小白菜富集Cd能力及對(duì)土壤Cd污染修復(fù)的能力研究

1、Uptake and Accumulation of Cd by Pakchoi and Its Phytoremediation in Contaminated SoilDUAN Yun-qing ,LEI Huan-gui(College of Arts and Science,Shanxi Agricultural University,Taigu 030801,ChinaAbstract:Pot cultivation experiment was carried out to study genotypic differences of absorption and accumula

2、tion of Cd by pakchoi.The re-sults showed that the vegetable plants had capability in accumulation of the metal in polluted soil.The results were summarized as follows:in four chosen varieties tested in the study,Cd content in the plants increased greatly with enhanced Cd treated levels;while Cd upt

3、ake was also increasing promptly.Cd was absorbed well by Pakchoi C,and the pakchoi C showed relatively fair tolerance against Cd stress.Relevance analysis showed that total Cd uptake was significantly positively correlative with DTPA-Cd.It has been indicated that the plants can decline the content o

4、f Cd in soil.However,there was a highly significant difference among pakchoi C and other plants,at the same time,it meant that removal rate of Cd by this plant was in the highest.Keywords :cadmium;pakchoi;variety differences;removal rate to polluted soil收稿日期:2006-01-18基金項(xiàng)目:山西高校科技研究開發(fā)項(xiàng)目(20051223;山西農(nóng)業(yè)

5、大學(xué)科技創(chuàng)新基金(200212作者簡介:段云青(1975,女,山西稷山人,碩士,講師,主要從事植小白菜富集Cd 能力及對(duì)土壤Cd 污染修復(fù)的能力研究段云青,雷煥貴(山西農(nóng)業(yè)大學(xué)文理學(xué)院,山西太谷030801摘要:采用盆栽土培試驗(yàn)方法,以小白菜為供試材料,研究了其吸收積累Cd 能力的品種差異,探討了小白菜對(duì)土壤Cd 的凈化能力。結(jié)果表明,所選4個(gè)品種中,植株Cd 含量隨Cd 濃度增大而顯著增加,吸Cd 量也迅速增加。小白菜“翠寶”有相對(duì)較強(qiáng)的富Cd 能力,呈現(xiàn)出相對(duì)較強(qiáng)的耐受性。相關(guān)分析顯示,小白菜總吸Cd 量與DTPA-Cd 呈顯著正相關(guān)。土壤Cd 分析顯示,種植小白菜可以減緩?fù)寥繡d 的固定

6、,“翠寶”和其余供試品種間差異達(dá)到了顯著水平,其對(duì)土壤Cd 的凈化率最高。關(guān)鍵詞:Cd ;小白菜;品種差異;土壤凈化率中圖分類號(hào):X503.23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1672-2043(2006增刊-0476-04農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2006,25(增刊:476-479Journal of Agro-Environment ScienceCd 是一種稀有分散元素,對(duì)人類和動(dòng)植物具有強(qiáng)烈毒害作用。未污染土壤中的Cd 主要來源于成土母質(zhì)。土壤Cd 的含量范圍一般為0.012mg kg -1,我國土壤的背景值為0.097mg kg -11,(山西土壤Cd 元素背景值范圍為0.060.170mg kg

7、-12。隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展,工業(yè)“三廢”、農(nóng)藥化肥用量、固體廢棄物尤其是城市垃圾不斷增加,導(dǎo)致土壤中Cd 含量急劇增加,土壤-植物-環(huán)境系統(tǒng)中的Cd 污染問題日趨嚴(yán)峻3,使農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降、優(yōu)良品種退化迅速,農(nóng)產(chǎn)品的安全性受到嚴(yán)重威脅。篩選和研究Cd 積累差異較大的植物品種或基因型,是有效利用自然資源和保障農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)以及治理Cd 污染土壤的重要途徑。極為豐富的礦產(chǎn)資源使山西人引以自豪,但作為全國的能源重化工基地,在用煤炭奉獻(xiàn)光明的同時(shí),也因過度開采而給自身留下了嚴(yán)重的災(zāi)害與污染。全省土壤污染以太原市最重,五大盆地也是土壤污染的重點(diǎn)區(qū)域。為給山西省石灰性Cd 污染土壤的持續(xù)利用

8、和污染治理以及Cd 污染地區(qū)植被恢復(fù)前期的作物栽培提供理論依據(jù),本試驗(yàn)采用山西省典型的石灰性土壤,進(jìn)行不同Cd 濃度下的盆栽土培試驗(yàn),模擬Cd 污染土壤研究了不同種類小白菜對(duì)Cd 的富集能力及對(duì)土壤Cd 的凈化能力。1材料與方法1.1試驗(yàn)材料第25卷增刊農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)試驗(yàn)用土采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)田020cm表土。土壤質(zhì)地為壤土,基本性狀見表1。小白菜種子名稱及在本文中的代號(hào)如下:矮抗青-A,翠寶-C,五月慢-W,青幫油菜-Q。試驗(yàn)用盆為11cm×9cm塑料盆。表1土壤基本理化性狀Table1The basic properties of the tested soil1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

