重金屬對香蕉生長影響的試驗研究

林薌華，郭建輝，黃達(dá)斌

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重金屬對香蕉生長影響的試驗研究

林薌華1，郭建輝2，黃達(dá)斌3

(1.漳州市農(nóng)業(yè)檢驗監(jiān)測中心，福建 漳州 363000；2.漳州市土壤肥料與生態(tài)能源站，福建 漳州 363000;3.漳州市薌城區(qū)經(jīng)作站，福建 漳州 363000)

對香蕉園土壤與灌溉水添加Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu重金屬元素，研究該重金元素對香蕉生長影響，以及香蕉葉片對該重金元素的富集能力。結(jié)果表明：當(dāng)重金屬的濃度累集到一定值時，會對香蕉的生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用，濃度太高會造成香蕉的生長停滯甚至死亡。隨著土壤中Pb、Cd、As、Hg、Cr、Cu重金屬含量的增加，香蕉葉片中富集的重金屬含量和富集系數(shù)表現(xiàn)為正相關(guān)的遞增，香蕉葉片富集系數(shù)為Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，重金屬的添加量與香蕉葉片體內(nèi)含量的相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.9630～0.9994、0.9128～0.9983。

香蕉；土壤；灌溉水；重金屬；富集系數(shù)

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的推進(jìn)以及使用的農(nóng)用化學(xué)物質(zhì)種類和數(shù)量的增加，土壤重金屬污染日益嚴(yán)重，由于重金屬污染物在土壤中移動性差，滯留時間長，很難被微生物降解。土壤一旦受到重金屬的污染，治理非常困難，其在一定期限內(nèi)尚不表現(xiàn)出對環(huán)境和作物的危害，但累積量超過土壤的承受能力或土壤容量時就會對作物產(chǎn)生危害[1]。重金屬的污染對作物的生產(chǎn)、產(chǎn)量和品質(zhì)都有較大影響，重金屬還能被作物富集吸收進(jìn)入食物鏈，從而危害人體健康[1]。

香蕉()是我國南方四大水果，是漳州市的主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之一。在我國，目前已做了大量重金屬對土壤系統(tǒng)污染的研究工作，但對蕉園土壤和灌溉水中重金屬問題的研究不多，迄今，重金屬含量對水果、蔬菜的生長影響前人有一些研究，但在香蕉上僅見林電等[2]針對海南省蕉區(qū)，開展過香蕉園土壤重金屬研究報道。由于不同的作物種類、品種及同一品種的不同器官由于外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)不一，吸收重金屬元素的生理生化機(jī)制各異，故其重金屬的累積量差異較大[3]。本文通過在Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu復(fù)合污染土壤和灌溉水下的香蕉田間種植試驗，觀察、分析香蕉的生長狀況及6種重金屬元素在香蕉葉片中的富集能力，旨在了解Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu復(fù)合污染土壤和灌溉水對香蕉生長的影響程度。對防止重金屬污染提高香蕉品質(zhì)、生產(chǎn)無公害產(chǎn)品、改良蕉園土壤具有一定的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試香蕉：天寶高蕉(臺灣北蕉)組培苗(苗高20cm～25cm)。

1.1.2 供試重金屬：鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)。

1.1.3 儀器設(shè)備：PE-AA700型原子吸收分光光度計，AFS-3100原子熒光分光光度計。

1.1.4 試劑及標(biāo)準(zhǔn)品：金屬鎘、氯化汞、三氧化二砷、硝酸鉛、重鉻酸鉀、金屬銅(均為分析純)；鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)標(biāo)準(zhǔn)溶液(均由中國標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心提供，濃度為1000mg/L)。

1.2 方法

2007年9月20日于漳州市薌城區(qū)水利灌溉試驗站內(nèi)的試驗田進(jìn)行。

1.2.1 土壤試驗 試驗設(shè)6個處理及1個空白對照土CK，（表1)，每個處理設(shè)3重復(fù)。為防止試驗污染，試驗地用紅磚砌成長寬高為100 cm×80cm×60cm長方體為1個種植單元的，每個單元可填充土壤約1650kg，下設(shè)排水口；每個種植單元設(shè)1重復(fù)；各種植單元土壤添加如(表2)加入化學(xué)試劑量，溶于100L水中后均勻澆灌于相應(yīng)種植單元的土壤中。在香蕉生長末期(2008年07月)取香蕉葉片(最下方老葉)和種植單元土壤樣品。

