1. 研究目的与意义及国内外研究现状

水稻是世界上最重要的作物之一，亦是中国第一大作物，绝大多数人以此为主食。但随着工业和农业所使用以及排放的化学物质种类、数量的增加，重金属污染的土壤面积日益扩大。镉是一种有毒的非必需元素，在中国由于矿业和工业的污水排放已导致13000多公顷的土壤镉污染。由于重金属在土壤中具有隐蔽性、滞后性、积累性、不可逆转性、难降解性和危害性，所以土壤一旦受到重金属污染不仅会危害植物的生长和发育，而且会威胁到生态安全，影响农产品的品质，并通过食物链危及人类健康。近年来，由于化石燃料的大量燃烧，大气中二氧化碳的浓度从280 μmolmol-1上升到大约380 μmolmol-1,并且这个值在未来会继续增加，预计到2050 年，大气中 CO2浓度将超过 550 μmolmol-1。已有许多研究表明重金属污染和气候变化尤其是CO2浓度升高都会对作物的生长发育产生重要的影响。目前，由于环境的不断恶化、环境和大气二氧化碳浓度的增加，植物同时暴露于重金属污染土壤和高浓度CO2下，越来越多的学者开始关注重金属和二氧化碳对植物的联合作用，然而，由于实验的方法、植物品种不同等因素，仍存在很多不一致的观点。本研究采用土培的方法，利用开顶式气室(Open Top Chamber, OTC)研究 Cd污染下CO2浓度升高对水稻的生长发育、产量、以及矿质元素吸收累积的影响，并对其相关的机理进行了探讨。

国内外研究现状

水稻作为C3植物，高水平的CO2提高了其单位叶面积光合速率，增加了光合产物的积累，进而提高有效穗数、小穗数、穗粒数或每穗结实率，最终提高产量。镉是一种有毒的非必需元素，镉胁迫下，植物常表现出根系生长、养分吸收受到抑制，光合强度下降，碳水化合物代谢失调以及其它一系列生理代谢紊乱，最终表现出生长量和产量的下降。但是在污染的环境下，CO2和污染物之间的关系较为复杂。对重金属胁迫下大气 CO2浓度升高影响植物生长的研究显示，CO2浓度升高可促进水稻植株生物量、株高、穗数、千粒重的提高，进而提高了水稻对镉胁迫的耐性，CO2浓度升高对水稻根系发育也具有不同程度的促进作用（武慧斌等，2014）。对镉污染土壤上黑麦草的研究表明，CO2浓度升高使黑麦草生物量提高了 31%-51%。高浓度CO2显著增加油松幼苗的生物量，且其体内的铅的积累量也呈现增加趋势，铅在根中的积累量比对照高出 4 倍。与对照相比，增加 CO2浓度可使商陆组织中的重金属和营养元素（K，Na，Ca，Mg， N，P，S）浓度提高 33.8 倍(Kim et al.,2008)。除 CO2浓度升高增加作物吸收重金属外，CO2浓度升高也可能会减少作物对重金属的吸收，即出现所谓的“稀释现象”。Jia 等(2007)观察到 FACE 条件下铜污染土壤上种植的水稻叶片中铜含量显著下降，Guo 等(2006)研究表明，CO2浓度升高可减少水稻根、茎、叶、米对 Cd 的积累。这主要与研究的环境体系和植物种类不同有关。

2. 研究的基本内容

（1）镉胁迫和co2浓度升高对水稻生长的影响

（2）镉胁迫和co2浓度升高对水稻中镉含量的影响

（3）镉胁迫和co2浓度升高对水稻吸收矿质元素的影响

3. 实施方案、进度安排及预期效果

研究方案：

１． 样品的准备：采集土壤样品，磨碎，过2mm筛。制备镉污染土浓度分别：0, 2.5, 10 cdkg-1 土。 每个处理3个重复。

２． 水稻种子消毒后育苗，选择生长一致的幼苗移植到盆栽中，每盆6株；放置于不同co2浓度的otc中。共6个处理，待水稻成熟后收获。

4. 参考文献

1. jia y., tang s., wang r., ju x., ding y., tu s., donald l.s. effects of elevated co2on growth, photosynthesis, elemental composition, antioxidant level, and phytochelatin concentration in lolium mutiforum and lolium perenne under cd stress [j]. j hazard mater, 2010, 180: 384-394.

2. li z., tang s., deng x., wang r., song z. contrasting effects of elevated co2 on cu and cd uptake by different rice varieties grown on contaminated soils with two levels of metals: implication for phytoextraction and food safety [j]. j hazard mater, 2010, 177: 352-361.

3. guo h., jia h., zhu j., wang x. influence of the environmental behavior and ecological effect of cropland heavy metal contaminants by co2 enrichment in atmosphere [j]. chinese j geochem, 2006, 25: 212.