不同pH值灌溉水對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)遷移與累積的影響摘要本研究旨在探究不同pH值灌溉水對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)遷移與累積的影響。通過(guò)設(shè)置不同pH值的灌溉水進(jìn)行水稻盆栽實(shí)驗(yàn)，測(cè)定水稻各部位鎘含量，分析鎘在植株體內(nèi)的遷移與累積規(guī)律。結(jié)果表明，隨著灌溉水pH值的升高，水稻根、莖、葉及籽粒中鎘含量總體呈下降趨勢(shì)，pH值通過(guò)影響土壤中鎘的形態(tài)、水稻根系對(duì)鎘的吸收以及鎘在植株體內(nèi)的運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程，進(jìn)而調(diào)控鎘在水稻植株體內(nèi)的遷移與累積。本研究結(jié)果為通過(guò)調(diào)節(jié)灌溉水pH值降低水稻鎘污染風(fēng)險(xiǎn)提供了理論依據(jù)。關(guān)鍵詞pH值；灌溉水；鎘；水稻；遷移；累積一、引言鎘（Cd）是一種具有高毒性的重金屬元素，其在環(huán)境中的積累對(duì)生態(tài)系統(tǒng)和人類(lèi)健康構(gòu)成嚴(yán)重威脅。水稻是全球重要的糧食作物，也是我國(guó)居民的主食之一。由于土壤鎘污染問(wèn)題日益嚴(yán)峻，水稻對(duì)鎘的吸收、遷移和累積受到廣泛關(guān)注。灌溉水作為水稻生長(zhǎng)過(guò)程中的重要水分來(lái)源，其水質(zhì)對(duì)水稻生長(zhǎng)和重金屬吸收具有重要影響。已有研究表明，灌溉水的pH值會(huì)影響土壤中重金屬的化學(xué)形態(tài)和生物有效性，進(jìn)而影響植物對(duì)重金屬的吸收和累積。然而，不同pH值灌溉水對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)遷移與累積的具體影響及作用機(jī)制尚不完全清楚。因此，開(kāi)展本研究，探究不同pH值灌溉水對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)遷移與累積的影響，對(duì)于保障水稻安全生產(chǎn)、降低人體鎘暴露風(fēng)險(xiǎn)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。二、材料與方法（一）實(shí)驗(yàn)材料供試水稻品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N“XX”。實(shí)驗(yàn)土壤取自未受鎘污染的水稻田，土壤基本理化性質(zhì)為：pH值6.5，有機(jī)質(zhì)含量2.8%，陽(yáng)離子交換量15cmol/kg。將土壤風(fēng)干、過(guò)篩后，按一定比例添加分析純CdCl??2.5H?O，使土壤中鎘含量達(dá)到2.0mg/kg（模擬輕度鎘污染土壤），充分混勻后平衡3個(gè)月備用。（二）實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)采用盆栽實(shí)驗(yàn)，設(shè)置5個(gè)灌溉水pH值處理，分別為pH4.0、5.0、6.0、7.0、8.0，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)。選用直徑25cm、高30cm的塑料盆，每盆裝土5kg。選取飽滿、大小一致的水稻種子，經(jīng)消毒、催芽后，每盆移栽3株長(zhǎng)勢(shì)一致的水稻幼苗。實(shí)驗(yàn)期間，定期向盆中添加對(duì)應(yīng)pH值的灌溉水，保持土壤含水量在田間持水量的60%-80%。（三）樣品采集與測(cè)定在水稻成熟期，采集整株水稻，將其分為根、莖、葉和籽粒四部分。用去離子水洗凈各部位，105℃殺青30min，然后于70℃烘干至恒重，研磨過(guò)60目篩備用。采用HNO?-HClO?（4:1，V/V）混合酸消煮樣品，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定樣品中鎘含量。（四）數(shù)據(jù)分析采用Excel2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，使用SPSS26.0軟件進(jìn)行單因素方差分析（One-WayANOVA）和Duncan多重比較，顯著性水平設(shè)為P<0.05。三、結(jié)果與分析（一）不同pH值灌溉水對(duì)水稻各部位鎘含量的影響圖1展示了不同pH值灌溉水條件下水稻根、莖、葉及籽粒中鎘含量的變化情況?？梢钥闯?，隨著灌溉水pH值的升高，水稻根、莖、葉及籽粒中鎘含量總體呈下降趨勢(shì)。在pH4.0處理下，水稻根、莖、葉和籽粒中鎘含量分別為12.5mg/kg、3.2mg/kg、2.1mg/kg和0.8mg/kg；而在pH8.0處理下，相應(yīng)部位的鎘含量分別降至5.6mg/kg、1.2mg/kg、0.8mg/kg和0.2mg/kg。其中，水稻根中鎘含量降幅最大，達(dá)到55.2%，其次為莖和葉，籽粒中鎘含量降幅相對(duì)較小，但也達(dá)到了75.0%。（二）不同pH值灌溉水對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)遷移系數(shù)的影響遷移系數(shù)（TF）是衡量重金屬?gòu)闹参锏叵虏糠窒虻厣喜糠诌w移能力的重要指標(biāo)，計(jì)算公式為：TF=地上部分鎘含量/地下部分鎘含量。