有機(jī)物料與外源鋅對(duì)油菜生長和鋅含量分布的影響

郝佳麗，卜玉山，張成，胡學(xué)峰，閆雙堆，崔旭

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，山西 太谷030801）

人類活動(dòng)的加劇導(dǎo)致了土壤重金屬污染日趨嚴(yán)重，直接威脅到了人類的健康與生存。鋅是動(dòng)植物生長發(fā)育所必需的微量營養(yǎng)元素，土壤缺鋅時(shí)直接影響植物的代謝活動(dòng)［1］。但過量的鋅會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生毒害效應(yīng)［2］，還會(huì)使土壤失去活性，降低土壤微生物生物量［3］。鋅的生物可利用性和對(duì)土壤環(huán)境的影響直接取決于土壤中鋅的形態(tài)［4］，不同形態(tài)的鋅具有不同的環(huán)境化學(xué)行為、不同的活性和生物有效性［5］，從而影響植物的吸收，同時(shí)，植物對(duì)鋅的吸收與其生長的土壤環(huán)境有著密切的關(guān)系［6］。

施用有機(jī)物料在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有著悠久的歷史，在培肥改良土壤中具有不可替代的作用［7］。施用有機(jī)物料通過改變土壤理化性質(zhì)［8］和土壤重金屬元素形態(tài)［9］影響植物對(duì)其的吸收。其原因是多方面的也是極其復(fù)雜的，有機(jī)物料降解轉(zhuǎn)化過程中產(chǎn)生的有機(jī)化合物可以與土壤重金屬離子形成絡(luò)合物［10］，增強(qiáng)其移動(dòng)性和有效性，促進(jìn)作物對(duì)重金屬的有效吸收；也可以和土壤中粘土礦物結(jié)合并吸附重金屬，從而降低重金屬的活性和有效性［11］，減少植物對(duì)重金屬的吸收富集量［12］，減輕土壤重金屬對(duì)植物的危害。因此，不同有機(jī)物料既可能抑制植物對(duì)土壤重金屬的吸收，也可能促進(jìn)植物對(duì)土壤重金屬的吸收。

本試驗(yàn)研究了不同有機(jī)物料和不同濃度外源鋅對(duì)油菜生長發(fā)育和重金屬鋅含量分布的影響，分析比較施用不同有機(jī)物料對(duì)油菜吸收鋅的差異，為重金屬污染土壤上通過施用有機(jī)物料實(shí)現(xiàn)作物安全生產(chǎn)或增強(qiáng)重金屬污染土壤植物修復(fù)效果提供理論和應(yīng)用依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試作物為油菜（Brassicaca mpestris L.ssp.Chinensis L.），品種為“四月蔓”，生育期40 d；供試土壤采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)站大田耕層（0～20 c m）土壤，為石灰性褐土，其基本性狀見表1。

供試有機(jī)物料為草坪草、玉米秸、雞糞、豬糞、牛糞、泥炭、風(fēng)化煤等，經(jīng)過高溫腐熟后備用?；拘誀钜姳?。

表1 供試土壤和有機(jī)物料的基本性狀Table 1 Basic properties of experimental soil and organic materials

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)施

本研究采用二因素完全組合設(shè)計(jì)盆栽試驗(yàn)，因素一為有機(jī)物料處理，分別為：CK（不施有機(jī)物料）、草坪草（88 g·盆－1）、玉米秸（169 g·盆－1）、雞糞（197 g·盆－1）、豬糞（173g·盆－1）、牛糞（64 g·盆－1）、泥炭（39 g·盆－1）、風(fēng)化煤（368 g·盆－1）；有機(jī)物料按活性有機(jī)碳含量一致計(jì)算施入量。因素二為重金屬鋅處理，設(shè)0 mg·kg－1、50 mg·kg－1、150 mg·kg－1、450 mg·kg－14個(gè)水平，完全組合共32個(gè)處理，4次重復(fù)。

試驗(yàn)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院試驗(yàn)站內(nèi)的日光溫室大棚中進(jìn)行。2010年秋季對(duì)供試有機(jī)物進(jìn)行粉碎和堆漚腐熟處理，2011年春季，進(jìn)行油菜育苗，同時(shí)稱取過2 mm篩的風(fēng)干土5 kg裝入直徑18 c m、內(nèi)深22 c m的塑料盆中，按試驗(yàn)設(shè)計(jì)添加不同數(shù)量的重金屬鋅和不同有機(jī)物料，混勻，澆水，放置穩(wěn)定1周。3月26日，選取長勢(shì)大小一致的油菜幼苗，每盆移栽10株，油菜生長期間適時(shí)澆水并及時(shí)去除雜草和害蟲。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