表1 土壤試驗各添加金屬元素處理設(shè)計

1.2.2 灌溉水試驗 試驗設(shè)6個灌溉水處理及1個空白對照(水CK，表3)，每個處理設(shè)3重復(fù)。為防止試驗污染，試驗地用紅磚砌成長寬高為100 cm×80cm×60cm長方體為1個種植單元的，每個單元可填充土壤約1650kg，下設(shè)排水口；每個種植單元設(shè)1重復(fù)；試驗期間各處理小區(qū)田間所需的灌溉水，按表3添加金屬元素的體積濃度的水進(jìn)行灌溉。在香蕉生長末期(2008年07月)取香蕉葉片(最下方老葉)和種植單元土壤樣品。

表2 各處理添加化學(xué)試劑配制量

表3 灌溉水試驗各添加金屬元素處理設(shè)計

注：先采用金屬鎘、硝酸鉛、氯化汞、三氧化二砷、重鉻酸鉀分別配制成ρ(Cd)=50mg/L、ρ(Pb)=1000mg/L、ρ(Hg)=10mg/L、ρ(As)=500mg/L、ρ(Cr)=1000mg/L的灌溉水儲備液后，再用該儲備液配制成各處理的灌溉水處理體積濃度。

1.3 測定方法

1.3.1 Cd、Pb 土壤樣品按GB/T 17141-1997 土壤質(zhì)量鉛、鎘的測定；水樣品按GB/T 7475-1987水質(zhì)銅、鋅、鉛、鎘的測定。

1.3.2 As 土壤樣品按GB/T 17134-1997 土壤質(zhì)量總砷的測定；水樣品GB/T 7485-1987 水質(zhì)總砷的測定。

1.3.3 Hg 土壤樣品按GB/T 17136-1997土壤質(zhì)量總汞的測定；水樣品GB/T 7468- 1987 水質(zhì)總汞的測定。

1.3.4 Cr 土壤樣品按HJ 491-2009 土壤總鉻的測定；水樣品GB/T 7467-1987 水質(zhì)六價鉻的測定。

1.3.5 Cu 土壤樣品按GB/T 17138-1997 土壤質(zhì)量銅、鋅的測定。

1.4 試驗試劑配制方法

1.4.1 鎘（Cd）溶液配制〔ρ（Cd）=50mg/L〕：稱取金屬鎘0.05g溶于1:1鹽酸溶液轉(zhuǎn)入1L容量瓶中定容。

1.4.2 鉛（Pb）溶液配制〔ρ（Pb）=1000mg/L〕：稱取硝酸鉛1.598g溶于0.1mol/mL硝酸溶液轉(zhuǎn)入1L容量瓶中定容。

1.4.3 汞（Hg）溶液配制〔ρ（Hg）=10mg/L〕：稱取氯化汞0.0135g溶于5%硝酸溶液轉(zhuǎn)入1L容量瓶中定容。

1.4.4 砷（As）溶液配制〔ρ（As）=500mg/L〕：稱取三氧化二砷0.675g溶于水中轉(zhuǎn)入1L容量瓶中定容。

1.4.5 鉻（Cr）溶液配制ρ（Cr）=1000mg/L〕：稱取重鉻酸甲2.829g溶于水中轉(zhuǎn)入1L容量瓶中定容。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤添加重金屬的試驗結(jié)果

2.1.1 土壤重金屬含量對香蕉生長的影響 根據(jù)試驗觀測可知(表4)，在土K1、土K2、土K3等3個土壤重金屬濃度處理水平，香蕉的生長發(fā)育與對照株(CK)相比差異不明顯；土K4土壤重金屬濃度處理水平的香蕉生長發(fā)育趨緩；土K5土壤重金屬處理水平的香蕉生長發(fā)育受到明顯抑制，表現(xiàn)為植株生長停滯。表明了隨著土壤各種重金屬含量的增加，香蕉的生長狀況會受到抑制。