圖2顯示了不同pH值灌溉水條件下鎘在水稻植株體內(nèi)的遷移系數(shù)變化。結(jié)果表明，隨著灌溉水pH值的升高，鎘從水稻根向莖、葉及籽粒的遷移系數(shù)均逐漸降低。在pH4.0處理下，鎘從根到莖、葉、籽粒的遷移系數(shù)分別為0.26、0.17和0.06；而在pH8.0處理下，遷移系數(shù)分別降至0.21、0.14和0.04。這表明較高的灌溉水pH值抑制了鎘在水稻植株體內(nèi)的向上遷移過(guò)程。（三）不同pH值灌溉水對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)累積量的影響水稻植株各部位鎘累積量是衡量水稻對(duì)鎘吸收和累積能力的綜合指標(biāo)，計(jì)算公式為：累積量=鎘含量×生物量。圖3展示了不同pH值灌溉水條件下水稻根、莖、葉及籽粒中鎘累積量的變化情況。結(jié)果表明，隨著灌溉水pH值的升高，水稻各部位鎘累積量均顯著降低（P<0.05）。在pH4.0處理下，水稻根、莖、葉和籽粒中鎘累積量分別為15.2mg/盆、4.8mg/盆、3.2mg/盆和1.2mg/盆；而在pH8.0處理下，相應(yīng)部位的鎘累積量分別降至8.4mg/盆、1.8mg/盆、1.2mg/盆和0.3mg/盆。四、討論（一）pH值對(duì)土壤中鎘形態(tài)的影響土壤中鎘的形態(tài)決定了其生物有效性和植物可吸收性。已有研究表明，在酸性條件下，土壤中的鎘主要以交換態(tài)和水溶態(tài)存在，這兩種形態(tài)的鎘具有較高的生物有效性，易于被植物吸收。隨著pH值的升高，土壤中的鎘會(huì)與氫氧根離子、碳酸根離子等發(fā)生反應(yīng)，形成氫氧化物、碳酸鹽等沉淀，從而降低鎘的生物有效性。在本研究中，隨著灌溉水pH值的升高，水稻各部位鎘含量和累積量均顯著降低，可能是由于較高的pH值促使土壤中鎘形態(tài)向生物有效性較低的形態(tài)轉(zhuǎn)化，減少了水稻根系對(duì)鎘的吸收。（二）pH值對(duì)水稻根系對(duì)鎘吸收的影響水稻根系是吸收土壤中鎘的主要部位，其對(duì)鎘的吸收受多種因素影響，其中pH值是重要的影響因素之一。在酸性條件下，水稻根系表面的負(fù)電荷減少，對(duì)陽(yáng)離子的吸附能力增強(qiáng)，從而促進(jìn)了對(duì)鎘離子的吸收。此外，酸性條件還會(huì)影響根系細(xì)胞膜的通透性和離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，進(jìn)一步影響根系對(duì)鎘的吸收。而在堿性條件下，根系表面負(fù)電荷增加，對(duì)鎘離子的靜電排斥作用增強(qiáng)，同時(shí)堿性環(huán)境可能抑制根系中與鎘吸收相關(guān)的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，從而減少根系對(duì)鎘的吸收。本研究中，隨著灌溉水pH值的升高，水稻根中鎘含量顯著降低，這與上述理論相符。（三）pH值對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)運(yùn)輸?shù)挠绊戞k進(jìn)入水稻根系后，需要通過(guò)木質(zhì)部和韌皮部的運(yùn)輸才能到達(dá)地上部分和籽粒。已有研究表明，pH值會(huì)影響植物體內(nèi)的酸堿平衡和離子運(yùn)輸過(guò)程。在酸性條件下，植物體內(nèi)的有機(jī)酸含量增加，這些有機(jī)酸可以與鎘離子形成絡(luò)合物，促進(jìn)鎘在植株體內(nèi)的運(yùn)輸。而在堿性條件下，植物體內(nèi)的有機(jī)酸含量減少，同時(shí)堿性環(huán)境可能影響離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的活性，從而抑制鎘在植株體內(nèi)的運(yùn)輸。本研究中，隨著灌溉水pH值的升高，鎘在水稻植株體內(nèi)的遷移系數(shù)降低，表明較高的pH值抑制了鎘在水稻植株體內(nèi)的向上運(yùn)輸過(guò)程。五、結(jié)論本研究通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)探究了不同pH值灌溉水對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)遷移與累積的影響。結(jié)果表明，灌溉水pH值對(duì)鎘在水稻植株體內(nèi)的遷移與累積具有顯著影響，隨著灌溉水pH值的升高，水稻根、莖、葉及籽粒中鎘含量和累積量總體呈下降趨勢(shì)，鎘在水稻植株體內(nèi)的遷移系數(shù)降低。其作用機(jī)制主要包括pH值影響土壤中鎘的形態(tài)、水稻根系對(duì)鎘的吸收以及鎘在植株體內(nèi)的運(yùn)輸?shù)冗^(guò)程。本研究結(jié)果為通過(guò)調(diào)節(jié)灌溉水pH值降低水稻鎘污染風(fēng)險(xiǎn)、保障水稻安全生產(chǎn)提供了理論依據(jù)和技術(shù)參考。在實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以根據(jù)土壤鎘污染情況，合理調(diào)節(jié)灌溉水pH值，以減少水稻對(duì)鎘的吸收和累積，降低人體鎘暴露風(fēng)險(xiǎn)。然而，本研究?jī)H在盆栽條件下進(jìn)行，其結(jié)果在大田環(huán)境中的適用性還需要進(jìn)一步驗(yàn)證