9、采用土培盆栽試驗(yàn),將土壤過1mm篩,風(fēng)干,按處理每盆裝土1kg(以風(fēng)干土計(jì),設(shè)6個(gè)Cd水平,分別為:0(即CK、5、10、20、50、100mgkg-1。將相應(yīng)量的CdCl2(分析純配成溶液,分別與各盆土壤混合均勻,并施入相同量底肥,濕度為田間持水量的65%,平衡2周后播種,每個(gè)處理3次重復(fù),同時(shí)設(shè)不種植物為對(duì)照。待出苗1周后間苗,每盆保留4株,生長過程中用去離子水灌溉。植株生長56d后收獲,沿土面剪取地上部分,依微量元素取樣方法處理植株后,測定植株含Cd量。植株收獲后,將對(duì)照土壤(不種植物與試驗(yàn)盆栽土壤由上而下用土鉆取土樣,風(fēng)干,過20目篩,測定DTPA-Cd。1.3測定分析方法植物樣Cd含

10、量采用干灰化法進(jìn)行測定(GB/T 5009.151996。土壤DTPA-Cd的測定4:稱取風(fēng)干土樣于150mL 的塑料瓶中,加25.0mLDTPA浸提劑,振蕩2h,離心20min,過濾后原子吸收分光光度法測定Cd含量。采用SAS軟件(version8.1進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn),回歸分析采用EXCEL軟件。本文數(shù)據(jù)為3次重復(fù)的平均值。2結(jié)果與分析2.1不同品種對(duì)Cd的吸收差異4個(gè)品種Cd含量均隨著Cd加入量的增加而顯著增加,各處理與對(duì)照相比,差異均達(dá)到顯著水平,見表2。從表2還可看出,品種C各處理時(shí)體內(nèi)含Cd量均較高,與其他3個(gè)品種間的差異顯著,最高Cd含量達(dá)41.572mgkg-1。根部的Cd含量與

11、地上部相似,品種C同其他品種間的差異顯著,而品種A、W與Q之間差異不明顯。處理濃度達(dá)100mgkg-1時(shí),品種間差異達(dá)到了極顯著水平。2.2不同品種吸Cd量的比較從生態(tài)環(huán)境的角度看,植物修復(fù)降低土壤中的Cd主要依賴于植物從土壤中帶走的總Cd量,即吸Cd量等于植物體各部位內(nèi)Cd濃度與其相應(yīng)的絕對(duì)生物量的乘積之和5。圖1為不同品種小白菜的總吸Cd量,顯然,隨著土壤Cd含量的增加,各品種的總吸Cd量都顯著增加,而且在相同土壤Cd含量處理?xiàng)l件下,C的吸Cd量均高于A、W和Q。這一方面是由于其生物量隨土壤Cd含量的增加降低較少,另一方面,主要?dú)w功于其顯著升高的Cd含量。顯著性檢驗(yàn)表明,C與其他品種間的差

12、異都達(dá)到了顯著水平。Q和W則較低,這歸結(jié)于其生物量的迅速降低6。2.3土壤有效Cd的差異表3為樣品采集后土壤的DTPA-Cd濃度。從中可見,經(jīng)過種植小白菜,各處理的土壤有效Cd濃度都明顯下降。經(jīng)檢驗(yàn),與投加Cd2d的有效Cd濃度表2小白菜地上部Cd含量(mgkg-1Table2Cd concentrations in the parts of pakchoi aboveground圖1小白菜的總吸Cd量Figure1Total Cd amounts adsorbed by pakchoi(mgpot-1總吸Cd量/mgpot-14772006年9月表3種植植物后土壤有效Cd (DTPA-Cd

13、含量(mg kg -1Table 3contents of available of Cd after planting the vegetables(mg kg -1表4土壤有效Cd 與總吸Cd 量的關(guān)系Table 4The relationship of available Cd in soil and Cd adsorbed bythe plants表5地上部吸Cd 量與土壤凈化率的比較Table 5Cd in the parts of aboveground of the plant and its romoval rate of Cd by the plant相比,差異達(dá)顯著水平,這

