鑭的不同施用方式對鎘脅迫下雪菜生長和重金屬累積的影

1、鑭的不同施用方式對鎘脅迫下雪菜生長和重金屬累積的影響熊雙蓮1, 2，彭愛民1，熊治廷21. 華中農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院，湖北 武漢 430070；2. 武漢大學資源與環(huán)境學院，湖北 武漢 430072摘要：采用土壤盆栽法，探討鑭的不同施用方式對鎘脅迫下雪菜(Brassica juncea var. crispifolia)生長及Cd和La累積的影響，以評價重金屬污染土壤上施用稀土元素的生態(tài)效應(yīng)。研究結(jié)果表明，鎘污染土壤上，與不施La處理相比，無論何種方式施用La對雪菜生長和葉片維生素c質(zhì)量分數(shù)均未產(chǎn)生顯著的促進作用。葉面噴施La（10、25、50 mg·L-1）不僅沒有降低雪菜Cd的

2、質(zhì)量分數(shù)，反而導致大量的La累積在雪菜地上部。拌種雖然使1 mg·kg-1Cd污染條件下雪菜地上部Cd的質(zhì)量分數(shù)下降，但同時使地上部La的質(zhì)量分數(shù)增加。根施La（1、5、25、125 mg·kg-1）處理的雪菜地上部La的質(zhì)量分數(shù)仍處于較低水平，但僅有根施1 mg·kg-1La處理顯著降低雪菜地上部Cd累積量，其他根施La處理對地上部Cd累積量無顯著影響。關(guān)鍵詞：鑭，鎘，雪菜，維生素c中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1672-2175（2007）02-0442-04近年來研究表明，稀土元素對重金屬脅迫有一定的緩解作用1。如在重金屬污染土壤上，利用稀土

3、浸種提高了大白菜、番茄、小麥和水稻的產(chǎn)量，并使番茄果實中Vc質(zhì)量分數(shù)增加、小麥和水稻籽粒中蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)提高；使作物體內(nèi)重金屬的累積量下降2-5。但也有不同的報道，胡忻等的試驗結(jié)果表明鈰對鎘引起的小麥生長抑制及營養(yǎng)障礙無明顯的防護作用6；溶液中加入0.05 mg·L-1 La(NO3)3對小麥根和地上部鉛的累積無顯著影響7。Xiong等研究結(jié)果表明，當溶液中(La)1 mg·L-1時才抑制Cd在雪菜地上部的累積8。以上研究結(jié)果不太一致可能是因為作物種類不同、稀土處理方式（浸種、噴施、根施）和劑量不同等原因造成的。稀土元素本身為重金屬元素，已有不少研究表明施用稀土元素將會造成

4、其在植物體內(nèi)累積9-11，從而對人體健康造成潛在危險。已有研究結(jié)果表明，溶液培養(yǎng)條件下(La)1 mg·L-1在抑制Cd向雪菜地上部轉(zhuǎn)移的同時，其本身在雪菜體內(nèi)的累積量也顯著增加。目前農(nóng)業(yè)上施用稀土元素的方式主要有根施、拌種（浸種）、葉面噴施等多種方式,不同的施用方式可能導致重金屬及稀土元素在作物體內(nèi)累積分配的差異。因此有必要對重金屬污染土壤上，稀土元素的不同施用方式對作物產(chǎn)量、品質(zhì)及重金屬累積的影響進行探討。鎘是環(huán)境中主要的重金屬污染物之一，較容易從根部向地上部遷移，因此對于可食部分為地上部的蔬菜而言，Cd對人體的危害較大。本研究主要探討Cd污染土壤上，La的不同施用方式（拌種、根

5、施、葉面噴施）對雪菜(Brassica juncea var. crispifolia)生長以及Cd和La累積的影響，為評價重金屬污染土壤上施用稀土元素的生態(tài)效應(yīng)提供依據(jù)。1 材料與方法1.1 供試材料雪菜種子由安徽省種子公司提供。供試土壤為武昌獅子山黃棕壤，采自華中農(nóng)業(yè)大學果園，采樣深度為020 cm，土壤基本理化性質(zhì)見表1。土樣采回后風干、破碎，過2 mm篩，測量水分質(zhì)量分數(shù)。將土樣置于塑料缽中，每缽裝土0.6 kg。土壤中施入0.20 g·kg-1 NCO(NH2)2，0.10 g·kg-1 P2O5（KH2PO4），0.20 g·kg-1K2O（KH2PO

