镉的来源、性质及四川污染现状•来源镉(Cd)是地壳中的一种天然元素，平均含量0.15~2mg/kg。镉在自然界中都以化合物的形式存在，主要矿物为硫镉矿(CdS)，与锌、铅(锌)、铜(铅锌)矿等共生，浮选时大部分进入精矿，在焙烧过程中富集在烟尘中，特别是土法炼锌污染最为严重。在湿法炼锌时，镉存在于铜镉渣中。硫铁矿、磷矿也富含镉。所有的土壤和岩石，包括煤和矿质肥料，都含一定量的镉。镉通过开矿、工业和燃煤、石油、天然气及焚烧家庭垃圾进入空气。镉微粒沉降到地面或水中之前可在空气中传播很长距离。由废物处理和有害废物场所的泄漏的镉进入水体及土壤。•性质Cd是一种易挥发性的金属，在燃烧过程中(金属熔点3210C,沸点7670C,氧化物9000C升华)75%随烟尘挥发到空气中；在环境中的化学价(Cd2+)很稳定，不分解，难被还原；但可改变形态；参与一系列土壤、水化学/生化反应,包括吸附—解吸，沉淀—溶解，络合(螯合)，形成有机、无机和有机-无机Cd化合物。在土壤中，Cd与土壤颗粒紧密结合，少量溶于水中。植物从土壤、水中吸收有效态Cd；大气沉降至植物表面的Cd形态各异。四川的镉污染现状•分布与成因四川省受镉污染耕地的准确面积目前尚不清楚，主要分布在龙门山脉-成都平原、长江上游支流沿岸、泸州和攀西地区。与富镉泥沙沉积、含镉矿藏开发/工业污染紧密相关，其次为含镉农资的使用。根据省地质调查院的数据，成都经济区大约有42%~59%的稻米、80%的小麦和油菜样品Cd超标。农耕地的镉污染，对我们的食品安全、人畜健康和农产品出口，带来严峻的挑战。•毒性及危害镉通过气、水和食物对人、畜造成毒害。主要累积在肾、肝、肺等器官，可导致高血压、骨痛病、肾功能紊乱、肝损害、肺水肿、贫血等疾病以及神经和大脑损伤,甚至诱发癌症。日本的骨痛病-镉米所致。水稻，小麦，蔬菜(根、叶菜类)易于吸收累积Cd.镉对水稻的危害及在体内的分布危害–轻度污染对水稻无危害/影响，反而对生长有一定促进作用–中度以上污染影响敏感品种生长：水稻黄化和萎焉,抗性品种受影响很小•影响酶系统：辣根过氧化物酶(POD)、超氧化物、歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、抗坏血酸过氧化物酶（APX）和脱氢抗坏血酸还原酶（DHAR）的活性与水稻Cd抗性无关•Cd胁迫对水稻光合参数的影响：直接影响水稻光合蛋白和光合作用，即影响净光合速率和光系统荧光参数，而不是限制气孔开闭和减小蒸腾率；抗性品种受影响较小。•Cd胁迫对水稻呼吸参数的影响:总体上，Cd胁迫下抗氰呼吸上升，但敏感品种上升幅度最大。呼吸参数可以作为抗性强弱的检验标准分布根系秸秆叶片谷壳糙米(随运距增长而降低)水稻镉污染防控技术措施•镉污染土壤分级与作物布局•抗镉污染水稻品种的应用•肥料和施用技术•土壤酸碱度调节•稻田水分管理技术•镉污染区农作物秸秆的利用•关于污染土壤的修复技术镉污染土壤分级与作物布局•土壤污染程度分级PCd=CCd/SCd(PCd-Cd单指标污染指数,CCd-实测值,SCd-污染临界值)-轻度：PCd=1~2-中度：PCd=2~3-重度：PCd=3•作物布局(提升土壤pH为微碱性的前提下)-严重污染：种植木本果树、花卉、非食用工业原材料-中度污染：种植木本果树、花卉、各种抗镉污染作物品种(包括水稻)-轻度污染：各种非富集性作物品种菠菜、油菜大蒜牛皮菜防风属土豆*胡萝卜茄子、豌豆甜菜生菜、莴笋萝卜包菜、青花菜洋葱小白菜、芹菜辣椒土豆*西红柿、花菜蘑菇、三叶草南瓜菜豆、豇豆土豆*黄瓜、南瓜、冬瓜高中油菜（芥菜）小麦草莓水稻*豌豆花生大豆*玉米、高粱西瓜各种木本果树高低中低蔬菜粮、油作物不同作物吸镉能力比较果树抗镉污染水稻品种的应用•目前已筛选出的抗性水稻品种有：刚优725、Ⅱ优838和川香优3号等•还筛选出了一批水稻抗性育种材料，可在今后育种中使用。