不同品種油菜取樣對(duì)鎘的吸收累積差異分析＊

高茜蕾，許軍鋒

（西安工業(yè)大學(xué) 材料與化工學(xué)院，西安710021）

鎘是生物毒性最強(qiáng)的重金屬之一，為非營(yíng)養(yǎng)元素，對(duì)植物具有明顯毒害作用，在生物圈中移動(dòng)性大，毒性強(qiáng)，容易累積在可食部位并通過(guò)食物鏈危及人體的健康［1］．隨著工農(nóng)業(yè)的迅速發(fā)展和人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，鎘在冶金、陶瓷、電鍍和農(nóng)藥等方面而廣泛使用及其引起的土壤、地表水和地下水的鎘污染日益受到關(guān)注［2］．植物修復(fù)技術(shù)因具有低成本、污染少、操作簡(jiǎn)便和不破壞土壤本身結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)被廣泛的應(yīng)用于修復(fù)重金屬污染的土壤．它主要通過(guò)超積累植物的根系伸入土壤，使重金屬在植物體內(nèi)以不具有生物活性的解毒形態(tài)存在，直接將污染物質(zhì)提取，從土壤中帶走［3］．因此發(fā)現(xiàn)和驗(yàn)證新的重金屬超累積植物，對(duì)推動(dòng)污染環(huán)境的植物修復(fù)研究具有重要意義．

目前發(fā)現(xiàn)的鎘超累積植物數(shù)量少，而且大多數(shù)植物生長(zhǎng)緩慢，個(gè)體矮小，生物量小，修復(fù)效果不是太好．所以在尋找開(kāi)發(fā)修復(fù)重金屬污染土壤的植物物種時(shí)可放眼于一些耐性好、生物量較大、雖未達(dá)到超累積但也有較高累積量的植物．因此本文分別選擇十種不同的油菜，利用土培的方法比較不同品種油菜對(duì)鎘的吸收累積差異，并對(duì)造成該差異的原因進(jìn)行分析，篩選出鎘累積量較高的油菜品種．

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1．1 實(shí)驗(yàn)材料

本實(shí)驗(yàn)選擇了十種不同品種油菜，進(jìn)行土培實(shí)驗(yàn)，每種植物分別種植于pH為6．0的酸性土壤和pH為8．0的堿性土壤中，分別標(biāo)記為a和b，六周后分別收獲其地上部和地下部，測(cè)定其鎘濃度，比較吸收累積差異，計(jì)算酸性土和堿性土中不同油菜品種的富集系數(shù)與轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)．

1．2 實(shí)驗(yàn)方法

選擇了十種不同的油菜品種，分別編號(hào)：1夏王、2倍好、3上海矮抗青、4夏賞味、5綠精靈、6富冠、7京冠F1、8平成5號(hào)、9京冠1號(hào)、10京華冠青．采用土培盆栽方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所用土壤為西安東查寨污灌區(qū)土壤，參照沈陽(yáng)張氏灌區(qū)土壤含鎘量，向土壤中添加3mg·kg-1的鎘．土壤經(jīng)過(guò)自然風(fēng)干，去除其中的雜草石塊，過(guò)5mm篩網(wǎng)．根據(jù)土壤的基本理化性質(zhì)及植物生長(zhǎng)需要，加入適量的N和P作底肥，用量均為0．25g·kg-1，施入形態(tài)為CO（NH2）0．54g·kg-1，KH2PO41．1g·kg-1．將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)配制為溶液與土壤混合均勻，分別調(diào)節(jié)土壤pH為6．0和8．0，待一周后穩(wěn)定進(jìn)行裝盆．盆栽采用25cm塑料盆，每盆裝土量為3kg，裝盆后，用自來(lái)水進(jìn)行澆灌，澆灌3～4d，待養(yǎng)分充分釋放后進(jìn)行播種．每盆種植六株植物，分兩行，每行三株，每個(gè)品種分三個(gè)重復(fù)．播種3～4d以后出苗，種植10～15d以后進(jìn)行間苗，去掉幼苗小苗，留下壯苗．整個(gè)生長(zhǎng)周期用自來(lái)水進(jìn)行澆灌，每天澆水1～2次，澆灌原則為保持持水量為70%左右．在整個(gè)生長(zhǎng)過(guò)程中沒(méi)有觀察到鎘對(duì)油菜的毒害現(xiàn)象（如植物枯萎、葉色不一致變化等）各品種油菜均正常生長(zhǎng)，控制油菜的生長(zhǎng)周期為四周．

種植四周后，分別取其地上和地下部分，用去離子水洗凈，晾干，測(cè)定其鮮重后打漿備用．

2 結(jié)果與分析

2．1 不同品種油菜地上部、地下部生物量的比較

分別收取油菜地上部和地下部，對(duì)其鮮重進(jìn)行分析，結(jié)果見(jiàn)表1～2．

表1 不同品種油菜地上部鮮重（g·pot-1）Tab．1 Shoot fresh weight of pakchoi cultivars grown in Cd-contaminated soil（g·pot-1）

