木耳菜在4種土壤中對Cs的吸收與轉(zhuǎn)運研究

鄒　玥,唐運來*,王　丹,羅學(xué)剛

(1 西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川綿陽 621000;2 西南科技大學(xué) 核廢物與環(huán)境安全國防重點學(xué)科實驗室,四川綿陽 621000)

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木耳菜在4種土壤中對Cs的吸收與轉(zhuǎn)運研究

鄒玥1,2,唐運來1,2*,王丹1,2,羅學(xué)剛1,2

(1 西南科技大學(xué) 生命科學(xué)與工程學(xué)院,四川綿陽 621000;2 西南科技大學(xué) 核廢物與環(huán)境安全國防重點學(xué)科實驗室,四川綿陽 621000)

摘要:土壤類型是Cs污染植物修復(fù)技術(shù)的重要影響因素。采用盆栽試驗,將木耳菜分別移栽在紫色土、水稻土、紅壤和黃壤土中,待3葉期,分別施加不同濃度的Cs[0、20、40、80、120 mg·kg-1CsCl]處理10、20、30 d后取樣,分析木耳菜在4種土壤中對Cs的吸收與轉(zhuǎn)運差異,探討不同土壤類型、土壤pH值以及速效鉀含量對木耳菜富集Cs的影響機制。結(jié)果顯示:(1)不同土壤類型中木耳菜的Cs含量均與Cs施加濃度和處理時間呈顯著正相關(guān)關(guān)系,植物各器官間Cs積累量大小依次為根>葉>莖,表明木耳菜的根、莖、葉在不同類型土壤中均能積累Cs,隨著處理時間的延長,其吸收量隨Cs施加濃度的增大而增加,但以根部的富集能力最強、積累量最大。(2)在不同土壤類型中和不同處理時間段,木耳菜對Cs的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)均存在顯著差異,其富集與轉(zhuǎn)運能力隨著Cs施加濃度的增大以及處理時間的延長表現(xiàn)為先增后減,其地下部分富集系數(shù)顯著高于地上部分,且黃壤土中木耳菜對Cs的富集能力明顯高于其它3種土壤。(3)土壤中的鉀含量和pH值影響木耳菜對Cs的吸收和富集,與紫色土、水稻土和紅壤相比,黃壤土中的速效鉀含量較低,pH適中,在不同處理時間段,木耳菜在黃壤土中對Cs的富集效率都最高,表明土壤中低含量的速效鉀以及適中的pH值更利于木耳菜對Cs的吸收。

關(guān)鍵詞:木耳菜;銫;土壤類型;生物富集

元素Cs作為堿金屬中最稀少的元素,其同位素137Cs是放射性塵埃和核燃料廢料廢物中主要的核素之一,引起環(huán)境保護(hù)者的廣泛關(guān)注[1]。隨著核工業(yè)的高速發(fā)展,核原料的大力開采和加工、放射性廢物的排放量加大以及核異常事故等因素造成土壤中137Cs本底值大幅增加[2],且137Cs常被當(dāng)作鉀的營養(yǎng)類似物被植物吸收進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng),從而對人類生存環(huán)境造成威脅[2-4]。

