土壤镉污染对水稻生长的影响研究

引言

水稻是我国主要粮食作物，其生长状况直接关系粮食安全与人体健康。土壤镉污染已成为威胁水稻生产的重要环境问题，镉具有强生物富集性，可通过根系进入水稻体内并转运至籽粒。长期食用镉超标稻米会危害人体健康，引发多种疾病。明确土壤镉污染对水稻生长的具体影响，揭示其作用机制，对制定污染防控策略、保障农产品安全具有重要现实意义。

一、土壤镉污染来源与水稻吸收特征

（一）污染来源解析

土壤镉污染来源包括自然源与人为源。自然源主要为成土母质中含镉矿物的风化释放，导致部分区域土壤背景镉含量较高。人为源是造成土壤镉污染的主要原因，包括工业 “三废” 排放，如冶炼、电镀等行业废水、废气、废渣中的镉进入土壤；农业生产中施用含镉磷肥、污泥肥料，使镉在农田土壤中累积；此外，大气沉降、污水灌溉等途径也会加剧土壤镉污染，形成多途径复合污染态势。

（二）水稻镉吸收特征

水稻对土壤镉的吸收受多种因素影响，表现出特定规律。镉主要通过水稻根系表皮细胞进入植株，其吸收过程与根系分泌物、土壤理化性质密切相关。土壤 pH 值降低会增加镉的生物有效性，促进水稻吸收；土壤有机质可通过络合作用影响镉的迁移性 [1]。水稻不同品种对镉的吸收能力存在差异，部分品种因根系结构或转运机制特点，对镉的富集能力较强。镉在水稻体内具有明显的转运规律，从根系向茎秆、叶片转运，最终部分积累于籽粒，不同生育期的转运效率存在差异。

二、土壤镉污染对水稻生长的多维度影响

（一）生理代谢干扰

土壤镉污染会显著干扰水稻的生理代谢过程。镉进入水稻体内后，会破坏叶绿体结构，影响光合作用相关酶活性，降低光合速率，减少碳水化合物合成。同时，镉会引发氧化应激反应，导致体内活性氧积累，破坏细胞膜透性，造成电解质外渗。镉还会干扰氮、磷、钾等营养元素的吸收与代谢，影响蛋白质合成与能量转换，导致水稻生理功能紊乱，生长活力下降。

（二）生长发育抑制

水稻各生长阶段均会受到镉污染的抑制作用。种子萌发阶段，镉会降低种子发芽率，延缓萌发进程，影响幼苗出土与初期生长。分蘖期镉污染会减少分蘖数，导致有效分蘖不足，植株生长矮小。拔节孕穗期是水稻生长关键期，镉污染会干扰穗分化过程，导致穗型变小、颖花发育不良。灌浆期镉会影响养分向籽粒转运，导致灌浆不充分，植株早衰现象明显，整体生长进程受到阻滞[2]。

（三）产量与品质影响

土壤镉污染对水稻产量与品质具有显著负面影响。产量方面，镉污染会导致有效穗数减少、结实率下降、千粒重降低，最终造成产量降低。品质方面，镉会影响稻米的营养成分，降低蛋白质、淀粉等含量，改变淀粉直链与支链比例，导致稻米蒸煮品质下降。更严重的是，镉在籽粒中的积累会使稻米镉含量超标，丧失食用价值，威胁食品安全。

三、镉污染影响机制与防控措施

（一）影响机制解析

镉对水稻生长的影响机制涉及多个层面且相互关联。在分子层面，镉凭借其化学活性可与酶蛋白中的巯基发生特异性结合，改变酶的空间结构，直接抑制酶的催化活性，而这些酶广泛参与细胞内的物质代谢与能量转换过程，进而干扰细胞代谢调控的正常进行。镉能够穿透细胞核膜，与 DNA 分子结合形成加合物，破坏 DNA 双螺旋结构的稳定性，引发基因突变或染色体断裂、缺失等损伤，导致细胞分裂与分化过程出现异常，影响细胞增殖与组织发育。在细胞层面，镉会靶向作用于各类细胞器，使线粒体结构发生肿胀、嵴结构断裂，导致其能量转换功能受损；内质网则出现囊泡化与紊乱，影响蛋白质的合成与加工运输，细胞器功能的破坏直接导致细胞正常生理功能的紊乱。

（二）农艺调控措施

采用农艺调控措施可从多角度降低镉对水稻生长的不利影响。合理调整土壤 pH 值是基础手段，通过向土壤中施用石灰、白云石等碱性改良剂，提高土壤胶体表面的负电荷密度，增强对镉离子的吸附能力，同时使镉离子与土壤中的碳酸根等结合形成难溶性沉淀，降低镉的生物有效性，减少水稻根系对镉的吸收。增施有机肥、秸秆还田等措施可提升土壤有机质含量，有机质中的羧基、羟基等官能团能与镉离子形成稳定的络合物，将镉固定在土壤胶体中，降低其迁移性；

（三）污染修复与监测体系

针对镉污染土壤需采取综合修复措施逐步降低污染程度的问题。生物修复技术具有环境友好的特点，通过种植具有超富集能力的植物，利用其根系吸收土壤中的镉并转运至地上部分，待植物成熟后进行收割和安全处置，通过多季种植实现土壤镉含量的降低；微生物修复则是利用功能微生物的代谢活动，通过生物转化将土壤中高毒性的镉形态转化为低毒性形态，或通过微生物胞外分泌物对镉进行吸附固定，改变镉的存在形态。物理化学修复技术适用于中重度污染区域，土壤淋洗技术利用清水或含有特定化学试剂的淋洗液，通过渗透、冲洗等方式使土壤中的镉溶解并随淋洗液排出，经处理后再将土壤回填 [3]；电动修复技术则通过在土壤中施加直流电场，利用电迁移、电渗流等作用使镉离子向电极迁移并被收集去除，可快速降低土壤镉活性。

结语

土壤镉污染对水稻生长的影响涉及生理代谢、生长发育及产量品质等多个方面，其作用机制复杂。研究明确了污染来源、吸收特征及影响路径，提出的农艺调控与修复措施可有效缓解镉污染危害。实践中需结合区域污染特点，选择适宜防控策略，推广低镉品种与科学农艺措施。通过系统防控与监测，能够降低土壤镉对水稻生长的影响，保障粮食安全生产与农田生态环境可持续发展。

参考文献

[1] 韦思亦 . 基于先酸化 - 再钝化机制的土壤镉污染治理技术研究[D]. 仲恺农业工程学院 ,2023.

[2] 魏玮 , 李平 , 郎漫 . 不同结构改良剂对铜镉污染土壤水稻生长和重金属吸收的影响 [J]. 环境科学 ,2021,42(09):4462- 4470.

[3] 陈琨 , 上官宇先 , 杨乾龙 , 等 . 钛石膏对镉污染土壤水稻生长及镉有效性的影响 [J]. 亚热带农业研究 ,2020,16(04):217- 223.

[4] 柯嘉雯 , 程张浩 , 高雪夷 , 等 . 镉污染下的植物响应 : 从吸收、转运到应答与缓解机制 [J/OL]. 植物生态学报 ,1- 19[2025- 08- 28].

[5] 齐菲 , 付同刚 , 高会 , 等 . 污水灌溉农田土壤镉污染研究进展 [J].生态与农村环境学报 ,2022,38(01):10- 20.