桑對重金屬鎘的富集作用及施肥對富集作用的影響試驗(yàn)

摘 要 為研究桑對重金屬鎘的富集作用及施肥對富集作用的影響，在種桑特定區(qū)域設(shè)施肥區(qū)和無肥區(qū)，比較試驗(yàn)前后的土壤理化性質(zhì)、重金屬鎘含量變化、桑植株各部位重金屬含量及分布、富集系數(shù)及轉(zhuǎn)移系數(shù)等指標(biāo)。經(jīng)試驗(yàn)比較，在酸性的重金屬鎘污染土壤中種植桑，其可通過富集作用轉(zhuǎn)移土壤中的鎘元素，且以植株根部對鎘元素的吸收量最多；施肥對桑莖和葉的重金屬鎘富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)有顯著影響，其中桑不同部位的重金屬鎘富集系數(shù)為根＞莖＞葉，轉(zhuǎn)移系數(shù)為莖＞葉。因此，桑對重金屬鎘污染土壤有一定的修復(fù)作用，能有效降低土壤中的鎘含量；施肥可顯著減少桑莖和葉的重金屬鎘含量。

關(guān)鍵詞 桑；鎘；富集作用；修復(fù)作用；施肥

中圖分類號：S888.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.11.005

農(nóng)業(yè)土壤污染在我國各地普遍存在，隨著工業(yè)發(fā)展和過量化學(xué)農(nóng)藥使用，大量重金屬進(jìn)入土壤并積累，造成土壤重金屬污染[1]。農(nóng)用地中的土壤重金屬污染不僅容易導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)、品質(zhì)下降，而且會通過農(nóng)作物富集危害人類的健康[2]。廣西平果市是石山密集分布的巖溶地區(qū)，土地生態(tài)環(huán)境脆弱，存在地質(zhì)災(zāi)害多發(fā)、巖溶石漠化、水土流失等嚴(yán)峻的生態(tài)問題。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐氖規(guī)r地區(qū)土壤重金屬背景值普遍較高[3]。因此，重視和加強(qiáng)農(nóng)用地重金屬污染的研究對推動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和保護(hù)人們身體健康具有重要意義。

目前，對于植物在土壤重金屬的吸收、修復(fù)、凈化能力的常用評價(jià)指標(biāo)包括富集系數(shù)（Bioconcentration Factor，BCF）和轉(zhuǎn)移系數(shù)（Transportation Factor，TF）。富集系數(shù)又稱生物富集因子，為該生物組織體對特定化合物或元素的吸收率與其體內(nèi)該元素的凈化速率的比值，是生物組織體在特定的環(huán)境內(nèi)對某種化合物或元素的吸收或體內(nèi)積累程度，常被用于表示生物組織體對土壤重金屬的吸收程度，或?yàn)榛衔锛爸亟饘僭卦谏锝M織體內(nèi)的積累趨勢。轉(zhuǎn)移系數(shù)為植物組織體內(nèi)特定化合物或重金屬元素含量與其生長土壤中相對應(yīng)的化合物或重金屬元素含量的比值，常用于評價(jià)植物從土壤中對特定化合物或重金屬的吸收能力。已有研究證實(shí)，黃麻、艾、銀葉樹等多種植物對被重金屬污染的土壤均有顯著的修復(fù)作用，而桑樹就是其中一種。已有研究表明，桑對土壤中的鎘具有耐受性，并且對單一及復(fù)合重金屬污染土壤具有修復(fù)治理效果[4-5]。為進(jìn)一步探討平果市桑對重金屬鎘的富集作用及施肥對富集作用的影響，筆者以桂桑優(yōu)12號為試驗(yàn)材料，設(shè)置施肥區(qū)和無肥區(qū)開展試驗(yàn)。

1nbsp; 材料與方法

1.1" 試驗(yàn)地概況

根據(jù)《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（NY/T 395—2012）中關(guān)于pH≤6.5的土壤重金屬鎘的限量指標(biāo)為0.3 mg·kg-1的標(biāo)準(zhǔn)，在試驗(yàn)地選取重金屬鎘超標(biāo)的農(nóng)用地作為此次試驗(yàn)區(qū)域[6]。試驗(yàn)地位于百色市平果市舊城鎮(zhèn)，屬亞熱帶季風(fēng)性氣候，夏長冬短，光照較強(qiáng)，熱量充足，雨量充沛，霜雪極少，年平均日照時(shí)間為1 682 h，年平均氣溫為21.5 ℃，年降水量為1 359 mm，無霜期達(dá)345 d。