針對受到放射性核素Cs污染的土壤,采用環(huán)境友好且價格低廉的植物修復(fù)技術(shù)具有重要意義。但在植物修復(fù)的實際操作過程中,“超富集植物”出現(xiàn)吸附核素量較少、生長情況不佳甚至是死亡的情況,研究表明,這和實驗條件下篩選的“超富集植物”不能夠適應(yīng)土壤的土質(zhì)有關(guān)。同時,Cs的長期有效性主要取決于生態(tài)系統(tǒng)的選擇性,特別是土壤的性質(zhì)。137Cs經(jīng)沉降到達(dá)地表后就迅速被粘土礦物和有機質(zhì)緊密吸附,且不易向下淋溶、遷移。一旦137Cs被土壤中的粘土礦物和有機質(zhì)吸附或固定后,很難被各種提取劑解吸[5-10],因此,在粘土礦物和有機質(zhì)含量豐富的土壤系統(tǒng)里,從土壤中進(jìn)入生物體的137Cs量極少。但在其它具有低陽離子交換容量的砂性土壤系統(tǒng)里,則有相對大量的137Cs進(jìn)入到生態(tài)循環(huán)。姜讓榮等[11]分析不同土壤層中放射性核素的分布表明,137Cs主要分布于4～12 cm深度的土壤層中[11]。其它研究表明:137Cs在非耕作土壤中主要集中在0～5 cm的土層中,而在耕作土壤中則分布較均勻,受翻耕和土壤顆粒組成等多種因素影響[5,12]。另外,由于土壤性質(zhì)的差異和土壤中K+的形態(tài)及含量的不同,土壤中K+含量對植物吸收Cs也有較大影響。

不同科植物吸收137Cs的量按如下順序遞減:十字花科、葫蘆科、藜科、菊科、蓼科、茄科(豆科)、胡麻科、云香科(禾本科)[13]。鑒于目前對Cs污染土壤進(jìn)行生物修復(fù)的植物主要是藜科、莧科或菊科植物[14],因此本試驗選用四川省盛產(chǎn)菊科菊三七屬高大草本植物木耳菜[Gynuracusimbua(D.Don) S.Moore]作為供試材料,以四川省4種基本土壤類型為研究對象,利用植物修復(fù)方法,探究母質(zhì)紫色土、耕作水稻土、黃壤、紅壤[15]對植物吸附133Cs吸收轉(zhuǎn)移機制以及富集量的差異(133Cs與137Cs具有相似化學(xué)性質(zhì),它們在植物中的吸收與轉(zhuǎn)運相似[16]),以期完善植物修復(fù)不同土壤中放射性核素Cs的理論基礎(chǔ)及技術(shù)途徑。

1材料和方法

1.1試驗材料

試供植物木耳菜種子購于四川省綿陽市青羊村綠色農(nóng)業(yè)生態(tài)園。試驗土壤水稻土采自西南科技大學(xué)水稻實驗基地中水稻田地表0～30 cm的土壤;黃壤采自西南科技大學(xué)龍山山頂?shù)乇韺?～30 cm的土壤;紅壤則采自于西昌市樟木鄉(xiāng)茅坡村地表0～30 cm的土壤;紫色土采自于西南科技大學(xué)龍山山腰地表層0～30 cm的土壤。

1.2試驗設(shè)計

采用模擬土壤Cs污染溫室盆栽試驗,栽培盆直徑28 cm、高20 cm,底部有孔并帶托盤。各類型試供土壤自然風(fēng)干,剔除草根、碎石后過2 cm的篩,定量稱取3kg土壤移入栽培盆中。試驗設(shè)置土壤Cs濃度梯度分別為20、40、80和120 mg/kg(用133CsCl以水溶液的方式均勻澆灌),以不添加Cs作為對照(CK);每種土壤設(shè)置5個處理,每個處理5個平行重復(fù),共25盆,于西南科技大學(xué)玻璃溫室花房內(nèi)靜止平衡2周。

選取2葉期且長勢一致的健康木耳菜幼苗移栽至Cs污染土壤花盆中,每盆定植3株,保持栽培盆土壤含水量約為田間持水量的60%,以確保外源加入的Cs含量不因含水量過大而造成流失。待木耳菜的幼苗長至3葉期,按試驗設(shè)計分別進(jìn)行Cs處理(加入Cs后,定期灌溉土壤;花盆底部放置托盤以確保瀝出物能重新被盆中土壤吸收)。分別于處理10、20、30 d后收獲植物,進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)分析。