6、4及KCl）作底肥。表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Characteristic of soilpHw(有機質(zhì))/%w(全N)/(g·kg-1)w(全P)/(g·kg-1)w(全K)/(g·kg-1)w(全Cd)/(mg·kg-1)w(全La)/(mg·kg-1)6.135.672.423.114.030.7617.991.2 試驗設(shè)計采用雙因素完全區(qū)組試驗設(shè)計。土壤中加入鎘的處理水平為0、1、5 mg·kg-1。將配制好的鎘溶液按照設(shè)計好的水平加入到已經(jīng)施用過底肥的土壤中，并加入蒸餾水使土壤保持濕潤狀態(tài)。將土壤攪拌均勻，放置2

7、周。鑭的處理分為不施(CK)、拌種、根施及噴施。拌種方法是將0.05 g La(NO3)36H2O加少量水溶解，并與10 g種子拌勻，然后播種于濕潤的土壤中，播種時間與其他處理種子萌發(fā)時間相同。鑭根施處理水平有1、5、25、125 mg·kg-1，分別用根施1、根施5、根施25、和根施125表示；葉面噴施處理水平為10、25、50 mg·L-1，分別用葉施10、葉施25和葉施50表示。每一處理3次重復。將萌發(fā)后的雪菜種子播種于已經(jīng)進行鎘處理2周的土壤中，每缽播20粒。幼苗在玻璃溫室中自然光照條件下培養(yǎng)，定期澆水、除蟲，幼苗出土一周后間苗，每缽留8株苗。待雪菜幼苗長至4葉1心

8、時，分別按設(shè)計處理水平進行鑭的根施或葉施處理。葉面噴施至葉面滴液為止。鑭根施或葉施處理2周后取雪菜葉片測定維生素c（Vc）的質(zhì)量分數(shù)；同時取雪菜地上部分用水沖洗干凈，并用二次蒸餾水洗滌，105 殺青15 min、80 烘干48 h，稱樣品質(zhì)量，并將樣品研磨，測地上部分Cd和La的質(zhì)量分數(shù)。1.3 測試方法： Vc質(zhì)量分數(shù)測定取鮮樣2.0 g，搗碎后2%草酸定容于50 mL容量瓶中，取濾液10 mL用2,6-二氯靛酚溶液滴定至粉紅色。通過用抗壞血酸標液標定染料濃度，從而計算出Vc的質(zhì)量分數(shù)。 樣品中元素質(zhì)量分數(shù)的測定采用HNO3-HClO4方法消解樣品，然后用ICP-OES (VISTA-MPX

9、 , VARIAN, USA)測定Cd和La的質(zhì)量濃度。1.4 統(tǒng)計分析采用SAS V8系統(tǒng)軟件。處理間差異顯著性檢驗采用LSD檢驗，P<0.05為差異顯著。2 結(jié)果與分析2.1 鑭的不同施用方式對鎘污染雪菜地上部干質(zhì)量的影響表2 土培條件下，La對Cd污染雪菜地上部干質(zhì)量的影響Table 2 Effects of La on the shoots dry weight of Brassica juncea var.crispifolia under Cd contaminated soil culture g·株-1處理Cd的處理水平LSD0.050 mg·kg-1

10、1 mg·kg-15 mg·kg-1CK1.831.971.66NS拌種1.632.041.800.4根施11.631.801.51NS根施51.642.141.120.2根施251.971.561.570.35根施1251.561.981.300.39葉施101.561.380.910.54葉施251.931.911.140.49葉施501.541.850.940.49LSD0.050.390.290.50注：NS表示處理間差異不顯著表2結(jié)果表明：在土培條件下，單獨w(Cd)=1或5 mg·kg-1處理對雪菜地上部干質(zhì)量影響差異不顯著。由此說明，土培條件下，05