4月底試驗(yàn)結(jié)束時(shí)測(cè)定油菜株高、根長、鮮重，而后按地上部和地下部分別將植物樣置于105℃烘箱中殺青30 min，降溫至75℃繼續(xù)烘干至恒重，并稱干重。植株樣粉碎后用于測(cè)定植物地上部和地下部鋅含量。油菜植株鋅含量采用硝酸－高氯酸消解－原子吸收分光光度計(jì)法［13］，土壤和有機(jī)物料全鋅含量采用氫氟酸－高氯酸－硝酸消解－原子吸收分光光度法［14］，有效鋅含量采用DTPA浸提－原子吸收分光光度計(jì)法［15］。有機(jī)物料全氮、磷、鉀采用 H2SO4－H2O2消化［15］，全氮含量采用AA3（Auto Analyzer 3）型流動(dòng)分析儀測(cè)定，全磷含量采用鉬銻抗比色法，全鉀含量采用火焰光度計(jì)；速效磷含量采用檸檬酸浸提－鉬銻抗比色法［16］，速效鉀含量采用稀硝酸浸提－火焰光度計(jì)法［16］；有機(jī)質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法－外加熱法［15］；有機(jī)物料活性有機(jī)碳含量采用高錳酸鉀氧化法［17］。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

測(cè)定數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2003和DPS7.05版軟件進(jìn)行處理和分析，多重比較采用Duncan新復(fù)極差法。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 不同有機(jī)物料與外源鋅對(duì)油菜株高的影響

不同有機(jī)物料處理與不同鋅濃度處理對(duì)油菜株高的影響均達(dá)到顯著水平。由圖1可見，除草坪草和牛糞外，其余供試有機(jī)物料處理下與CK一致，油菜株高均隨著外源鋅濃度增加呈下降趨勢(shì)，而草坪草和牛糞處理，隨外源鋅濃度增加對(duì)油菜株高影響規(guī)律不明顯，但草坪草處理油菜株高顯著高于CK，而牛糞處理與玉米秸、雞糞和豬糞處理，不同濃度鋅處理的油菜株高顯著高于CK相同濃度鋅處理的油菜株高；泥炭和風(fēng)化煤處理，低濃度鋅處理的油菜株高與CK相近或略高于CK，而高濃度鋅處理的油菜株高顯著低于CK。

圖1 不同有機(jī)物料處理下不同鋅濃度對(duì)油菜株高的影響Fig.1 Effects of different Zn concentrations on plantheight of rape in different organic material treatments

2.2 不同有機(jī)物料與外源鋅對(duì)油菜根長的影響

不同有機(jī)物料處理與不同濃度鋅處理對(duì)油菜根長的影響均達(dá)到了顯著水平。由圖2可見，除玉米秸處理外，其余供試有機(jī)物料處理油菜根長隨外源鋅濃度增加與CK一致，均呈下降趨勢(shì)，而玉米秸處理下油菜根長隨鋅濃度增加有增加的趨勢(shì)，且草坪草、玉米秸、豬糞和牛糞處理不同濃度鋅處理油菜根長均顯著大于CK相同濃度鋅處理油菜根長，而雞糞、泥炭和風(fēng)化煤處理下不同濃度鋅處理油菜根長近于或小于CK相同濃度鋅處理油菜根長。

2.3 不同有機(jī)物料與外源鋅對(duì)油菜單株鮮重的影響

不同有機(jī)物料處理與不同鋅濃度處理對(duì)油菜單株鮮重的影響均達(dá)到了顯著水平。由圖3可見，在同一有機(jī)物料處理，油菜單株鮮重都隨著外源鋅濃度的增加而降低，與CK一致，草坪草處理同鋅濃度處理油菜單株鮮重均顯著大于CK，玉米秸、豬糞和雞糞處理油菜單株鮮重在低濃度鋅時(shí)均顯著大于CK，但隨鋅濃度增加顯著下降，在低濃度鋅時(shí)除雞糞處理外仍顯著大于CK，而牛糞、泥炭和風(fēng)化煤處理不同濃度鋅處理的油菜單株鮮重均低于CK相同濃度鋅處理的油菜單株鮮重。

圖2 不同有機(jī)物料處理下不同鋅濃度對(duì)油菜根長的影響Fig.2 Effects of different Zn concentrations on root length of rape in different organic material treatments

圖3 不同有機(jī)物料處理下不同鋅濃度對(duì)油菜單株鮮重的影響Fig.3 Effects of different Zn concentrations on the weight of rape in different organic material treatments

2.4 不同有機(jī)物料與外源鋅對(duì)油菜單株根鮮重的影響

不同有機(jī)物料處理與不同鋅濃度處理對(duì)油菜根鮮重的影響均達(dá)到了顯著水平。由圖4可見，不同有機(jī)物料處理下油菜根鮮重隨著外源鋅濃度的增加而降低，與CK一致。草坪草處理不同濃度鋅處理油菜根鮮重均顯著大于CK，且隨鋅濃度增加下降幅度較小，玉米秸、雞糞、豬糞和牛糞處理不同濃度鋅處理油菜根鮮重明顯高于CK相同濃度鋅處理的油菜根鮮重，而泥炭和風(fēng)化煤處理不同濃度鋅處理的油菜根鮮重低于CK相同濃度鋅處理的油菜根鮮重。