1.3測定指標(biāo)及方法

1.3.1木耳菜生物量將植株從盆中連根移出,清理附著在植物根系以及表面的土壤并用蒸餾水洗凈后,將植物的根、莖及葉分開,分別稱取鮮重(g)再分裝入袋,105 ℃殺青30 min后,在75 ℃下于烘箱中烘干至恒重后稱取干重(g),每個處理5個重復(fù)。

1.3.2木耳菜Cs富集量稱取烘干后的木耳菜材料粉末0.1～0.3 g(不同的部位稱取的量依據(jù)具體情況而定)加入20 mL硝酸,利用石墨消解儀(SH220)進(jìn)行消解,并采用原子吸收光譜(AA700,美國PE公司)測定木耳菜根、莖及葉中消解樣品中Cs質(zhì)量濃度,每個部位重復(fù)3次,并計算Cs的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)運系數(shù)。

富集系數(shù)(BCFs)=植物體內(nèi)Cs濃度/(施入Cs濃度+土壤本底值)

轉(zhuǎn)運系數(shù)(TF)=植物地上部分Cs含量/地下部分Cs含量

1.3.3土壤pH值、速效鉀以及本底Cs含量待各類供試土壤樣品自然風(fēng)干后,由四川農(nóng)業(yè)大學(xué)資源學(xué)院土壤學(xué)實驗室進(jìn)行土壤pH值、速效鉀含量以及土壤本底Cs含量基礎(chǔ)指標(biāo)的測定,每種土壤類型各5個平行重復(fù)。

1.4數(shù)據(jù)分析

利用DPSv 7.05計算平行樣的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,使用SPSS 22.0進(jìn)行顯著性檢驗及單因素方差分析,并采用OriginPro 9.0繪圖。

2結(jié)果與分析

2.1各類型土壤的pH值、速效鉀以及本底Cs含量比較

如表1所示,在不同土壤類型中,土壤本底的pH值以及速效鉀和Cs含量均存在較大的差異。其中,通過分析土壤pH值發(fā)現(xiàn),紫色土以及水稻土屬于堿性土壤,且紫色土的土壤堿性大于水稻土壤;相對于前兩類土壤,紅壤呈現(xiàn)出較強酸性性質(zhì),而黃壤呈弱酸性接近中性。同時,發(fā)現(xiàn)4種類型土壤速效鉀含量差異顯著,并表現(xiàn)為紅壤>水稻土>紫色土>黃壤;紅壤作為速效鉀含量最高的土壤,是黃壤的6.714倍。另外,各類土壤中本底Cs含量依次為水稻土>紅壤>黃壤>紫色土,且存在顯著性差異;雖然水稻土中本底Cs含量要顯著高于其它3種土壤,但其土壤中Cs含量仍遠(yuǎn)低于中國土壤Cs背景值的均值(8.24 mg·kg-1),因此,4種土壤中本底Cs含量對本研究影響不顯著。

2.2各土壤類型對Cs污染環(huán)境下木耳菜生物量的影響

由圖1可知,在不同Cs處理階段內(nèi),水稻土中單株木耳菜生物量明顯高于其它3種土壤,并隨著Cs處理濃度增大多在80 mg·kg-1土壤處理濃度時達(dá)到最大值,且隨時間的延長相對應(yīng)生物量逐漸增加;黃壤中木耳菜單株生物量次之,尤其在Cs處理20和30 d時明顯高于紅壤和紫色土,并隨著Cs處理濃度增大先升后降,且隨著處理時間的延長增長趨勢明顯;紅壤中木耳菜單株生物量在Cs處理10 d時要高于紫色土,而在Cs處理20和30 d時略低于紫色土,但紅壤和紫色土中單株生物量在整個處理時段內(nèi)均明顯低于水稻土和黃壤?？梢?土壤類型對Cs污染環(huán)境下木耳菜生長產(chǎn)生顯著影響,從而可能影響著木耳菜吸附和累積Cs能力。

表1　不同土壤類型的本底pH值、速效鉀含量及Cs含量

注:同列不同小寫字母表示不同土壤類型間差異達(dá)0.05顯著水平。

Note:Different normal letters in the same column indicate significant difference among soil types at 0.05 level.

