土壤改良劑對礦區(qū)污染土壤栽培的芹菜生長及生理生化指標的影響

摘要：通過盆栽試驗，研究了在礦區(qū)污染土壤中施用石灰和豬糞2種土壤改良劑后對芹菜生長及生理生化指標的影響。結果表明，2種改良劑的施用都可以增加芹菜的株高、最大葉面積和地上部鮮重，增強芹菜植物組織的過氧化物酶活性，降低游離脯氨酸的含量，提高維生素C的含量。總體上看，施用石灰6 g/kg和豬糞80 g/kg后改良礦區(qū)污染土壤的效果最明顯。

關鍵詞：礦區(qū)污染土壤；土壤改良劑；芹菜；生長；生理生化

中圖分類號：X53；S156.2；S636.3 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）18-4400-03

隨著采礦和冶煉業(yè)的迅速發(fā)展，造成企業(yè)周邊地區(qū)的土壤中出現(xiàn)重金屬污染[1]，過量的重金屬會引起植物生長以及生理生化等方面的改變[2]。通過施用土壤改良劑，可以改變土壤的理化性質(zhì)，并對重金屬起到吸附、沉淀或共沉淀的作用，從而改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，降低其生物有效性和遷移性[3]，緩解重金屬對植物的影響。土壤改良劑中的石灰和豬糞具有來源豐富、成本低廉、施用方便等特點，應用范圍廣泛。試驗通過盆栽方法，研究在礦區(qū)污染土壤中添加不同用量的石灰和豬糞后對芹菜（Apium graveolens L.）的生長與生理生化指標的影響，為修復礦區(qū)土壤和土壤改良劑的合理施用提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

石灰、豬糞、芹菜幼苗均為市售；土壤采自某礦區(qū)附近土層中0～20 cm的混合土樣。土樣基本理化性質(zhì)是pH 7.427、有機質(zhì)含量3.683 g/kg、堿解氮含量26.480 mg/kg、全氮含量0.973 g/kg、速效磷含量35.669 mg/kg、全磷含量0.140 g/kg；土樣中重金屬含量分別是鎘（Cd）17.218 mg/kg、鉛（Pb）3 370.941 mg/kg、鋅（Zn）2 259.089 mg/kg、銅（Cu）2 661.251 mg/kg。所用肥料NH4NO3、KH2PO4、K2SO4均為市售。

1.2 盆栽試驗

供試土樣經(jīng)自然風干、搗碎、剔除雜物后裝盆。每盆裝土2 kg（以干土計），試驗設7個處理，分別是盆土施石灰3個處理、盆土施豬糞3個處理、盆土不施任何土壤改良劑（對照）處理；每處理重復3次。2種改良劑各設低、中、高3個處理水平，具體見表1。同時每盆加入純N 500 mg、P2O5 218 mg 、K2O 414 mg作為底肥，并澆入去離子水，平衡1周后移栽芹菜幼苗，每盆栽3株。在芹菜植株生長期間保持一定的土壤濕度，每周加Hoagland-Amon營養(yǎng)液1次，并定期觀察記錄芹菜的生長情況。生長60 d 后沿盆土表面剪取芹菜植株地上部分，測量生長形態(tài)指標株高、最大葉面積、地上部鮮重，并測定芹菜植物組織生理生化指標過氧化物酶（Peroxidase，POD）活性、游離脯氨酸（Proline，Pro）和維生素C的含量。

1.3 測定方法

土樣的理化性質(zhì)測定參照文獻[4]的方法實施；Cd、Pb、Cu、Zn含量的測定采用王水-高氯酸消化-原子吸收分光光度法（TAS-990原子吸收分光光度計）；芹菜株高采用直尺測定；最大葉面積用透明方格紙法測定；地上部鮮重用電子臺秤稱量。芹菜植物組織的POD活性采用高錳酸鉀滴定法測定[5]；游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定[5]；維生素C含量采用 2，6-二氯靛酚滴定法測定[5]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗得到的所有數(shù)據(jù)均為3次重復的平均值，數(shù)據(jù)表述為“平均值±標準誤”，均應用Microsoft Office Excel 2003軟件進行整理，統(tǒng)計分析處理均采用DPS 7.05統(tǒng)計分析軟件進行方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同土壤改良劑處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中芹菜生長的影響

