種植密度對超富集植物根際Cd生物有效性影響

武榮芳+丁林峰

【摘 要】通過試驗田實驗在河南省開封市東郊化肥河污灌區(qū)鎘污染土壤上種植孔雀草和紫茉莉兩種花卉植物，兩種植物均采取四個濃度梯度來種植，并分兩個時期來取土樣測定土壤pH和土壤中的Cd的總量，有效態(tài)，土壤中Cd的不同形態(tài)，以及小分子酸濃度，來探究種植密度對超富集植物根際Cd生物有效性影響。研究結(jié)果表明：孔雀草種植密度行間距為25cm時，土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的比例最大13%，紫茉莉的種植密度行間距為25cm時，土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的比例最大24%；4種不同種植密度下，紫茉莉和孔雀草的土樣中，土樣中殘渣態(tài)Cd，占了Cd總量的絕大部分，比重在96.43%～98.41%之間；不同種植密度下植物對土壤的pH調(diào)節(jié)能力是不同的；孔雀草和紫茉莉兩種植物根際會產(chǎn)生少量的小分子酸。

【關(guān)鍵詞】種植密度；超富集植物；Cd；生物有效性

Effect of Planting Density on Bioavailability of Cd in Rhizosphere of Hyperiimious Plants

WU Rong-fang DING Lin-feng

（Henan Yuantong Environmental Engineering Co.， Ltd.， Kaifeng 475000， Henan Province， China）

【Abstract】Two species of flowers of Matricaria and Mirabilis were planted on Cd-polluted soil in the chemical fertilize-polluted sewage irrigation area in the eastern outskirts of Kaifeng City， Henan Province. The two plants were planted with four concentration gradients， and were planted in two stages Soil samples were used to determine the soil pH and the total amount of Cd in the soil， the available state， the different forms of Cd in the soil， and the concentration of small molecule acids to investigate the effect of plant density on the bioavailability of Cd in the rhizosphere of hyperaccumulators. The results showed that when the planting density of matsutake was 25 cm， the content of Cd in the soil was 13% of the total Cd content and the planting density of Mirabilis jalapa was 25 cm. The content of Cd in the soil accounted for In the soil samples of Mirabilis javanica and Guitar grass， the residual Cd content in soil samples accounted for most of the total amount of Cd with the proportion of 96.43% -98.41% at 4 different planting densities，.The plant's ability to regulate pH was different under different planting densities. A small amount of small molecule acids were produced in the rhizosphere of two species of malachite and Mirabilis jalapa.

【Key words】Planting density；Hyperaccumulator；Cd；Bioavailability

0 引言

工農(nóng)業(yè)的發(fā)展使得重金屬污染問題日益嚴(yán)重，而其中尤以重金屬Cd的污染較為突出。重金屬鎘的毒性極強(qiáng)，進(jìn)入環(huán)境中具有穩(wěn)定、積累和不易消除等特性。重金屬Cd可在食物鏈中不斷積累，并進(jìn)入人體進(jìn)而嚴(yán)重危害健康[1]。經(jīng)過大量學(xué)者的研究，目前已發(fā)現(xiàn)重金屬Cd超富集植物有印度芥菜（Brassica juncea L.）[2]、龍葵（Solanum nigrum L.）[3-4]等。

開封東郊存在大量企業(yè)（化肥廠、煉鋅廠等），企業(yè)早年不間斷向河流排放污染物，而當(dāng)?shù)鼐用窭梦鬯喔仍斐赊r(nóng)田污染并形成污灌區(qū)。污灌區(qū)土壤已經(jīng)存在比較嚴(yán)重的重金屬污染[5-8]。本文結(jié)合污灌區(qū)Cd污染土壤特點，在開封東郊采取試驗田實驗開展Cd污染土壤植物修復(fù)及其強(qiáng)化研究，旨在為開封化肥河污灌區(qū)Cd污染土壤治理提供科學(xué)、有效的途徑。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計方案

本試驗選取在河南地區(qū)生長的孔雀草（Tagetes patula L.）與紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）為供試植物，分別設(shè)置4個種植密度處理：孔雀草4個種植密度分別為行間距30cm，25cm，22cm，20cm。紫茉莉4個種植密度分別為行間距40cm，35cm，30cm，25cm。該試驗設(shè)置3個平行處理，并分兩個時期采集土樣，種植日期為2016年6月份，采集土樣時間為2016年9月18日和2016年10月3日，時間間隔為兩周，目的是判斷時間變化對其土壤中重金屬Cd各種形態(tài)的是否有影響。