2.1.2 土壤重金屬含量與香蕉植株體內(nèi)金屬含量的相關(guān)性 相關(guān)系數(shù)是變量之間相關(guān)程度的指標(biāo)，根據(jù)土壤和植株取樣的檢測結(jié)果(表4)顯示，隨著土壤中各種重金屬含量的增加，香蕉葉片中富集的重金屬含量也呈正相性地逐漸增加，相關(guān)系數(shù)()為0.9630～0.9994。重金屬富集系數(shù)是指植物某一部位的元素含量與土壤中相應(yīng)元素含量之比，富集系數(shù)一方面反應(yīng)了植物對重金屬富集程度的高低或富集能力的強(qiáng)弱，另一方面在一定程度上反應(yīng)土壤～植物系統(tǒng)元素遷移的難易程度了[4]。從表5可知，香蕉葉片對重金屬的富集系數(shù)Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，說明香蕉葉片對Cr、Cd的富集效應(yīng)最高。

2.2 灌溉水添加重金屬的試驗結(jié)果

2.2.1 灌溉水重金屬含量對香蕉生長的影響 根據(jù)試驗觀察可知(表6)，在香蕉生長前期五個處理植株生長狀況與對照株相比無明顯差異，說明前期土壤中重金屬累積量還比較少，對植株的生長還未造成較大影響。在生長后期，隨著灌溉水使用總量的增加，土壤中富集的各種重金屬含量的增加，各處理間香蕉植株的生長狀況就表現(xiàn)出差異；在水K1、水K2、水K3灌溉水重金屬濃度處理水平香蕉的生長發(fā)育與對照株(CK)相比差異不明顯，水K4、水K5灌溉水重金屬濃度處理水平香蕉的生長速度放慢，其中水K5表現(xiàn)的更為明顯，由此顯示隨著土壤各種重金屬含量的增加，香蕉的生長狀況會受到抑制。

表4 土壤試驗土壤、葉片分析結(jié)果

表5 土壤試驗香蕉葉片對重金屬的富集系數(shù)

表6 灌溉水試驗土壤、葉片分析結(jié)果

2.2.2 灌溉水重金屬含量與香蕉植株體內(nèi)金屬含量的相關(guān)性 根據(jù)土壤和植株取樣的檢測結(jié)果(表7)可以看出，隨著灌溉水中各種重金屬含量的增加，土壤重金屬濃度的富集，香蕉葉片富集的重金屬濃度表現(xiàn)為正相關(guān)地遞增，=0.9128～0.9983。香蕉葉片對重金屬的富集系數(shù)Cr＞Cd＞Hg＞Pb＞As，說明香蕉對Cr、Cd的富集效應(yīng)最高。

表7 灌溉水試驗香蕉葉片對重金屬的富集系數(shù)

3 討論

本研究表明當(dāng)土壤和灌溉水中復(fù)合重金屬的濃度累集到一定值時，香蕉的生長會受到抑制，因此對香蕉園重金屬污染應(yīng)引起足夠的重視。目前，國際上尚沒有成熟的重金屬污染治理方法，因此，重金屬的預(yù)防和監(jiān)測對農(nóng)作物的生產(chǎn)顯得尤為重要[5]。

根據(jù)對漳州市香蕉園土壤重金屬污染情況的調(diào)查分析[5]可知：以福建省土壤背景值、土壤環(huán)境質(zhì)量二級標(biāo)準(zhǔn)為評價標(biāo)準(zhǔn)，評價結(jié)果表明了漳州市蕉園土壤雖然受到不同程度的重金屬污染(主要是Cd、Hg、Pb污染)，但還在安全生產(chǎn)范圍內(nèi)，本研究結(jié)果顯示了香蕉對Cr、Cd的富集效應(yīng)最高。因此，根據(jù)以上分析，漳州市香蕉園土壤、灌溉水重金屬污染主要是在于控制好Cd的污染。