14、說明Cd 在石灰性土壤中被明顯鈍化。但DTPA-Cd 與總Cd 量之間極顯著(|t |>t 0.01,3相關(guān),且種與不種的土壤有效Cd 差異也達(dá)到了極顯著水平(P>99%,這說明種植小白菜可以減緩?fù)寥繡d 的固定。眾多研究表明,植物根系分泌的質(zhì)子、有機(jī)酸、PC 等或根際微生物能活化土壤中的Cd 710。種植小白菜C 和其余供試植物后,土壤有效Cd 間差異達(dá)到了顯著水平,這可能就是由于其根系分泌物對(duì)土壤中的Cd 活化作用所致。分析總吸Cd 量與土壤有效Cd (DTPA-Cd 的關(guān)系,發(fā)現(xiàn)二者呈顯著正相關(guān),表4。2.4不同品種小白菜對(duì)土壤凈化率的比較植物作為土壤生態(tài)系統(tǒng)不可缺少的一部分

15、,在土壤重金屬污染的修復(fù)方面具有重要意義。植物修復(fù)被重金屬污染土壤的綜合指標(biāo)是凈化率,即植物地上部吸收某種重金屬的量與土壤中此種重金屬總量的百分比11。試驗(yàn)中土壤Cd 的背景值很低,所以每盆中投加的Cd 量視為總Cd 量。由4種材料土壤的凈化率可看出,在本試驗(yàn)條件下,小白菜C 對(duì)土壤的凈化率在各土壤Cd 含量條件下均高于其他幾種材料,在各處理的凈化率為品種小白菜A 、W 、Q 的2倍左右,見表5。表5還顯示,在高Cd 處理時(shí),隨著土壤Cd 含量的增加,各材料對(duì)土壤的凈化率明顯降低,這是由于土壤Cd 含量太高,生物量顯著下降所致6。段云青等:小白菜富集Cd 能力及對(duì)土壤Cd 污染修復(fù)的能力研究3

16、討論莫爭等12認(rèn)為,可溶態(tài)和交換態(tài)生物有效性最強(qiáng)的重金屬形態(tài)在土壤中存在著一個(gè)向碳酸鹽態(tài)、鐵錳氧化態(tài)等形態(tài)轉(zhuǎn)化的過程同時(shí),土壤中作物根系的分泌物質(zhì)不斷溶解碳酸鹽態(tài)、鐵錳氧化態(tài)重金屬,使金屬的遷移性和有效性增強(qiáng)。兩個(gè)過程相互可逆,重金屬遷移轉(zhuǎn)化最終的方向決定于這兩個(gè)過程的強(qiáng)弱比較,而它們又可能和土壤類型、作物種類、重金屬濃度大小有關(guān)。本研究結(jié)果表明,由于石灰性土壤對(duì)Cd 鈍化作用而使得土壤的有效態(tài)Cd 濃度顯著降低,這從側(cè)面說明土壤中植物可利用的Cd 濃度大大降低了,從而緩解了Cd 中毒程度。且種植小白菜與不種小白菜的土壤有效Cd 差異顯著,這說明種植小白菜可以減緩?fù)寥繡d 的固定。但在品種間又

17、有所差異,小白菜C 和其余品種間差異達(dá)到了顯著水平,這可能是由于不同品種的根系分泌物不同所致。前人研究表明,植物478第25卷增刊農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)根系會(huì)分泌質(zhì)子、有機(jī)酸、PC等物質(zhì),它們會(huì)活化土壤中的Cd而使植物易于吸收,分泌物的種類及量因植物品種不同而不同。本試驗(yàn)條件下,小白菜C積累Cd的能力相對(duì)最強(qiáng),對(duì)環(huán)境和體內(nèi)較高濃度Cd表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐受力,故應(yīng)注意其體內(nèi)高濃度Cd對(duì)人及食物鏈的不良影響。該品種小白菜對(duì)土壤Cd的凈化也率最高,這歸功于其較大的生物量和較高的Cd含量。從本試驗(yàn)數(shù)據(jù)看,它還不能算作超積累植物,但其顯著的含Cd 量差異提示我們小白菜中可能存在高富Cd的品種。參考文獻(xiàn):1許嘉林,

18、楊居榮.陸地生態(tài)系統(tǒng)中的重金屬M(fèi).北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社,1995.60-61.2劉耀宗,張經(jīng)元.山西土壤M.北京:科學(xué)出版社,1992.411-420.3傅桂平,衣純真,張福鎖,等.潮土中鋅對(duì)油菜吸收鎘的影響J.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1996,(5:85-88.4尹君,等.土壤中有效態(tài)鎘測定方法探討J.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1993,16(4:37-40.5Moreno-Caselles J,et al.Cadmium accumulation and distribution in cu-cumber plantJ.Plant Nutr,2000,23(2:243-250.6段云青,王艷,雷煥貴.小白菜鎘積累的基因型差異J.河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2005,11:74-76.7楊肖娥,龍新憲,倪吾鐘.超積累植物吸收重金屬的生理及分子機(jī)制J.植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào),2002,8(1:8-15.8張敬