圖1　不同濃度CsCl處理木耳菜10 d(A)、

2.3土壤類型對木耳菜Cs吸收和分布的影響

2.3.1器官(根、莖、葉)Cs含量在4種類型土壤中,木耳菜根系對Cs的吸收存在明顯差異(表2)。在相同類型土壤條件下,木耳菜根部吸附的Cs含量均隨CsCl處理濃度的增加、處理時間的延長而逐漸提高,且各處理濃度間均存在顯著差異,即木耳菜的根部對Cs具有一定的富集能力。在相同CsCl處理濃度下,黃壤中木耳菜根部對Cs的吸附量在CsCl處理10～30 d內(nèi)均明顯高于其它3種土壤;其它3種土壤相比較,木耳菜根部Cs含量在處理10 d時表現(xiàn)為紫色土>紅壤>水稻土,處理20 d時基本表現(xiàn)為紅壤>紫色土>水稻土,且紫色土與水稻土間差異較小,而在處理30 d時基本表現(xiàn)為:紅壤>水稻土>紫色土,同樣紫色土與水稻土間差異不顯著。

同時,在4種土壤中,木耳菜莖的Cs含量同樣存在明顯差異(表3)。木耳菜莖中Cs含量的絕對值與CsCl處理濃度及其處理時間均呈正相關(guān)關(guān)系,即隨著CsCl處理濃度增加和處理時間的延長而提高,且差異顯著。土壤類型間相比較,黃壤中木耳菜莖中Cs含量明顯高于其它3種土壤,且其它3種土壤莖中Cs含量在不同處理時段內(nèi)均呈現(xiàn)出較大差異。同時,結(jié)合表2結(jié)果可知,木耳菜莖中Cs含量明顯低于根部的Cs吸附量。

另外,各類型土壤和各濃度處理的木耳菜葉片Cs含量表現(xiàn)與根、莖相似,其在4種土壤類型中均隨CsCl處理濃度的增加、處理時間的延長而逐漸增加,且各處理濃度間均存在顯著差異;葉Cs含量在不同土壤類型中表現(xiàn)為:黃壤>水稻土>紅壤>紫色土(表4)。此外,與根部以及莖中Cs含量相比,木耳菜葉片Cs的含量在紫色土、黃壤以及處理20 d以后的紅壤中更低,而在水稻土以及處理10 d的紅壤中則升高,并表現(xiàn)為葉>根>莖。

2.3.2單株Cs積累量木耳菜單株Cs富集量在不同土壤中、不同處理時期內(nèi)存在一定差異(圖2)。其中,在CsCl處理10 d時,黃壤中各濃度下木耳菜植株對Cs的富集量要明顯高于同等時期的其它3種土壤;在Cs處理20 d時,黃壤中木耳菜植株Cs富集量除低于水稻土中120 mg·kg-1處理濃度植株外,明顯高于該處理時段內(nèi)水稻土和其他土壤類型相應(yīng)濃度處理的單株;在Cs處理30 d時,水稻土中木耳菜的Cs累積量較處理10 d時有明顯提升,在80和120 mg·kg-1CsCl處理濃度下均高于黃壤中木耳菜單株,同時紫色土中木耳菜的單株富集量明顯低于其它3種土壤。木耳菜單株Cs富集量基本趨勢為黃壤>水稻土>紅壤>紫色土,且隨CsCl濃度增加土壤類型間差異更大。

表2　不同類型土壤中CsCl處理10～30 d木耳菜根系中Cs含量

注:同列不同小寫字母表示不同處理間差異達(dá)0.05顯著水平;下同。

Note:Different normal letters in the same column indicate significant difference among different Cs concentration treatments at 0.05 level.The same as below.