土壤中所含的鎘未對(duì)油菜的生長(zhǎng)產(chǎn)生毒害作用（如植物枯萎、葉色不一致變化等）．在整個(gè)生長(zhǎng)周期油菜正常生長(zhǎng)．經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)，在鎘污染的土壤中種植的所有油菜，不同品種之間地上部生物量存在有較大差異，在酸性土壤中地上部生物量最大的油菜品種是6號(hào)富冠，地上部生物量高達(dá)33．3g·pot-1；在堿性土壤中地上部生物量最大的油菜品種是3號(hào)上海矮抗青，地上部生物量高達(dá)26．9g·pot-1．同時(shí)各油菜地下部生物量也存在有差異，在酸性土壤中地下部生物量最大的油菜品種是3號(hào)上海矮抗青，地下部生物量高達(dá)8．4g·pot-1；在堿性土壤中地下部生物量最大的油菜品種是9號(hào)京冠1號(hào)，地下部生物量高達(dá)9．2g·pot-1．分析造成差異的原因，主要是由于不同品種油菜本身的基因型不同．

表2 不同品種油地下部鮮重（g·pot-1）Tab．2 Root fresh weight of pakchoi cultivars grown in Cd-contaminated soil（g·pot-1）

2．2 不同品種油菜地上部、地下部鎘含量的分析

普遍認(rèn)為，pH值降低會(huì)引起土壤對(duì)金屬的吸附量減少，從而使植物的吸收量增加，通過(guò)對(duì)鋅、鎘、銅的研究，證實(shí)了這點(diǎn)［4］．隨著pH值的增加，大多數(shù)重金屬會(huì)因吸附作用、或者在溶液中形成絡(luò)合物而使?jié)舛认陆?，離子活性減少［5］．本實(shí)驗(yàn)對(duì)油菜地上部和地下部取鮮樣進(jìn)行分析，用HNO3-HCLO4聯(lián)合消煮，用原子吸收分光光度計(jì)TAS-990型測(cè)定．結(jié)果如圖1～2所示．

圖1 酸性土壤中不同品種油菜地上部、地下部鎘濃度Fig．1 Concentrations of Cd in the up-ground bodies and roots of various kinds of rapes in acid soil

從圖1～2中可以看出所有油菜品種中地上部的鎘含量均超過(guò)國(guó)家食品安全標(biāo)準(zhǔn)的0．2mg·kg-1，表明不同品種油菜地上部和地下部對(duì)鎘的吸收累積存在有顯著差異，酸性土壤中地上部鎘濃度最高的為京華冠青，濃度高達(dá)0．96mg·kg-1，而濃度最低的是夏王，僅為0．51mg·kg-1，二者相差1．88倍；堿性土壤中，地上部鎘濃度最高的品種同樣為京華冠青，濃度為0．68mg·kg-1，濃度最低的夏王為0．32mg·kg-1，二者相差2．13倍．實(shí)驗(yàn)證明植物中累積的重金屬受土壤特性的影響嚴(yán)重，同一品種油菜在酸性土壤中更有利于鎘的吸收累積．

圖2 堿性土壤中不同品種油菜地上部、地下部鎘濃度Fig．2 Concentrations of Cd in the up-ground bodies and roots of various kinds of rapes in alkaline soil

2．3 酸性土和堿性土中不同品種油菜的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)與富集系數(shù)比較

為了比較不同品種油菜對(duì)鎘的吸收累積差異，本文引入了富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)來(lái)表征鎘在油菜體內(nèi)的分布特征，見(jiàn)表3～4．其中，富集系數(shù)指油菜體內(nèi)（地上部和根部）鎘含量與外源鎘在土壤中的含量比值，反應(yīng)油菜對(duì)鎘元素的吸收富集能力［6］；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為油菜地上部鎘含量與其根部含量的比值，反應(yīng)了油菜根部吸收鎘后轉(zhuǎn)移到地上的能力［7］．

表3 酸性土和堿性土中不同品種油菜的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Tab．3 Translocation factors of different kinds of rapes in acid and alkaline soil

從表3～4可以看出，不同品種油菜轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)均大于1，地上部對(duì)鎘的累積均大于根部，酸性土壤中油菜地上部對(duì)鎘的累積較堿性土壤中更高．同時(shí)不同品種油菜的富集系數(shù)差異顯著，富集率最高的品種為京華冠青，最低的為夏王．同一品種油菜在酸性土壤中的富集量更高．

3 結(jié) 論

1）不同品種油菜由于其基因型的差異，地上部與根部生物量存在有顯著差異，在pH為6．0的酸性土壤和pH為8．0的堿性土壤中，所添加的鎘均未對(duì)油菜的生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制，土壤中的重金屬鎘可直接被油菜吸收，殘留在作物的各個(gè)部位．

2）不同品種油菜地上部與地下部鎘濃度存在有顯著差異，同一品種油菜，酸性土壤更有利于油菜對(duì)鎘的吸收累積．與堿性土壤相比，在酸性土壤中油菜地下部對(duì)鎘的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)更高，同時(shí)富集系數(shù)也較高．

3）油菜是一種鎘的耐性和富集植物，建議可通過(guò)適當(dāng)生長(zhǎng)條件的改善和其他誘導(dǎo)作用的強(qiáng)化來(lái)提高油菜的生物量以及它對(duì)鎘的吸收累積量，以用于較高濃度鎘污染土壤的植物修復(fù)．

4）對(duì)重金屬污染的土壤進(jìn)行植物富集所得的植物同樣存在著后處理的問(wèn)題，為避免二次污染，目前多采用的方法是焚燒發(fā)電、壓縮填埋、堆肥等．

［1］ ACHAKZAI A K K，BAZAI Z A．Phytoaccumulation of Heavy Metals in Spinach（Spinacea Oleraceac L．）Irrigated with Wastewater of Quetta City［J］．Journal of Chemical Society，2006，28：473．

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