土壤銅對空心菜生長的影響研究

楊麗麗，薛 楠，李文匯，高 欣，王 柳，陳玉賀

(沈陽理工大學 環(huán)境與化學工程學院，沈陽 110159)

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土壤銅對空心菜生長的影響研究

楊麗麗，薛 楠，李文匯，高 欣，王 柳，陳玉賀

(沈陽理工大學 環(huán)境與化學工程學院，沈陽 110159)

以原種改良空心菜為材料，研究土壤中不同濃度梯度銅對空心菜生長的影響，主要包括對空心菜株高、株粗、葉面積、根干重、根長、葉綠素等方面的影響。結果顯示，土壤中微量的Cu會促進植物的生長，但當土壤中Cu濃度超過一定值，則會對植物的生長造成明顯的脅迫。

空心菜；土壤Cu脅迫；植物生長

由于工業(yè)化水平的迅速提高，近年來，我國采礦、冶煉、印染、化工電鍍等重金屬污染企業(yè)遍布城鄉(xiāng)，工業(yè)“三廢”高銅畜肥、殺菌劑、殺蟲劑以及城市垃圾的大量排放，使土壤銅污染日益嚴重[1-3]。蔬菜對土壤銅污染十分敏感，加上蔬菜需肥水量比較大，吸收能力強、產品采收期長，因此其銅中毒的幾率大大增加[4]。土壤銅污染不僅造成蔬菜作物產量和品質下降，而且通過食物鏈傳遞危害 動物和人類的健康[5-6]。

銅是植物生長必需的一種微量元素，也是細胞中各種酶類的組分，參與植物的許多生理代謝過程，對植物生長、發(fā)育有重要的影響[7]。但是銅具有積累性，過量銅離子對植物細胞具有破壞作用，可引起水分代謝，光合作用，呼吸作用、營養(yǎng)吸收等各種代謝過程的紊亂[8-9]，最終會抑制植株的生長[10-11]。

空心菜，原名雍菜，又名藤藤菜、通心菜、無心菜等，是我國南方農村普遍栽培作蔬菜。由于其莖葉可食用，營養(yǎng)豐富，有一定藥性功效，適應性強，因此在我國栽培十分廣泛。因此，本實驗以銅作為脅迫因子，研究銅對空心菜生長的影響。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

(1)供試植物：原種改良的空心菜。

(2)土壤：沈陽理工大學校園表層土(0～20cm)，取土后經自然風干、木棍壓碎、剔除碎石、植物殘體等雜物后，過100目篩，充分攪拌混勻。土壤pH值為7.2，有機質含量15%～20%，土壤中各重金屬總含量如表1所示。

表1 供試土壤中各重金屬的總含量 mg/kg

(3)試劑：CuSO4·5H2O，尿素，KH2PO4。

1.2 試驗方法

根據(jù)中國土壤中銅濃度變化范圍的實際情況，模擬各濃度梯度的銅污染土壤，試驗確定9個污染級別，即以CuSO4溶液逐層噴灑、翻土混合的方式加至土壤中[12]，充分混勻，配制土壤中銅濃度(以Cu2+計)水平分別為0、100、200、400、600、800、1000、1500、2000mg/kg。加入基肥濃度為：N 200mg/kg(以尿素形式)，P 80mg/kg和K 100mg/kg(以KH2PO4形式)。每天翻動混勻，平衡一周，播種。同時設置3組平行樣。氣溫為25～35 ℃。植物培養(yǎng)期間，每天早晚澆蒸餾水，生長35～40d后，進行各項測定。

2 結果與討論

2.1 不同濃度銅對空心菜株高的影響

圖1為土壤中不同濃度銅影響下空心菜平均株高的變化?？梢钥闯?00mg/kg銅濃度下空心菜的株高最大，為22.8cm。在銅濃度0～100mg/kg范圍內，空心菜株高相比正常生長(即對照組)的植株有不同程度的增加。在200～2000mg/kg范圍內，Cu對空心菜生長的抑制作用越來越明顯，在Cu為2000mg/kg 時，空心菜株高僅5.6 cm。因此銅作為微量元素對植物生長是有促進作用的，但超過該限量，對植物生長就會出現(xiàn)抑制作用，這與很多研究結果一致[13]。