在4種土壤類型中,黃壤中木耳菜單株Cs含量最高但土壤中速效鉀含量最低,經(jīng)單因素方差分析黃壤中不同的Cs處理濃度下速效鉀含量與單株Cs含量,其結(jié)果均在0.05水平上差異顯著,因此認(rèn)為黃壤中低速效鉀含量在一定程度上協(xié)助木耳菜吸收Cs元素。

以上結(jié)果說明木耳菜各器官中Cs含量隨著土壤中Cs濃度增加和處理時間的延長而逐漸增加,且基本表現(xiàn)為根>葉>莖;不同類型土壤間相比較,相同器官Cs含量以黃壤土較高,紫色土偏低。各土壤中木耳菜單株Cs累積量基本隨著土壤中Cs濃度增加而增加,并以黃壤土和水稻土明顯較高。此外,在不同處理時間不同處理濃度下,黃壤中的速效鉀含量與木耳菜單株吸附Cs含量之間差異顯著,表明在速效鉀含量低且pH值適中的黃壤中更利于木耳菜對Cs積累。

表3　不同類型土壤中CsCl處理10～30 d木耳菜莖中Cs含量

表4　不同類型土壤中CsCl處理10～30 d木耳菜葉片中Cs含量

圖2　不同濃度CsCl處理木耳菜10 d(A)、

2.4土壤類型對木耳菜Cs富集與轉(zhuǎn)運能力的影響

2.4.1富集系數(shù)富集系數(shù)是指植株體內(nèi)元素含量與環(huán)境元素含量的比值,其值越大,則表明植物吸收能力越強。表5顯示,紫色土中木耳菜地下和地上部Cs富集系數(shù)在10和20 d處理時段內(nèi)均隨著Cs處理濃度的增加呈現(xiàn)先增加再減小的趨勢,并多在40 mg·kg-1濃度下達(dá)到最大值;當(dāng)處理30 d時,地上部和地下部Cs富集系數(shù)均隨著Cs處理濃度的增加而逐漸減小。水稻土作為熟化程度較高的土壤,無論土壤肥力或人為干預(yù)都是4種土壤類型中最高的,其上木耳菜地下部Cs富集系數(shù)在整個處理時段內(nèi)基本高于地上部;紅壤中木耳菜地上和地下部Cs富集系數(shù)與紫色土中富集系數(shù)變化趨勢相似,但紅壤中地上和地下部富集系數(shù)均高于紫色土。土壤類型間比較而言,黃壤中木耳菜地上與地下部Cs富集系數(shù)要明顯高于其它3種土壤,且其在3個處理時段內(nèi)均為地下部富集系數(shù)高于地上部富集系數(shù),并隨著處理濃度的增大而逐漸降低,這與水稻土中木耳菜的富集系數(shù)變化趨勢基本相同。

2.4.2轉(zhuǎn)運系數(shù)轉(zhuǎn)運系數(shù)能反映Cs在植物體內(nèi)的運輸和分布情況,其值越大,說明植物通過根系吸收后向地上部分遷移的能力越大。由表6可知,在紫色土中木耳菜對Cs的轉(zhuǎn)移系數(shù)隨著CsCl處理濃度的增加而先增后減,但隨著處理時間延長,其相對應(yīng)的轉(zhuǎn)移系數(shù)也隨之降低,即紫色土壤中木耳菜對Cs轉(zhuǎn)運能力隨Cs處理濃度先增強后減弱,并隨著時間的延長而逐漸減弱。相比較于紫色土,水稻土中木耳菜對Cs的轉(zhuǎn)運系數(shù)在同一時期內(nèi)隨Cs處理濃度增加呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢且整體水平明顯高于紫色土壤中,并隨著處理時間的延長而逐漸增大,說明木耳菜在水稻土壤中對Cs的轉(zhuǎn)運能力較強,且在30 d以內(nèi)木耳菜對Cs轉(zhuǎn)運能力逐漸增強,根系吸收的Cs及時轉(zhuǎn)運到地上部分。紅壤中木耳菜對Cs的轉(zhuǎn)運系數(shù)在不同時期內(nèi)隨著處理濃度的增加出現(xiàn)先增后減的趨勢;并隨著處理時間的延長,相對應(yīng)轉(zhuǎn)運系數(shù)明顯下降,說明隨著處理時間的延長紅壤中木耳菜對Cs轉(zhuǎn)運能力顯著降低。在黃壤中,木耳菜對Cs的轉(zhuǎn)移系數(shù)除在10 d時出現(xiàn)較大波動外,其轉(zhuǎn)運系數(shù)隨著處理時間的增加變化較為平穩(wěn),且隨著處理濃度增加而略微下降。