試驗測定的不同土壤改良劑處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中的芹菜生長影響結果見表2。由表2可知，在2種土壤改良劑不同處理水平下，栽培在礦區(qū)污染土壤中的芹菜株高、最大葉面積和地上部鮮重相對于對照均有不同程度的變化。其中各處理芹菜的株高較對照（12.21 cm）增幅為-4.75%～75.10%， 以處理7（豬糞施入量80 g/kg）的株高最高，達到了21.38 cm，比對照增高了75.10 %；而處理4（石灰施入量12 g/kg）的株高最矮，只有11.63 cm，比對照還降低了4.75%；土壤改良劑對芹菜株高生長的促進作用高低排序依次為處理7、處理5、處理3、處理2、處理6，而處理4對芹菜株高生長有抑制作用。各處理芹菜的最大葉面積較對照（1 336.67 mm2）增幅為-6.13%～111.39%，也是以處理7的葉面積最大，達到了2 825.56 mm2，比對照增大了111.39%；而處理4的葉面積最小，為1 254.67 mm2，比對照減少了6.13 %；土壤改良劑對芹菜葉片生長的促進作用高低排序依次為處理7、處理6、處理3、處理2、處理5，而處理4對芹菜葉片生長有抑制作用。各處理芹菜植株的地上部鮮重較對照（12.00 g/盆）增幅為-2.75%～194.42%，仍然是處理7的地上部鮮重最重，達到了35.33 g/盆，比對照提高了194.42%；而處理4的地上部鮮重最輕，為11.67 g/盆，比對照減少了2.75%；土壤改良劑對芹菜地上部鮮重的促進作用高低排序依次為處理7、處理6、處理5、處理2、處理3，而處理4對芹菜地上部鮮重生長有抑制作用。

總體來看，向礦區(qū)污染土壤中施石灰高量（處理4，施入量12 g/kg）會抑制芹菜的株高、最大葉面積和地上部鮮重的增加，而施豬糞沒有出現(xiàn)這類問題；不同土壤改良劑的促進效果是豬糞大于石灰，同種改良劑的促進效果是石灰中量處理（處理3，施入量6 g/kg）和豬糞高量處理（處理7，施入量80 g/kg）的效果較好，其中豬糞高量處理的生長促進效果最好，都顯著高于對照（P<0.05）。除石灰高量處理以外，其他處理的芹菜生長形態(tài)指標值都比對照提高。

2.2 不同土壤改良劑處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中芹菜生理生化指標的影響

2.2.1 不同土壤改良劑處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中芹菜植物組織POD活性的影響 試驗各處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中的芹菜植物組織POD活性的影響結果見圖1。由圖1可以看出，與對照相比石灰各處理均提高了芹菜植物組織的POD活性，但與對照的差異都不顯著（P>0.05）；豬糞的低量處理（處理5，施入量20 g/kg）、中量處理（處理6，施入量40 g/kg）與對照相比均增加了芹菜植物組織的POD活性，其中處理5的芹菜植物組織POD活性與對照差異顯著（P<0.05）；而豬糞的高量處理（處理7，施入量80 g/kg）芹菜植物組織POD活性低于對照，表現(xiàn)為POD活性被抑制。

2.2.2 不同土壤改良劑處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中芹菜植物組織游離脯氨酸含量的影響 試驗各處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中的芹菜植物組織游離脯氨酸含量的影響結果見圖2。由圖2可見，與對照相比，向礦區(qū)污染土壤中施入石灰和豬糞后，都能使芹菜植物組織的游離脯氨酸含量降低，除石灰中量處理（處理3，施入量6 g/kg）外，其余處理的芹菜植物組織游離脯氨酸含量均顯著低于對照（P<0.05），說明加入土壤改良劑后重金屬脅迫得到了緩解。

2.2.3 不同土壤改良劑處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中芹菜植物組織維生素C含量的影響 試驗各處理對栽培在礦區(qū)污染土壤中的芹菜植物組織維生素C含量的影響結果見圖3。由圖3可知，向礦區(qū)污染土壤中施入中量石灰（處理3，施入量6 g/kg）和高量豬糞（處理7，施入量80 g/kg）后，2個處理的芹菜植物組織維生素C含量顯著高于對照（P<0.05），而其他處理對芹菜植物組織維生素C含量的影響不顯著（P>0.05）。

