鉛鎘復(fù)合污染對(duì)不同品種蕹菜生長(zhǎng)和重金屬累積特性的影響

朱娜 李富榮 李敏 王富華 鄒素敏 趙迪

摘 要 通過盆栽試驗(yàn)，研究鉛鎘復(fù)合污染脅迫下11個(gè)蕹菜品種在生物量、鉛鎘吸收量及其對(duì)鉛鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)等的品種間差異。結(jié)果顯示：不同品種蕹菜的生物量受重金屬鉛鎘復(fù)合污染脅迫的影響不同，其中品種K1、K2、K4和K9的地上可食部分生物量被抑制，抑制率在11.8%～44.1%，而其他7個(gè)蕹菜品種地上可食部分生物量均有所提高，促進(jìn)率在11.2%～72.6%。在鉛鎘復(fù)合污染脅迫下，地上可食部分生物量依然較高的蕹菜品種有K2、K3、K6、K7、K8、K10和K11；吸收Pb、Cd能力均較高的蕹菜品種有K4、K7和K8，吸收Pb、Cd能力均較低的蕹菜品種有K2和K11。所有品種蕹菜對(duì)重金屬Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)平均值為60%，而對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)平均值為26%，說明Cd由蕹菜根部轉(zhuǎn)運(yùn)到其地上可食部分的能力更強(qiáng)，對(duì)蕹菜的毒害作用更強(qiáng)。研究還表明，不同品種蕹菜在重金屬鉛鎘復(fù)合污染脅迫下其生物量、鉛鎘累積量和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)存在差異性，以產(chǎn)量高、鉛鎘吸附量低為原則，蕹菜品種K2青梗大葉空心菜和K11半青白空心菜是栽培在重金屬鉛鎘復(fù)合污染土地上相對(duì)較好的選擇。

關(guān)鍵詞 鉛 ；鎘 ；蕹菜 ；生物量 ；吸收能力 ；轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)

中圖分類號(hào) X171.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2016.06.014

Effects of Combined Pb and Cd Pollution on Growth and Heavy Metal Accumulation Characteristics of Different Ipanoea aquatica Cultivars

ZHU Na LI Furong LI Min WANG Fuhua ZOU Sumin ZHAO Di

（1 Public Monitoring Center for Agro-product， GAAS， Guangzhou， Guangdong 501640；

2 College of Resource and Environment， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070；

3 Laboratory of Quality & Safety Risk Assessment for Agro-product （Guangzhou），

Ministry of Agriculture， Guangzhou， Guangdong 510640）

Abstract The biomass， absorption of cadmium （Cd） and lead （Pb） and their transport coefficients differences among 11 water spinach were analyzed under the pollution of heavy metals by pot experiment. The results showed that the effect of Cd and Pb combined pollution on different Ipanoea aquatic is not same. The decrease rates are 11.8%-44.1% among the cultivars of K1， K2， K4 and K9 and the increase rates are 11.2%-72.6% for others. Under the combined pollution stress of Pb and Cd， the high level biomass of water spinach varieties is K2， K3， K6， K7， K8， K10， K11. K4， K7 and K8 show greater absorption abilities of Pb and Cd， K2 and K11 show lower absorption abilities of Pb and Cd. The mean value of transport coefficient of Cd among all cultivars is 60%， while for Pb is 26%， this indicates that Cd transfers better to the edible parts from the roots than Pb， which may cause superior toxic effect to water spinach. There are differences between different Ipanoea aquatic biomass， uptake of Cd and Pb， transport coefficients. Based on the principle of high output and low absorption capacity of Pb and Cd， cultivars of K2 and K11 is fit for growing on the earth that combined Pb and Cd pollution.

Keywords lead ； cadmium ； Ipanoea aquatic ； biomass ； absorptive capacity ； transforming coefficient