表5　不同類型土壤不同濃度CsCl處理10～30 d木耳菜地上和地下部分對Cs的富集系數(shù)

表6　不同類型土壤不同濃度CsCl處理10～30 d木耳菜對Cs的轉(zhuǎn)移系數(shù)

以上結(jié)果表明木耳菜對Cs的富集與轉(zhuǎn)運能力隨處理Cs濃度的增大先增后減,且在20 d時達(dá)到峰值,后隨之降低;土壤類型間比較而言,木耳菜在黃壤中對Cs的富集與轉(zhuǎn)運能力最強,紫色土和紅壤相對較弱,但各類型土壤中木耳菜對Cs的富集能力均是地下部分高于地上部分,表明根部是木耳菜富集Cs的主要器官。

3討論

因為不同類型土壤會影響植物對Cs的吸收轉(zhuǎn)運,本文研究了速效鉀含量和pH不同的4種土壤中木耳菜對Cs的吸收轉(zhuǎn)運情況,其中速效鉀含量為紅壤>水稻土>紫色土>黃壤,pH值紅壤為酸性,黃壤近中性以及紫色土和水稻土為堿性,結(jié)果表明,不同類型土壤中木耳菜富集Cs的含量不同,且隨著土壤處理Cs濃度的增大以及處理時間的延長而呈現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系,與陳梅等[17]研究的莧菜、小麥和玉米對Cs的吸收結(jié)果一致。不同類型土壤中,木耳菜地下部分對Cs的吸附含量顯著高于地上部分,表明Cs主要富集在木耳菜根部,且Cs在土壤中的轉(zhuǎn)移能力較差,即Cs的生物有效性較低。但不同土壤類型中木耳菜的器官對Cs的富集量具有差異性,在紫色土和黃壤中表現(xiàn)為根>葉>莖,在水稻土中表現(xiàn)為葉>根>莖,在紅壤中則因不同處理時段表現(xiàn)不同,造成這種差異性的主要原因是不同類型土壤的結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)影響土壤顆粒對Cs的固定,從而影響植物對Cs的吸收與轉(zhuǎn)運,并且不同科、屬、種的植物和同種植物的不同器官,以及植物的不同發(fā)育時期,對Cs的吸收與轉(zhuǎn)運存在較大差異[18-19]。