11、 mg·kg-1Cd污染并未對雪菜生長造成明顯的傷害。同樣，與不施La處理(CK)相比，單獨La處理（未受Cd污染）對雪菜地上部干質(zhì)量的影響差異也不顯著；但不同La處理之間雪菜地上部干質(zhì)量有差異，以根施25處理最高，葉施50為最低，且根施25處理地上部干質(zhì)量顯著高于根施125、葉施10及葉施50處理。因此鑭的不同施用方式對雪菜生長造成影響，單獨鑭處理時以根施25和葉施25較好。同一鎘污染條件下，鑭的不同施用方式及不同施用量對雪菜生長影響較大。在1 mg·kg-1Cd污染條件下，根施25和葉施10處理顯著降低了雪菜地上部干重；而在5 mg·kg-1Cd處理條件下，葉

12、面噴施鑭抑制了雪菜地上部的生長，使地上部干質(zhì)量顯著下降（表2）。表2結(jié)果還表明無論是1 mg·kg-1Cd處理，還是5 mg·kg-1 Cd處理條件下，均未發(fā)現(xiàn)施用La對雪菜地上部生長有明顯促進作用。2.2 鑭的不同施用方式對雪菜葉片Vc質(zhì)量分數(shù)的影響Vc是蔬菜品質(zhì)的一個重要指標。表3結(jié)果表明，單獨Cd處理（不施La）對雪菜葉中Vc質(zhì)量分數(shù)無顯著影響，這一結(jié)果與表2相一致。由此進一步說明，05 mg·kg-1Cd處理未對雪菜生長造成顯著影響。單獨鑭處理條件下（未受Cd污染），雪菜葉中Vc質(zhì)量分數(shù)以根施125處理最高，其Vc質(zhì)量分數(shù)除與CK、葉施10、葉施50處理差

13、異不顯著外，顯著高于其他鑭處理（表3）。表3 土培條件下，La對Cd污染雪菜葉片VC質(zhì)量分數(shù)的影響Table 3 Effects of La on the concentration of Vc in leaves of Brassica juncea var. crispifolia under Cd ontaminated soil culture mg·kg-1處理Cd的處理水平LSD0.050 mg·kg-11 mg·kg-15 mg·kg-1CK146.5146.9126.4NS拌種133.3154.5117.435.5根施1138.7142.

14、4118.622.8根施5125.8138.8128.7NS根施25132.8132.0132.4NS根施125165.5142.5141.6NS葉施10147.3140.7118.625.5葉施25133.0141.7104.7NS葉施50146.5147.7106.42.8LSD0.0522.6NS30.3注：NS表示處理間差異不顯著在同一水平鎘污染條件下，鑭對雪菜Vc質(zhì)量分數(shù)影響不一致。1 mg·kg-1Cd污染條件下，鑭的不同施用方式和不同處理水平均未對雪菜葉中Vc質(zhì)量分數(shù)產(chǎn)生顯著影響（p>0.05）（表3）；但在5 mg·kg-1Cd污染條件下，盡管與不加L

15、a處理（CK）相比，La對雪菜Vc質(zhì)量分數(shù)影響不顯著，但是根施125中Vc質(zhì)量分數(shù)顯著高于葉施25和葉施50處理。2.3 鑭的不同施用方式對雪菜地上部Cd質(zhì)量分數(shù)的影響圖1反映了土培條件下鑭的不同施用方式和施用量對雪菜地上部鎘質(zhì)量分數(shù)的影響。結(jié)果表明，鑭的不同施用方式和施用量對雪菜地上部鎘質(zhì)量分數(shù)產(chǎn)生的影響因土壤中加入Cd質(zhì)量分數(shù)不同而不太一致。1 mg·kg-1鎘處理水平下，拌種和根施1處理使雪菜地上部鎘質(zhì)量分數(shù)下降，其鎘質(zhì)量分數(shù)僅為CK處理的68.5%和32.8%；但是其他施鑭處理對鎘質(zhì)量分數(shù)無顯著影響。在5 mg·kg-1Cd處理水平下，僅有根施1處理顯著降低了雪菜地