近年，重金屬鉛鎘帶來嚴(yán)重的環(huán)境污染和食品安全問題，而土壤重金屬復(fù)合污染問題則進(jìn)一步增加了重金屬污染治理難度，尤其是鉛鎘復(fù)合污染更是廣受國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注[1-2]。復(fù)合污染下污染物對(duì)作物的毒害效應(yīng)與單一污染物作用存在差異[3]，作物體內(nèi)Pb、Cd濃度可能與土壤中Pb、Cd的交互作用相關(guān)。邱喜陽等[4]研究顯示，Pb、Cd復(fù)合污染下，Cd 含量的升高，可以促進(jìn)蕹菜對(duì)Pb的吸收。同等環(huán)境條件下，同一種蔬菜的不同品種具有不同的生理機(jī)制，其產(chǎn)量、品質(zhì)及對(duì)污染物的耐受性亦不同[5-6]，其吸收重金屬的能力亦有所差異[7]。因此，開展重金屬復(fù)合污染研究，探討重金屬復(fù)合污染對(duì)蔬菜影響的品種間差異性，對(duì)揭示重金屬復(fù)合污染規(guī)律和指導(dǎo)重金屬污染修復(fù)具有重要意義。

蕹菜種質(zhì)資源豐富品種數(shù)量也較多，生長(zhǎng)快、適應(yīng)性強(qiáng)，在水田或終年有水的淺溝、澤地都能很好地生長(zhǎng)。由于近年來水源和土壤的嚴(yán)重污染，蕹菜作為重金屬污染的高風(fēng)險(xiǎn)種，其栽培和品質(zhì)安全受到了極大的影響，給消費(fèi)者的身體健康和生命安全帶來了隱患，成為社會(huì)廣泛關(guān)注的問題。目前關(guān)于重金屬復(fù)合污染情況下對(duì)不同品種蕹菜影響的相關(guān)研究仍然較少。本文通過研究鉛鎘復(fù)合污染脅迫下蕹菜生物量、鉛鎘吸收量及不同蕹菜品種對(duì)鉛鎘轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)品種間的差異性，旨在為蔬菜安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐，為選擇適合在重金屬中輕度污染菜地土壤上生長(zhǎng)的品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試土壤

供試土壤為黃壤，采自廣州市天河區(qū)，其土壤基本理化性質(zhì)見表1。

1.1.2 供試蔬菜

供試蔬菜為11種蕹菜，均為市售常見品種，各品種相關(guān)信息見表2。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

盆栽試驗(yàn)于2014年在廣東省農(nóng)科院農(nóng)產(chǎn)品公共監(jiān)測(cè)中心試驗(yàn)基地進(jìn)行。試驗(yàn)主要研究不同品種蕹菜對(duì)Pb、Cd的吸收特性，從中篩選出對(duì)重金屬Pb、Cd具有較低和較高累積特性的品種。將供試土壤分裝入塑料盆，每盆6.5 kg，盆的規(guī)格為：直徑35.5 cm，深12 cm。試驗(yàn)設(shè)CK和PC兩種處理，11個(gè)蕹菜品種，3次重復(fù)。其中CK代表不添加重金屬；PC代表鉛鎘復(fù)合污染處理，依據(jù)前期鉛、鎘復(fù)合污染對(duì)蕹菜品種種子萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)影響的研究[8]，以Pb（NO3）2、Cd（NO3）2的形式分別施加400、5 mg/kg的外源鉛鎘人工模擬污染土壤。定期向盆中加入基本等量的自來水培養(yǎng)。土壤老化20 d后，向每個(gè)盆中加入等量的肥料：尿素2.83 g、KH2PO4 1 g、K2CO3 1.03 g。繼續(xù)澆水平衡15 d后播種。6月23日播種，每盆播種25粒，待種子發(fā)芽、幼苗生長(zhǎng)穩(wěn)定后于7月8日間苗，每盆留10株。7月28日，分根部和地上可食部分分別采收。記錄生物量并檢測(cè)其重金屬Pb、Cd含量。

1.2.2 分析方法

蕹菜采收后先用自來水沖洗，然后用去離子水清洗，用吸水紙吸干表面水分，鮮樣稱重、制成勻漿。采用混酸電熱板法進(jìn)行消解，消解液用原子吸收光譜儀測(cè)定Pb、Cd含量。測(cè)定方法參照GB 5009.12-2010、GB 5009.15-2014，且以GSB-30作為未知樣品的分析測(cè)定，進(jìn)行分析質(zhì)量控制。

轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)可用來評(píng)價(jià)作物將重金屬元素從地下部轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部的能力，計(jì)算公式為：轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)=植物地上部某器官中重金屬元素生物富集量/植物地下部器官中重金屬元素生物富集量[9]。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和作圖用Sigma Plot 10.0和SPSS19.0。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)各品種蕹菜生物量的影響