圖1 土壤中Cu對空心菜株高的影響

2.2 不同濃度銅對株粗的影響

圖2為土壤中不同濃度銅影響下空心菜平均株粗的變化。銅濃度在0～2000mg/kg范圍內，空心菜株粗表現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，在100mg/kg濃度時的株粗為最大值0.7cm。當土壤中的銅濃度為1000mg/kg時，株粗為0.5cm，濃度再增大，株粗達到最小值0.3cm。極差0.4cm，說明平均株粗之間的差異也很顯著。

圖2 土壤中Cu對空心菜株粗的影響

2.3 不同濃度銅對空心菜葉面積的影響

圖3為土壤中不同濃度銅影響下空心菜葉面積的變化。隨著土壤中銅濃度的增加，空心菜葉面積先變大后變小，在100mg/kg時葉面積達到最大值46.3cm2；但當Cu濃度達到2000mg/kg時，空心菜的葉面積為最小值6.1cm2。

2.4 不同濃度銅對空心菜株干重的影響

圖4為土壤中不同濃度銅影響下空心菜株干重、根長的變化。空心菜株干重在1000mg/kg濃度范圍內比較集中，保持在0.3g左右，在1500、2000mg/kg的濃度下，株干重銳減至0.05g。

圖3 土壤中Cu對空心菜葉面積的影響

圖4 土壤中Cu對空心菜株干重、根長的影響

2.5 不同濃度銅對空心菜根長的影響

圖4中根長在1000mg/kg以內時長度都集中在8cm左右，而在1500、2000mg/kg的濃度下，根長明顯變短，僅4cm。

2.6 不同濃度銅對葉片葉綠素含量的影響

圖5為土壤中不同濃度銅影響下空心菜葉綠素的變化。隨著土壤中銅濃度的增加，葉片葉綠素a含量從1.4702mg/g降低到0.3466mg/g，整體呈下降趨勢；葉綠素b含量從0.5035mg/g變化到0.1778mg/g，從圖中看出趨勢變化不太明顯；葉片中的葉綠素總量(a+b)從1.9737mg/g降低到0.5873mg/g，整體呈下降趨勢。本實驗結果顯示，在重金屬銅脅迫的情況下，空心菜葉片葉綠素含量隨著重金屬Cu濃度的升高而降低，說明Cu污染在一定程度上影響了葉綠素的積累。這是因為植物體內葉綠素含量的高低與光合作用水平的強弱密切相關，銅的污染毒害會引起植株失綠，葉綠素總量下降。喬琳等[14]的研究表明，大白菜幼苗的葉綠素含量均隨著重金屬處理濃度的提高呈現(xiàn)先增后降的變化趨勢。本試驗結果沒有出現(xiàn)先增后降的趨勢，或許是因為本試驗中土壤銅濃度范圍更大的原因。

圖5 土壤中Cu對葉綠素含量的影響

3 結論

(1)土壤中微量Cu會促進空心菜的生長，但當Cu濃度超過一定值時，過量的Cu則會對植物生長產生脅迫，使空心菜植株細矮，葉片失綠，葉面積變小，株干重和根長也隨之下降。

(2)銅脅迫下，空心菜葉片葉綠素含量隨著重金屬Cu濃度的升高而降低，說明過多銅影響了葉綠素的合成和積累。

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(責任編輯：馬金發(fā))

Study on the Effect of Water Spinach Growth in Copper Soil

YANG Lili，XUE Nan，LI Wenhui，GAO Xin,WANG Liu,CHEN Yuhe

(Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

The test plant is protospecies modified water spinach,the effect of soil copper with different concentration gradient on the water spinach growth was studied,which mainly included effects of plant height,plant diameter,leaf area,dry root weight,root length,chlorophyll and so on.Results indicated that low concentration soil copper could promote the growth of plants,but when soil copper concentration exceeded a certain value,the high concentration soil copper could inhibit the growth of plants.

water spinach;soil copper stress;plant growth

2015-11-13

國家自然科學基金資助項目(51504154)；遼寧省教育廳科技研究一般項目(L2014081)

楊麗麗(1979—)，女，副教授，博士，研究方向：環(huán)境監(jiān)測及污染物治理。

1003-1251(2016)04-0068-03

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