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臭氧(O3)是一种重要的大气污染物，由于工业化和城市化发展，近地层大气O3浓度逐渐升高，对全球生态系统安全产生严重威胁。而目前，我国农田土壤有机物和重金属污染也日益严重，已受到广泛关注。在O3浓度升高条件下，研究稻麦轮作农田系统有机物和重金属的环境行为及生态效应对我国粮食食品安全和生态安全具有十分重要的意义。本论文以典型有机污染物芘(Pyrene)和重金属污染物镉(Cd)为研究对象，研究在开放式大气O3浓度升高(FACE，Free-Air OzoneConcentration Enrichment)技术平台(32°35′N，119°42′E，中国江都)下稻麦轮作土壤环境中Pyrene和Cd的环境行为，及对小麦和水稻的氧化胁迫和食品安全影响。主要研究结果如下: 1.研究了开放式大气O3浓度升高条件下，Pyrene在土壤、小麦地上部和籽粒中的富集，及小麦对Pyrene污染胁迫的生理生化响应。两季实验发现，不同Pyene处理组的土壤中Pyrene含量逐年减少，在O3浓度升高条件下，土壤中Pyrene含量均低于正常大气条件;小麦成熟期地上茎叶和籽粒中Pyrene含量在不同处理组中均高于正常大气条件，说明O3浓度升高促进Pyrene在土壤中的降解，同时又增大小麦地上各组织对Pyrene的富集能力。两季小麦实验中APX、CAT、POD和SOD四种同功酶活性变化趋势相同，在O3浓度升高条件下，空白处理组和低Pyrene处理组中四种同功酶活性均高于正常大气圈;第二年高Pyrene处理组中，四种酶活性和正常大气条件相比分别降低了12.8％、24.4％、21.2％和24.7％，均表现出显著性差异(p＜0.05)。 2.研究了开放式大气O3浓度升高后小麦各组织对Cd的富集，小麦成熟期籽粒营养元素含量及抗氧化酶同功酶活性的变化。实验结果发现，大气O3浓度升高会增加不同Cd处理组的小麦对土壤中Cd的富集，同时也增加了Cd可交换态及碳酸盐结合态在土壤中的分布比例。两年实验中，四种抗氧化酶同功酶活性变化趋势相同，即在空白处理组和低Cd处理组中逐渐增大，在高Cd处理组中，O3浓度升高降低了四种同功酶活性，均表现出极显著性差异(p＜0.01)。在清洁土壤中，O3浓度升高对小麦籽粒营养元素含量无明显影响，甚至有增高趋势，而低Cd处理组中，营养元素含量降低，高Cd处理组中对Ca和Fe元素含量的影响尤为明显，在一定程度上对粮食的食品安全产生威胁。 3.研究了开放式大气O3浓度升高条件下，Cd在土壤、水稻地上部和籽粒中的富集，水稻土壤pH及水稻成熟期籽粒营养元素含量的变化。实验结果发现，大气O3浓度升高不仅降低水稻土壤pH值，并且促进不同Cd处理组中水稻对Cd的吸收，同时增加了水稻对土壤中Cd的富集能力，随着种植时间推移，这种效应有可能进一步加大。在O3浓度升高条件下，水稻籽粒营养元素含量减少，并且随着土壤中Cd污染的浓度增大，减少量逐渐加剧。