11個(gè)蕹菜品種的生物量見圖1。由圖1可知，不同品種蕹菜的地上可食部分生物量受重金屬鉛鎘復(fù)合污染的影響不同，有的被抑制，有的卻因Pb、Cd存在而促進(jìn)其生長(zhǎng)，地上可食部分生物量得到提高，其中蕹菜品種K1、K2、K4和K9其地上可食部分生物量均受到抑制，且K1和K4達(dá)到極顯著水平。其他品種蕹菜的地上可食部分生物量均高于CK處理，說明Pb、Cd存在對(duì)這些品種蕹菜的生長(zhǎng)起到了促進(jìn)作用，且K3、K5、K7、K8和K11均達(dá)到顯著性水平。

在鉛鎘復(fù)合污染處理下，11種蕹菜地上可食部分生物量大小順序?yàn)镵8>K2>K3>K7>K11>K10>K6>K5>K9>K1>K4。蕹菜品種K8，K2，K3，K7，K11，K10和K6之間其地上可食部分生物量差異不顯著，且均較高；品種K5、K9和K1之間差異亦不顯著，其地上可食部分生物量中等。其中蕹菜品種K8地上可食部分生物量最高，與K5、K9、K1、K4有顯著性差異；蕹菜品種K4的地上可食部分生物量最低，與其他10種蕹菜相比差異顯著，且與除K1、K9的其他品種差異達(dá)極顯著水平。

2.2 不同品種蕹菜吸收重金屬Pb、Cd的差異性

鉛鎘復(fù)合污染下11種蕹菜中重金屬Pb、Cd含量見圖2。由圖2可知，不同品種蕹菜吸收土壤中重金屬Pb、Cd的水平不同，且同一品種蕹菜吸收重金屬Pb、Cd的水平亦有差異。11種蕹菜吸收土壤中Pb的水平依次為K8>K7>K4>K2>K5>K1>K9>K11>K6>K10>K3，其中蕹菜品種K8和K7重金屬Pb含量較高，與除K4、K2和K5的其他蕹菜品種存在顯著性差異，且與K10和K3差異極顯著。蕹菜品種K3重金屬Pb含量最低，且與除K9、K11、K6和K10的其他蕹菜品種均呈顯著性差異，與K8、K7和K4差異極顯著；其次為K2、K5、K1、K9、K11、K6和K10，這7種蕹菜重金屬Pb含量差異不顯著，相對(duì)也不高。

11種蕹菜吸收土壤中Cd的水平依次為K7>K4>K8>K10>K9>K3>K5>K1>K6>K2>K11，其中蕹菜品種K7重金屬Cd含量最高，與其他蕹菜品種有顯著性差異，其中與K3、K5、K1、K6、K2和K11，差異極顯著；蕹菜品種K2和K11重金屬Cd含量較低，與除品種K5、K1和K6的其他蕹菜品種差異極顯著。

從蕹菜對(duì)重金屬Pb、Cd吸收能力看，高吸收能力蕹菜品種可選K4、K7和K8，低吸收能力蕹菜品種可選K2和K11。

2.3 不同品種蕹菜對(duì)Pb、Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的差異性

鉛鎘復(fù)合污染下11種蕹菜對(duì)重金屬Pb、Cd轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的差異性見圖3。由圖3可知，蕹菜對(duì)重金屬Pb、Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)會(huì)因蕹菜品種的不同而有所差異，且所有品種蕹菜對(duì)重金屬Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)平均值為60%，而對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)平均值為26%，說明Cd由蕹菜根部轉(zhuǎn)運(yùn)到其地上可食部分的能力更強(qiáng)，對(duì)蕹菜的毒害作用更強(qiáng)。

所有品種蕹菜對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大小依次為K5>K1>K6>K8>K3>K2>K4>K7>K10>K9>K11，其中蕹菜品種K5和K1對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較大，與除K6的其他所有品種蕹菜對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)存在顯著性差異，且與K4、K7、K10、K9和K11差異極顯著；其次為K6、K8、K3>K2、K4、K7、K10和K9，這些蕹菜品種對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異不顯著；對(duì)Pb轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最小的品種為K11，與其他所有品種蕹菜對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)差異顯著。

所有品種蕹菜對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大小依次為K3>K7>K10>K5>K8>K2>K1>K9>K4>K6>K11，其中蕹菜品種K3、K7和K10對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)較大，與其他所有品種蕹菜對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)存在顯著性差異，且與K2、K1、K9、K4、K6和K11差異極顯著；K11對(duì)Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)最小，與除蕹菜品種K6外的其他所有蕹菜品種差異顯著，且與K3、K7、K10、K5、K8和K2差異極顯著。