1.2" 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)桑品種為桂桑優(yōu)12。

1.3" 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2016年12月開始試驗(yàn)，設(shè)2個(gè)試驗(yàn)處理區(qū)，分別為施肥區(qū)和無肥區(qū)，處理區(qū)面積600 m2。施肥區(qū)采用有機(jī)+無機(jī)肥的施肥方式，每667 m2施用的有機(jī)肥N、P2O5、K2O的折純量分別為5.90、0.75、4.85 kg，每667 m2施用的無機(jī)肥N、P2O5、K2O的折純量分別為30.60、10.20、20.40 kg；無肥區(qū)則不施肥。兩個(gè)區(qū)域桑樹采用植苗播種方式，且要求桑植株長勢基本一致，種植密度相同，試驗(yàn)期間均采用統(tǒng)一的除草、修莖、病蟲害防治等田間管理方式。

為確保試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有可比性，試驗(yàn)前，在施肥區(qū)和無肥區(qū)內(nèi)采用五點(diǎn)取樣法，取20 cm深處的土壤，進(jìn)行pH值、容重、鎘含量的檢測，并通過t檢驗(yàn)進(jìn)行比較。如表1所示，試驗(yàn)前對施肥區(qū)、無肥區(qū)內(nèi)的土壤pH值、容重、鎘含量進(jìn)行比較，結(jié)果均為差異不顯著（p＞0.05），說明試驗(yàn)前2個(gè)試驗(yàn)處理區(qū)的土壤理化性質(zhì)沒有顯著區(qū)別，數(shù)據(jù)具有可比性。

1.4" 測定指標(biāo)及方法

調(diào)查時(shí)間為2021年，具體調(diào)查指標(biāo)包括兩個(gè)試驗(yàn)處理區(qū)土壤重金屬鎘含量、桑植株各部位重金屬鎘的含量及分布、富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)。具體方法如下。

1）土壤重金屬鎘的測定和污染程度判定標(biāo)準(zhǔn)。采收桑葉后，隨機(jī)采樣5個(gè)點(diǎn)（取樣深度為20 cm）進(jìn)行指標(biāo)測定，采用石墨爐原子吸收分光光度法測定土壤重金屬鎘含量，計(jì)算5點(diǎn)平均值。土壤重金屬污染程度參考《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB 15618—1995）。

2）桑植株各部位重金屬鎘含量測定。在兩個(gè)處理區(qū)內(nèi)按四方位隨機(jī)采樣10株桑樹，將根、莖、葉樣本清洗干凈后，烘干至質(zhì)量恒定并粉碎，參考《植物提取物中重金屬元素的測定 鎘的測定》（DB 61/T 902.1—2013）中的方法分別測定桑植株根、莖、葉的重金屬鎘含量。

3）富集系數(shù)。富集系數(shù)又稱生物濃縮系數(shù)，一般反映沉積物-植物系統(tǒng)中元素遷移的難易程度。富集系數(shù)參考馬宏瑞等富集系數(shù)模型，計(jì)算公式為[7]

I_BCF=n_Cp/n_Cs （1）

式中：I_BCF為富集系數(shù)；n_Cp為植物地上或地下部位（根、莖、葉）重金屬含量，mg·kg^-1；nCs為土壤中重金屬含量，mg·kg^-1。

4）轉(zhuǎn)移系數(shù)。轉(zhuǎn)移系數(shù)表示一個(gè)系統(tǒng)向另一個(gè)系統(tǒng)遷移的可能性和速度。轉(zhuǎn)移系數(shù)參考鄭鵬飛等轉(zhuǎn)移系數(shù)模型，計(jì)算公式為[8]

