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元素硫在水稻根际氧化特征及其生态效应

李敏  
【摘要】:硫素是植物必需营养元素之一。人类活动极大地扰动了陆地生态系统硫循环,导致土壤-植物系统硫呈明显时空变异性。已有结果表明,我国水稻土硫过量、不足并存。元素硫(S0)是广泛使用的一种商品硫肥,它具有高浓度、价格低廉等优点,但元素硫必需转化为硫酸盐作物才能吸收。根际是植物吸收养分的门户,根-土界面上的物理、化学和生物学过程显著不同于原土体。近年来,在矿区和经济发达地区,水稻土受重金属砷污染较普遍,对稻米食品安全形成威胁。因此,研究和调控水稻对砷的吸收过程,控制砷通过食物链传递危及人类健康具有重要的现实意义。本研究以水稻为研究对象,采用根际盒土壤培养试验研究了元素硫在水稻根际氧化特征及其对养分生物有效性的影响;通过根际盒土-砂联合培养试验,研究了元素硫施用对水稻根表胶膜形成的影响及其与水稻砷吸收之间的关系。试验结果表明: 1. 元素硫在土壤中的氧化特征与水分管理和土壤类型有关。80%田间持水量(WHC) 元素硫氧化率大于淹水 1cm。石灰岩母质发育的水稻土,元素硫的根际土壤氧化 率大于非根际土壤,而花岗岩母质发育的水稻土根际与非根际土壤中硫氧化率无 明显差异。 2. 元素硫施用对水稻根形态、生长和氮、磷、硫、铁、锰的生物有效性的影响程度 取决于土壤类型和水分管理。元素硫施用能显著提高水稻氮、磷、硫、铁、锰吸 收总量,增加水稻根长、根体积和生物量。 3. 砷、硫对水稻生物量的影响具有相互作用。在无硫、低硫供应条件下,施用 As 20mg/kg 能导致水稻根、地上部分干重下降;而在高硫(120mg/kg)供应下,施 用 As20mg/kg 能导致水稻根、地上部分生物量有增加的趋势。没有施砷条件下, 低剂量硫施用对水稻根、地上部分生物量影响不大,但高剂量硫施用能导致水稻 地上部分、根干重下降。 4. 土施 As20mg/kg 显著提高水稻植株体砷浓度,水稻植株体砷浓度是对照(无砷处 理)的 11-83 倍。 5. 水稻吸收砷主要分布在根部,水稻根表铁、锰胶膜砷占根中全砷的 90%。 6. 与不施硫对照相比,土施 S030mg/kg,120mg/kg 能抑制水稻砷吸收,水稻地上部 分砷浓度分别减少 14.4%,26.7%;水稻根中砷浓度分别减少 0.9%,13.2%;去除 铁膜根中砷浓度分别减少 7.5%,28.7%。 7. 元素硫施用能诱导水稻根际铁锰胶膜形成。硫处理水稻根表铁、锰浓度大于不施 硫处理。在加砷处理条件下,高硫处理(120mg/kg)增加水稻铁膜厚度,而低硫 处理(30mg/kg)对水稻铁膜形成影响不明显。


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