圖4 不同有機(jī)物料處理下不同鋅濃度對(duì)油菜根鮮重的影響Fig.4 Effects of different Zn concentrations on the root weight of rape in different organic material treatments

2.5 不同有機(jī)物料與外源鋅對(duì)油菜地上部鋅含量的影響

不同有機(jī)物料處理與不同鋅濃度處理對(duì)油菜地上部鋅含量的影響均達(dá)到了顯著水平。由圖5可見，不同有機(jī)物料處理下油菜地上部鋅含量均隨著外源鋅濃度的增加而增加，與CK一致。草坪草、玉米秸、雞糞、豬糞、牛糞處理不同濃度鋅處理的油菜地上部鋅含量都顯著高于CK相同濃度鋅處理的油菜地上部鋅含量。泥炭和風(fēng)化煤處理下不同濃度鋅處理的油菜地上部鋅含量與CK相同濃度鋅處理的油菜地上部鋅含量相近或略高于CK。

圖5 不同有機(jī)物料處理下不同鋅濃度對(duì)油菜植株鋅的影響Fig.5 Effects of different Zn concentrations on the plant Zn of rape in different organic material treatments

2.6 不同有機(jī)物料與外源鋅對(duì)油菜地下部鋅含量的影響

不同有機(jī)物料處理與不同鋅濃度處理對(duì)油菜地下部鋅含量的影響均達(dá)到了顯著水平。由圖6可見，不同有機(jī)物料處理下油菜地下部鋅含量均隨著外源鋅濃度的增加而增加，特別在最大鋅濃度（450 mg·kg－1）時(shí)，草坪草、雞糞、豬糞、牛糞和泥炭處理下的油菜地下部鋅含量顯著高于CK，而玉米秸和風(fēng)化煤處理下的油菜地下部鋅含量顯著低于CK。

圖6 不同有機(jī)物料處理下不同鋅濃度對(duì)油菜根鋅的影響Fig.6 Effects of different Zn concentrations on the root Zn of rape in different organic material treatments

2.7 不同有機(jī)物料與外源鋅對(duì)油菜鋅分布的影響

由圖7可見，除CK和泥炭處理鋅濃度為450 mg·kg－1時(shí)油菜地上部與地下部鋅含量比小于1外，CK和泥炭處理下鋅濃度為0、50、150 mg·kg－1時(shí)以及其余有機(jī)物料處理下不同濃度鋅處理的油菜地上部鋅含量與地下部鋅含量的比值均大于1，即油菜植株鋅含量高于油菜根鋅含量。草坪草、玉米秸、雞糞、牛糞和風(fēng)化煤處理下不同濃度鋅處理的油菜地上部鋅含量與地下部鋅含量的比值均明顯大于CK相同濃度鋅處理的油菜地上部鋅含量與地下部鋅含量的比值。表明以上有機(jī)物料增強(qiáng)了鋅在油菜地上部的積累。同時(shí)，除豬糞處理外，其余供試有機(jī)物處理以及CK，隨著鋅濃度增加，油菜地上部鋅／地下部鋅含量比值均呈下降趨勢(shì)，表明隨著鋅濃度增加，油菜根部鋅累積量逐漸增加，而地上部鋅累積量逐漸下降。

圖7 不同有機(jī)物料處理下不同鋅濃度對(duì)油菜地上部鋅／地下部鋅的影響Fig.7 Effects of different Zn concentrations on the shoot Zn／r oot Zn of rape in different organic material treatments

3 結(jié)論與討論

油菜株高、根長、單株鮮重和根鮮重基本上都是隨著鋅濃度的增加而降低，施加草坪草和玉米秸有效地緩解高濃度鋅對(duì)油菜的毒害作用，油菜植株和根的生長明顯好于CK。糞肥類促進(jìn)了油菜生長，但高濃度鋅仍對(duì)油菜產(chǎn)生毒害作用，可能與糞肥類有機(jī)物料本身鋅含量高有關(guān)。泥炭和風(fēng)化煤對(duì)油菜生長沒有明顯的促進(jìn)作用，且高濃度鋅的毒害作用表現(xiàn)最強(qiáng)。

油菜植株鋅和根中鋅含量均隨著鋅濃度的增加而增加，草坪草、玉米秸、雞糞、豬糞和牛糞處理顯著增加了油菜地上部鋅含量，而草坪草、雞糞、豬糞、牛糞和泥炭處理顯著增加了高濃度鋅油菜地下部鋅含量，且不同供試有機(jī)物料普遍增加了油菜地上部與地下部鋅含量比值，表明所有供試有機(jī)物料均有增加鋅在油菜地上部積累的趨勢(shì)，但油菜地上部與地下部鋅含量比值隨鋅濃度增加呈下降趨勢(shì)。

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