3 小結與討論

試驗結果顯示，土壤改良劑石灰的低量處理（施入量3 g/kg）、中量處理（施入量6 g/kg）對芹菜的株高、最大葉面積和地上部鮮重都有促進作用，這與李正強等[6]和趙小虎等[7]的研究結果一致。加入石灰能夠提高芹菜植物組織的POD活性和維生素C含量、降低游離脯氨酸的含量；總體上以施入石灰6 g/kg的處理效果為佳。芹菜生長和生理指標的變化結果表明，土壤改良劑的施入緩解了重金屬對芹菜的毒害，可能是由于施石灰提高了土壤pH，使土壤對重金屬的吸附增強，土壤溶液中重金屬的濃度降低，并且石灰中的鈣可以與重金屬競爭植物根系上的吸收位點，從而減弱了植物對重金屬的吸收[8]。不過試驗中當施入的石灰為高量處理（施入量12 g/kg）后，芹菜的生長受到了抑制，具體原因需進一步研究。

試驗結果與對照相比，施入土壤改良劑豬糞能夠促進芹菜株高、最大葉面積和地上部鮮重的增加，這與李正強等[6]和孫健等[9]的研究結論一致。有機肥豬糞的低量處理（施入量20 g/kg）、中量處理（施入量40 g/kg）可提高芹菜植物組織的POD活性，而高量處理（施入量80 g/kg）增加了芹菜植物組織的維生素C含量，3種用量處理都能降低芹菜植物組織游離脯氨酸的含量，總體上以施入豬糞80 g/kg的處理效果為佳。豬糞的施入有利于芹菜的生長和生理生化指標的改善，其原因可能一是豬糞施入土壤后，增加的土壤有機質(zhì)可絡合重金屬離子，從而降低了重金屬離子的有效性；二是豬糞影響了土壤的其他基本性狀（如理化性質(zhì)）而產(chǎn)生了抑制重金屬離子的間接作用，如增加土壤肥力和提高土壤pH[10]。不過在豬糞高量處理后降低了芹菜植物組織的POD活性，中、低量處理后降低了芹菜植物組織的維生素C含量，其原因有待進一步研究。

參考文獻：

[1] 許中堅，吳燦輝，劉 芬，等.典型鉛鋅冶煉廠周邊土壤重金屬復合污染特征研究[J].湖南科技大學學報（自然科學版），2007， 22（1）：111-114.

[2] 李 曄，李玉雙，孫麗娜，等.重金屬Cd脅迫對不同玉米品種生理生化指標的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2011，39（5）：2627-2628， 2657.

[3] 郭曉方，衛(wèi)澤斌，謝方文，等.過磷酸鈣與石灰混施對污染農(nóng)田低累積玉米生長和重金屬含量的影響[J].環(huán)境工程學報，2012， 6（4）：1374-1380.

[4] 鮑士旦.土壤農(nóng)化分析[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1999.

[5] 李 玲，李娘輝，蔣素梅，等.植物生理學實驗指導[M].北京：科學出版社，2009.

[6] 李正強，熊俊芬，馬瓊芳，等.豬糞和石灰對鉛鋅尾礦污染土壤中紫花苜蓿生長及重金屬吸收特性的影響[J].廣西農(nóng)業(yè)科學，2009，40（9）：1187-1191.

[7] 趙小虎，王富華，張 沖，等.汞鎘鉛復合污染菜地施用石灰對菜心及土壤的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2008，27（2）：488-492.

[8] 汪 洪，周 衛(wèi)，林 葆，等.鈣對鎘脅迫下玉米生長及生理特性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2001，7（1）：78-87.

[9] 孫 健，鐵柏清，周 潔，等.不同改良劑對鉛鋅尾礦污染土壤中燈芯草生長及重金屬積累特性的影響[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2006，25（3）：637-643.

[10] 張亞麗，沈其榮，姜 洋.有機肥料對鎘污染土壤的改良效應[J].土壤學報，2001，38（2）：212-218.