3 討論與結(jié)論

有研究表明，重金屬對(duì)植物生長(zhǎng)具有“低抑高促”現(xiàn)象[10-11]，不同品種蔬菜的生物量受重金屬鉛鎘復(fù)合污染脅迫的影響不同[12]。該研究顯示，與對(duì)照處理相比，在400 mg/kg Pb、5 mg/kg Cd復(fù)合污染處理下，蕹菜品種K1白玉大葉空心菜、K2青梗大葉空心菜、K4純白骨細(xì)柳葉蕹菜和K9臺(tái)灣竹葉空心菜，其生物量均受到抑制，抑制率在11.8%～44.1%；K3泰國白骨柳葉空心菜和K5純白骨細(xì)柳葉蕹菜等其他8種蕹菜品種的生物量均增加，且促進(jìn)率在11.2%～72.6%。而茹淑華等[7]對(duì)單一鎘污染對(duì)白菜影響研究顯示，與不添加Cd的處理相比，5 mg/kg Cd污染處理對(duì)同種白菜地上部生物量沒有明顯促進(jìn)或抑制作用，與該研究結(jié)果不一致，這可能是因?yàn)椴煌卟朔N類所致，也可能是因?yàn)镻b的存在，鉛鎘污染存在協(xié)同效應(yīng)。

在重金屬污染土壤上種植蔬菜，可通過篩選蔬菜品種來控制蔬菜質(zhì)量安全，品種篩選上除了考慮其對(duì)重金屬的吸收能力外，還要考慮其可食部分生物量。該研究顯示，在鉛鎘復(fù)合污染脅迫下，蕹菜品種K2青梗大葉空心菜，K3泰國白骨柳葉空心菜，K6泰國空心菜，K7泰國柳葉空心菜，K8泰國竹葉種油青蕹菜，K10玉帥竹葉通心菜和K11半青白空心菜生物量均較高。但是前期種子萌發(fā)試驗(yàn)顯示，蕹菜品種K3萌發(fā)率很低[8]，考慮到產(chǎn)量的問題，在品種篩選上，K2、K6、K7、K8、K10和K11為較好選擇。

不同植物或同一植物不同品種對(duì)重金屬的耐性和吸收規(guī)律存在很大差異，在同一種蔬菜中篩選對(duì)重金屬具有不同耐性的品種用于農(nóng)田土壤重金屬污染修復(fù)具有重要實(shí)際意義[13-14]。同一種蔬菜的不同品種對(duì)Pb、Cd吸收能力不同。該研究顯示，11種蕹菜對(duì)重金屬的富集能力均表現(xiàn)為Cd>Pb，與張露尹等[15]研究空心菜對(duì)重金屬吸收累積特征結(jié)果一致。鉛鎘復(fù)合脅迫下，所有蕹菜品種地上可食部分的Cd含量范圍為綜合比較11種蕹菜對(duì)Pb、Cd的吸收能力，可發(fā)現(xiàn)，吸收Pb、Cd能力均較高的蕹菜品種有K4純白骨細(xì)柳葉蕹菜、K7泰國柳葉空心菜和K8泰國竹葉種油青蕹菜，吸收Pb、Cd能力均較低的蕹菜品種有K2青梗大葉空心菜和K11半青白空心菜。

所有品種蕹菜對(duì)重金屬Cd的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)平均值為60%，而對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)平均值為26%，說明Cd由蕹菜根部轉(zhuǎn)運(yùn)到其地上可食部分的能力更強(qiáng)，對(duì)蕹菜的毒害作用更強(qiáng)。趙明等[9]研究不同品種花生對(duì)重金屬Pb、Cd 轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律，結(jié)果亦顯示，花生可食部分籽仁對(duì)Cd的平均轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大于其對(duì)Pb的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)，與該研究結(jié)果一致。但是該研究結(jié)果顯示，不同蕹菜對(duì)Pb、Cd吸收能力的大小與不同蕹菜對(duì)Pb、Cd生物轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)的大小，并不完全一致，說明其對(duì)某重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)大的，吸收能力未必高，原因是其轉(zhuǎn)運(yùn)到地上可食部分的多少還取決于其根部的累積量。

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