在水稻土中,木耳菜對Cs具有較好的轉(zhuǎn)運能力,且隨著Cs處理時間的延長而逐漸增加;但隨著Cs處理濃度增大呈現(xiàn)先升后降的趨勢,其轉(zhuǎn)移系數(shù)在土壤Cs濃度達(dá)到80 mg·kg-1時有所降低,可能原因是植物體內(nèi)運載Cs的載體逐漸趨于飽和,表現(xiàn)為植物對Cs的脅迫響應(yīng),從而降低木耳菜從地下部向地上部轉(zhuǎn)運的能力,其結(jié)果與徐靜等[20]研究的菠菜對Cs的吸收轉(zhuǎn)運結(jié)果類似;在紫色土中,木耳菜對Cs富集表現(xiàn)與水稻土中類似,在處理20 d時出現(xiàn)峰值后逐漸下降,且在紫色土中轉(zhuǎn)移系數(shù)明顯低于同時期水稻土中的轉(zhuǎn)運系數(shù),這可能是因為水稻土比紫色土的熟化程度高,且因長期耕作而土壤肥力更高,更適合植物生長;在紅壤中,木耳菜對Cs的轉(zhuǎn)運在處理10 d時較高,此后隨著處理時間的延長而顯著下降,這一結(jié)果與安冰等[21]研究的玉米幼苗響應(yīng)Cs脅迫的結(jié)果類似,隨著Cs濃度的增加和處理時間的延長,植株的POD和CAT活性均表現(xiàn)為先應(yīng)激性上升后下降的動態(tài)變化,抗氧化體系受到抑制,使植物遭受毒害,對Cs的轉(zhuǎn)運能力顯著下降;在黃壤中,木耳菜對Cs的轉(zhuǎn)運能力隨著處理濃度的增大和處理天數(shù)的延長均略有下降,但整體保持相對平穩(wěn)。

此外,大量研究表明K+通過離子過膜轉(zhuǎn)運被植物體吸收,APT驅(qū)動H+泵,H+跨膜運輸產(chǎn)生電位勢,K+沿電位勢進(jìn)出胞膜[22],幫助Cs+的協(xié)同運輸從土壤固相轉(zhuǎn)運到液相中。此外,Sacchi等[23]研究表明,高親和性K+轉(zhuǎn)運(H+/K+協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白)系統(tǒng)對K+和Cs+間的選擇性較低,從而造成Cs+和K+間競爭關(guān)系[24],與植物對Cs+吸收差異性試驗結(jié)果一致。K+對植物吸收133Cs的影響十分復(fù)雜,Smolder等[25]通過水培和土培實驗研究了K+對春小麥吸收Cs+的影響。水培實驗結(jié)果表明,當(dāng)溶液中K+濃度較低時,增加K+的濃度將會大大降低春小麥對Cs+的吸收量,而當(dāng)溶液中K+的濃度超過一定水平時,進(jìn)一步提高K+的濃度,其抑制作用沒有明顯差異;土培實驗結(jié)果與水培實驗相類似,但是由于土壤中影響陽離子被植物吸收的因素更復(fù)雜,K+對作物吸收Cs+的影響不明顯。其中,在當(dāng)土壤溶液中K+濃度大于1 mmol/L時,K+對植物吸收Cs+的影響很小,當(dāng)K+濃度小于1 mmol/L時,增大溶液中K+濃度,植物根部對Cs+的吸收量急劇下降,因此沒有施K肥的土壤會刺激植物根部吸收Cs。Schachtman[26]和Maathuis[27]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)土壤中K含量低于12 mg·L-1時,適當(dāng)增加土壤中K含量會引起植物Cs吸收量降低;當(dāng)土壤中K含量處于12～40 mg·L-1,K對植物吸收Cs的影響會逐步減弱甚至是沒有影響。本試驗土壤中K含量均大于40 mg·kg-1,但黃壤中K含量與Cs含量之間顯著相關(guān),造成這種現(xiàn)象的主要原因可能有兩個:(1)其它3類土壤pH值偏酸或偏堿性,黃壤pH值更偏向于中性,更適宜木耳菜種植;(2)黃壤速效鉀的含量較低,其它3種土壤速效鉀含量遠(yuǎn)高于40 mg·kg-1,且不利于木耳菜富集Cs。