1.2 采樣與處理

（1）土壤消解[9]：土壤樣品需要進(jìn)行消解，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）測定鎘含量。

（2）土壤有效態(tài)：配置DTPA提取劑，每批樣品中至少有兩個以上空白對照。

（3）用原子吸收法[10]測定土壤中Cd有效態(tài)含量。采用改進(jìn)的BCR三步提取法依次提取土壤中不同結(jié)合態(tài)的Cd。

（4）小分子酸[11]：稱取土壤樣品2g，各3份，每組試驗均設(shè)3次重復(fù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同處理土壤Cd生物有效態(tài)

不同處理中根際Cd生物有效態(tài)含量與總量比值表明9月18日采集的土樣中，孔雀草種植密度行間距為25cm時，土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的百分比最大數(shù)值為13%，種植密度行間距為30cm時，土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的百分比最小數(shù)值為8%，當(dāng)種植密度行間距分別為22cm，20cm時，此時土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的百分比分別為10%，11%。10月3日采集的土樣中，種植密度行間距為22cm時土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的百分比最大數(shù)值為14%，當(dāng)行間距為20cm和30cm時，土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的百分比均為13%，當(dāng)種植密度行間距為25cm時，土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的百分比最小時11%。

2.2 不同處理土壤中重金屬不同形態(tài)含量占總量的百分比

紫茉莉和孔雀草的土樣中，均有共同規(guī)律，隨時間變化，紫茉莉土壤與孔雀草的土壤中4種不同形態(tài)的Cd濃度呈現(xiàn)相反的變化，即紫茉莉土樣隨時間變化弱酸可提取態(tài)Cd（BCR1）、可還原態(tài)Cd（BCR2）、可氧化態(tài)Cd（BCR3）濃度均有所升高，殘渣態(tài)Cd（BCR4）濃度下降。紫茉莉土樣和孔雀草土樣結(jié)果表明：殘渣態(tài)Cd（BCR4）>弱酸可提取態(tài)Cd（BCR1）>可還原態(tài)Cd（BCR2）>可還原態(tài)Cd（BCR2）

2.3 不同種植密度對土壤pH影響

孔雀草在4個不同種植密度下，9月18日和10月3日，兩次pH值進(jìn)行比較，結(jié)果表明隨著時間的變化，孔雀草土樣pH值均有所下降，pH下降值在0.03～0.14，且當(dāng)孔雀草種植密度行間距為22cm時，pH下降最多，此時pH降低0.14，當(dāng)孔雀草種植密度行間距為25cm時，pH值下降最少，此時pH值下降0.03；當(dāng)孔雀草種植密度行間距為20cm時，pH值下降0.11；當(dāng)孔雀草種植密度行間距為30cm時，pH值下降0.05；孔雀草不同種植密度對土壤pH調(diào)節(jié)能力是不同的

2.4 不同種植密度對土壤中小分子酸的測定

從采集的土樣中測定小分子酸的濃度，由于試驗過程并沒有在土樣里加酸，可推測測出的小分子酸為植物根際分泌而來，孔雀草土樣和紫茉莉土樣均測出了四種小分子酸，其中草酸濃度最大，明顯高于其他三種小分子酸，不同種植密度對植物根際分泌小分子酸沒有影響；兩種不同植物分泌的小分子酸含量相當(dāng)，因為種植在同一塊試驗田里，由此也推斷植物根際分泌小分子酸可能與土壤自身特性有關(guān)。同時也可推斷，土壤pH下降可能是植物根際分泌小分子酸所致。

3 結(jié)論

（1）孔雀草種植密度行間距為25cm時，土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的百分比最大（14%），紫茉莉的種植密度行間距為25cm時，土壤中Cd有效態(tài)含量占Cd總量的百分比最大（33%）；

（2）孔雀草和紫茉莉土壤中Cd殘渣態(tài)比重最大，基本上在Cd總量的98%左右；

（3）紫茉莉和孔雀草土樣隨時間的變化土壤pH均略有下降，可能是植物根際分泌小分子酸導(dǎo)致的。

（4）本次試驗田土壤中Cd的4種不同形態(tài)濃度比較：殘渣態(tài)Cd（BCR4）>弱酸可提取態(tài)Cd（BCR1）>可還原態(tài)Cd（BCR2）>可還原態(tài)Cd（BCR2）。

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