肥料和施用技术•适合镉污染土壤上水稻生产的肥料品种有机肥–重金属含量国家限量的各种有机肥、饼肥、绿肥氮肥-尿素、碳铵磷肥-磷酸一铵、磷酸二铵、钙镁磷肥钾肥-硫酸钾、氯化钾各种种微量元素肥料石灰性物料–石灰、石灰石、草木灰、硅酸钠肥料和施用技术•不适合镉污染土壤上水稻生产的肥料品种有机肥–重金属含量国家限量的各种有机肥、饼肥、绿肥,污染区作物秸秆氮肥–氯化铵磷肥–过磷酸钙，磷石膏酸性物料–酸性肥料、食品加工产生的酸性废料污泥0.11ab21.36b0.2639b2.30b0.0268b(NH4)2SO40.15a13.20c0.2275bc1.76cd0.0280bNH4NO30.10ab35.00a0.4605a3.47a0.0414aNH4Cl0.09b22.19b0.2549b2.08bc0.0234bc尿素0.08b19.26b0.2561b1.59d0.0271b单施尿素0.12ab5.11d0.1771c0.60e0.0188cCKCd含量(µg·pot-1)Cd浓度(mg·kg-1)Cd含量(µg·pot-1)Cd浓度(mg·kg-1)籽秆Cd比例秸秆籽粒处理0.11ab21.36b0.2639b2.30b0.0268b(NH4)2SO40.15a13.20c0.2275bc1.76cd0.0280bNH4NO30.10ab35.00a0.4605a3.47a0.0414aNH4Cl0.09b22.19b0.2549b2.08bc0.0234bc尿素0.08b19.26b0.2561b1.59d0.0271b单施尿素0.12ab5.11d0.1771c0.60e0.0188cCKCd含量(µg·pot-1)Cd浓度(mg·kg-1)Cd含量(µg·pot-1)Cd浓度(mg·kg-1)籽秆Cd比例秸秆籽粒处理土壤酸碱度调节•把Cd污染土壤的pH调整到中性偏碱•石灰性物料–石灰、石灰石、草木灰、硅酸钠y=-0.033x+0.312R2=0.98210.010.030.050.070.090.110.130.150.170.1944.555.566.577.588.59pHCdmg•kg-1有效态mg•kg-1线性(有效态mg•kg-1)稻田水分管理技术•水稻生长期间始终保持淹水状态，不使用常规水稻丰产栽培的水分管理技术–湿润灌溉和晒田•淹水降Cd的机理-土壤pH升高至7左右，比淹水前降低有效Cd约60%~80%-Eh下降，土壤中的S和施入的含硫物料被还原成S2-，与Cd生产CdS沉淀。防止污水灌溉dabbcadccb6.06.26.46.66.87.07.27.47.67.88.005153060培养时间/dpH0.000.030.060.090.120.150.180.21有效态Cd/mg·kg-1土壤pH有效Cd镉污染区农作物秸秆的利用•Cd污染地区的农作物秸秆不宜–还田(相当于还入0.25~0.5gCd/年)–种植食用菌(按双孢蘑菇5000kg稻草/亩计，相当于还入Cd1.25~2.5g/亩;以蘑菇Cd限量0.2mg/kg计，可使蘑菇Cd超标数倍至数十倍。)–作饲料•可用于–作燃料–林业、花卉和绿化草地（包括草木灰）–造纸原料–生产煤气关于污染土壤的修复技术•物理修复–客土:仅限于微域污染•化学修复–土壤清洗:仅限于地势平坦、有水源的微域污染•生物修复–微生物：不适用–超富集植物：仅限于微域污染，富集植物的利用或处理是一个难题。如龙葵,在Cd污染超临界值100倍的土壤上,比一般植物吸收高100倍的镉,但在轻度—中度Cd污染土壤上,对Cd的吸收仅比一般植物高2-3倍,1mg/kg。