總之,本研究初步探討了不同類型土壤對植物吸收和富集Cs的影響。結(jié)果表明:在不同土壤和不同濃度Cs處理下,木耳菜中的Cs含量與CsCl處理濃度、處理時間呈顯著正相關(guān);4種土壤中,黃壤中的木耳菜對Cs的富集與轉(zhuǎn)運能力最高,其地下部和地上部均具有較高的Cs富集量。同時,土壤中的鉀含量和pH值可以影響木耳菜對Cs的吸收和富集,與紫色土、水稻土和紅壤相比,黃壤中的速效鉀含量較低、pH適中,不同處理時間段上其木耳菜對Cs的富集效率最高;在較長處理時間條件下,木耳菜在水稻土中對Cs的富集效率也較高。但是,土壤的組成成分非常復(fù)雜,不同類型土壤對植物吸收富集Cs的影響取決于土壤理化性質(zhì)、土壤養(yǎng)分和土壤微生物等多種因素的綜合效應(yīng),且同一類型土壤的理化性質(zhì)、礦質(zhì)營養(yǎng)和微生物種類都存在顯著差異,這些因素均可以影響土壤對Cs的吸附和植物的生長發(fā)育,從而影響植物對Cs的吸收和轉(zhuǎn)運。關(guān)于土壤類型對植物吸收富集Cs的影響機理還需要系統(tǒng)開展一系列相關(guān)研究。

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(編輯:裴阿衛(wèi))

Uptake and Transfer of Cesium inGynuracusimbuaGrowing in Four Types of Soils

ZOU Yue1,2,TANG Yunlai1,2*,WANG Dan1,2,LUO Xuegang1,2

(1 Life Science and Engineering College,Southwest University of Science and Technology,Mianyang,Sichuan 621000,China;2 State Defense Key Laboratory of the Nuclear Waste and Environmental Security,Southwest University of Science and Technology,Mianyang,Sichuan 621000,China)

Abstract:Soil types have important influence on the biomediation of Cs contaminated soil.In order to investigate how soil types affect the absorption and transfer of Cs in Gynura cusimbua (D.Don) S.Moore,we cultivated G.cusimbua in four types of soils which are Purplish,Paddy,Red and Yellow from Sichuan Province,respectively,and then soils were treated with different concentrations of CsCl (0,20,40,80,120 mg·kg-1) after three-leaf stage.The Cs content in roots,stems and leaves were analyzed after 10,20 and 30 d,to explore the possible correlations between the bio-enrichment of Cs,soil pH value and soil bio-available potassium.The results showed that:(1)in four types of soils,Cs content was significantly positively correlated with the treatment concentration and time,and there were obviously differences in G.cusimbua among the different organs,and the order of Cs content from high to low was roots,leaves and stems,which mean that the organs of G.cusimbua had accumulation ability of Cs.(2)In different soils,the bio-enrichment coefficient and transfer factor of G.cusimbua were quite different at each treatment stage.The G.cusimbua’s abilities of bio-enrichment and transfer increased at low concentration before 20d,and then decreased.Meanwhile,in the four soils,G.cusimbua’s bio-enrichment of down-ground parts outweighed its up-ground parts,and plant had the highest accumulation of Cs in Yellow soil.(3)There were some correlations among the bio-available potassium,soil pH value and cesium accumulation of G.cusimbua.Compared with other three soils,G.cusimbua had the highest Cs accumulation in Yellow soil because of its natural soil pH value and low concentration of bio-available potassium.

Key words:Gynura cusimbua;cesium;soil type;bio-enrichment

中圖分類號:Q945.79

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

作者簡介:鄒玥(1990-),女,在讀碩士研究生,主要從事生物學(xué)研究。E-mail:810862601@qq.com*通信作者:唐運來,男,博士,副教授,主要從事核廢物的生物效應(yīng)與生物修復(fù)研究。E-mail:tyl@swust.edu.cn

基金項目:國家核設(shè)施退役及放射性廢物治理科研重點項目(14ZG6101);西南科技大學(xué)核廢物與環(huán)境安全國防重點學(xué)科實驗室預(yù)研基金(15yyhk09);四川省生物質(zhì)資源利用與改性工程技術(shù)研究中心開放基金項目(13zxsk02)

收稿日期:2015-08-09;修改稿收到日期:2015-12-24

文章編號:1000-4025(2016)01-0147-09

doi:10.7606/j.issn.1000-4025.2016.01.0147