張亞麗等[6]研究表明，施用石灰等堿性物質(zhì)提高土壤pH，可以增加土壤對Cd的吸附，同時生成碳酸鎘沉淀，使其活性降低；施用有機(jī)肥不僅可以改變土壤的理化性狀，增加土壤的肥力，而且可以影響重金屬在土壤中的形態(tài)，使土壤重金屬離子與其形成有機(jī)絡(luò)合物，增加土壤對重金屬的吸附能力，從而提高土壤對重金屬的抗性。根據(jù)化學(xué)性質(zhì)相近的重金屬間可能產(chǎn)生頡頏作用的原理，可通過調(diào)節(jié)土壤金屬元素的比重來降低重金屬的污染，如土壤中適宜的Cd/Zn比可以抑制植物對Cd的吸收[7]。已有研究表明漳州市蕉園土壤pH的變幅為3.78～6.97，平均為4.72，其中pH＜4.5的土樣占38.52%，pH4.5～5.5的占52.46%，其中pH＞5.5的僅占9.02%，說明漳州蕉園土壤pH普遍偏低[8]。為此，漳州蕉園合理施用石灰等堿性物質(zhì)，增施有機(jī)肥等科學(xué)施肥的應(yīng)對措施，將有利于減少蕉園土壤及灌溉水因富含Cd等重金屬對香蕉產(chǎn)品安全生產(chǎn)的威脅。

4 結(jié)論

通過本次土壤和灌溉水試驗可以看出，當(dāng)土壤和灌溉水中重金屬的濃度累集到一定值時，會對香蕉的生長發(fā)育產(chǎn)生抑制作用，濃度太高會造成香蕉的生長停滯甚至死亡。隨著土壤中各種重金屬含量的增加，香蕉葉片中富集的重金屬含量和富集系數(shù)也逐漸增加，表現(xiàn)為正相關(guān)。在本次試驗的Cd、Pb、Hg、As、Cr、Cu6種重金屬中，香蕉葉片富集系數(shù)Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，對Cr、Cd的富集效應(yīng)最高。

[1] 李仁英，張民，楊浩.2002年山東省主要果園土壤中Cu、Zn的形態(tài)含量及分布.農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境[J].2002，18（4）：41-44.

[2] 林電,等.海南香蕉園土壤重金屬現(xiàn)狀及變化趨勢分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報,2006，6(6):54-58.

[3] 許嘉琳，楊居容.陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，1995.

[4] 康立娟，趙明憲，莊國成.銅的單元及復(fù)合污染中水稻對銅系數(shù)累計規(guī)律的研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，1997,8（1）:110-112.

[5] 林薌華，劉佳敏.福建漳州市香蕉園土壤重金屬污染調(diào)查分析[J].亞熱帶植物科學(xué)，2011，40（1）：31-33.

[6] 張亞麗,等.有機(jī)物對鎘污染改良效應(yīng)[J].土壤學(xué)報,2001,38(2):212-218.

[7] 顧繼光,等.土壤重金屬污染環(huán)境的治理途徑及其研究進(jìn)展[J].應(yīng)用基礎(chǔ)與工程科學(xué)學(xué)報,2003，11(2):143-151.

[8] 莊紹東．漳州香蕉園土壤肥力狀況分析[J]．福建農(nóng)業(yè)學(xué)報，2003，18（3）：168-172．

Research on The Effects of the Heavy Metals on the Banana Growth

LIN Xiang-hua1，GUO Jian-hui2, HUANG Da-bin3

（1. Zhangzhou Agricultural Test and Inspection Centre, Zhangzhou, Fujian 363000, China 2. Zhangzhou Agricultural Ecology and Energy Station ,Zhangzhou, Fujian 363000, China 3. Zhangzhou Xiangcheng Economic Crop Pupularization Station, Zhangzhou ,Fujian 363000, China）

The Effect of heavy metal elements( such as Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu) on banana growth and the collection capacity of heavy metal ions by the banana leaves were studied by adding them into the soil and irrigation water in the banana plantations. Results showed that banana growth and development may be inhibited by a certain concentration of the heavy metal elements and halted or killed by the excessive heavy metals in the banana plantations. With the increase of the heavy metal contents, the collection capacity and coefficient of heavy metal ions by the banana leaves increased positively correlated and progressively. The collection coefficients of different heavy metal ions by the banana leaves follow this order: Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb. The correlation coefficients (r) of the additive amount of the haevy metal elements to the soil and the irrigation water in the banana plantations and the contents of them on the banana leaves were 0.9630~0.9994, 0.9128~0.9983 respectively.

Banana; soil; irrigation water; heavy metals; enrichment coefficients

2011－07－26

福建省農(nóng)業(yè)科技計劃重點(diǎn)項目(2007N0067)

林薌華（1972－），男，高級農(nóng)藝師，本科，從事農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全研究。

S59

A

1673-1417（2011）03-0028-06

（責(zé)任編輯：季平）