I_TF=n_Cp/n_Cr （2）

式中：I_TF為轉(zhuǎn)移系數(shù)；n_Cr為植物地下部位（根）重金屬含量，mg·kg^-1。

1.5" 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行整理和統(tǒng)計(jì)，并采用IBM SPSS Statistics 26進(jìn)行比較和分析。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 土壤鎘含量

如表2所示，分別對兩個(gè)處理區(qū)試驗(yàn)前后的土壤鎘含量進(jìn)行t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，試驗(yàn)前后土壤鎘含量差異均為極顯著，說明種植桑對土壤中鎘的含量有顯著影響，土壤中的鎘含量明顯減少。比較試驗(yàn)后施肥區(qū)和無肥區(qū)土壤中的鎘含量發(fā)現(xiàn)，施肥區(qū)土壤鎘含量高于無肥區(qū)，但兩者間差異不顯著，說明施肥與不施肥對土壤中鎘含量的影響不大。

2.2" 桑植株各部位鎘含量

如表3所示，從桑植株各部位的鎘含量情況來看，施肥區(qū)和無肥區(qū)重金屬鎘分布量從高到低均為根、莖、葉。施肥區(qū)與無肥區(qū)的桑根部鎘含量差異不顯著（p＞0.05），而施肥區(qū)與無肥區(qū)的桑莖、葉中鎘含量差異顯著（p＜0.05）。

2.3" 富集系數(shù)、轉(zhuǎn)移系數(shù)差異分析

如表4所示，從根、莖、葉的重金屬鎘富集系數(shù)大小排序來看，兩處理區(qū)均為根＞莖＞葉。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，兩處理區(qū)桑莖、葉的重金屬鎘富集系數(shù)差異極顯著，均為無肥區(qū)的極顯著大于施肥區(qū)；但兩處理區(qū)桑根部的重金屬鎘富集系數(shù)差異不顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明，在重金屬鎘污染的土壤中種植桑，施肥對桑根部重金屬鎘富集系數(shù)的影響不大，但對莖、葉的重金屬鎘富集系數(shù)有明顯影響，會降低桑莖、葉的重金屬鎘富集系數(shù)。

施肥區(qū)和無肥區(qū)桑各部位的重金屬鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)均為莖＞葉，且無肥區(qū)桑莖、葉的重金屬鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)均極顯著大于施肥區(qū)，說明施肥對桑莖、葉的重金屬鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)有明顯影響，會使桑地上部分（莖、葉）的重金屬鎘轉(zhuǎn)移系數(shù)降低。

3" 結(jié)論與討論

土壤自身具有一定的自凈能力，然而對于存在重金屬污染的農(nóng)田，能夠通過種植重金屬積累性作物品種，并結(jié)合農(nóng)藝技術(shù)調(diào)控來達(dá)到確保食用農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)的目的[9]。我國桑種植歷史悠久，是我國傳統(tǒng)的人工栽培經(jīng)濟(jì)林木。桑因其適應(yīng)能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效應(yīng)良好、對生態(tài)環(huán)境治理具有一定的作用而備受關(guān)注。然而，目前我國關(guān)于桑的土壤修復(fù)相關(guān)研究較少，尤其是廣西作為我國桑蠶業(yè)重要產(chǎn)區(qū)，關(guān)于桑自身的生態(tài)環(huán)境修復(fù)能力研究更少。此次在廣西百色市開展桑對土壤重金屬的富集、轉(zhuǎn)移能力研究，旨在為廣西桑種植及土壤修復(fù)提供參考，實(shí)現(xiàn)桑產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的最大化。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在酸性的重金屬鎘污染土壤中種植桑，桑可通過富集作用轉(zhuǎn)移土壤中的重金屬鎘元素，降低土壤中鎘含量。另外，從桑種植施肥與不施肥的比較中發(fā)現(xiàn)，施肥對桑的莖和葉部位的重金屬富集和轉(zhuǎn)移均有顯著影響。綜上可知，桑對土壤重金屬鎘具有一定的富集作用，可在鎘污染較為嚴(yán)重的土地上種植，以改善土壤環(huán)境。在種植時(shí)，若發(fā)展蠶養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)，則一定要進(jìn)行施肥，否則葉富集重金屬，影響蠶的生長發(fā)育。

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（責(zé)任編輯：敬廷桃" 劉寧寧）