16、上部鎘的質(zhì)量分數(shù)（圖1）。由此說明，根施1 mg·kg-1La處理對降低雪菜地上部Cd累積量效果最佳。2.4 鑭的不同施用方式對雪菜地上部La質(zhì)量分數(shù)的影響土培條件下，La的不同施用方式對雪菜地上部La的累積量影響較大（圖2）。地上部La的質(zhì)量分數(shù)由高到低的順序為：葉面噴施，拌種，根施（圖2）。雪菜地上部La的質(zhì)量分數(shù)與葉面噴施La的質(zhì)量濃度成正相關(guān)，隨著葉面噴施La質(zhì)量濃度的增加，地上部La的質(zhì)量分數(shù)急劇增加。然而對于根施La處理，雪菜地上部La質(zhì)量分數(shù)并未隨著根施La質(zhì)量分數(shù)的增加而升高；與不施La（CK）相比，根施La處理雪菜地上部La質(zhì)量分數(shù)增加較小，仍處于較低水平（圖2）。

17、由此說明，La較難從根部向地上部轉(zhuǎn)移。圖2結(jié)果還表明土培條件下，Cd污染對雪菜地上部La累積影響較小。3 討論圖1 雪菜地上部Cd質(zhì)量分數(shù)Fig. 1 The content of Cd in shoots of Brassica juncea var. crispifolia綜上所述，鎘污染土壤上施用鑭不僅沒有顯著增加雪菜地上部干質(zhì)量，有的鑭處理甚至抑制了雪菜地上部的生長。由此說明在本研究中鎘污染的土壤上施用鑭對雪菜生長沒有促進作用。Vc是雪菜品質(zhì)的一個重要指標，鑭的不同施用方式和施用量影響了雪菜葉中Vc質(zhì)量分數(shù)。然而，在同一水平鎘污染條件下，所有鑭處理與不加La處理（CK）相比，差異均不顯

18、著。由此說明在本研究中鎘污染土壤上施用鑭對雪菜品質(zhì)也未產(chǎn)生明顯的改善作用。雪菜具有較強的Cd累積能力。當在土壤中加入Cd質(zhì)量分數(shù)為1 mg·kg-1時，雪菜地上部Cd質(zhì)量分數(shù)即達到627 mg·kg-1，遠遠高于食品中污染物的限量（GB 27622005）。因此即使在Cd污染較輕的土壤上栽培的雪菜，食用后也可能對人體健康造成危害。鑭的不同施用方式對雪菜地上部Cd質(zhì)量分數(shù)影響不一致。本研究中根施1 mg·kg-1 La處理對抑制雪菜地上部Cd累積效果最好，其次為拌種；而葉面噴施La對雪菜地上部Cd質(zhì)量分數(shù)的降低沒有效果。雪菜體內(nèi)La質(zhì)量分數(shù)的結(jié)果表明，葉面噴施使La

19、在雪菜地上部大量累積。從而說明在Cd脅迫的雪菜上噴施La不僅沒有起到積極作用，反而增加雪菜可食部分La的累積。用La浸種雖然使1 mg·kg-1 Cd污染條件下雪菜地上部Cd質(zhì)量分數(shù)降低，但雪菜地上部分累積的La的量也較高。根施La雖然使雪菜地上部分La的質(zhì)量分數(shù)有所上升，但仍處于較低水平。綜合以上因素，根施1 mg·kg-1 La處理可以取到較好的效果。處理處理處理圖2 雪菜地上部La的質(zhì)量分數(shù)Fig. 2 The content of La in shoots of Brassica juncea var. crispifolia參考文獻：1 HUANG X, ZHOU

20、 Q, ZHANG G S. Adances on rare earth application in pollution ecology J. Journal of Rare Earth, 2005, 23(1): 5-11.2 高貴喜，趙惠玲，王青, 等. 稀土抗大白菜重金屬污染栽培研究J. 山西農(nóng)業(yè)科學，2003，31（4）：58-60.GAO Guixi, ZHAO Huiling, WANG Qing, et al. A study on rare earth culture of anti-heavy metal pollution of Brassica Chinesis J.

21、Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2003，31（4）：58-60.3 刑勇，賈棚，周亞俊. 稀土對水稻種子活力及抗重金屬污染的影響J. 稀土，2004，25（3）：46-48，54.XING Yong, JIA Peng, ZHOU Yajun. Effects of rare earths on seed vigor and rice anti- heavy metal pollution J. Chinese Rare Earths, 2004，25（3）：46-48，54.4 賈棚，王青，賈翔, 等. 番茄抗重金屬污染栽培研究J. 山西農(nóng)

22、業(yè)科學，1998，26（2）：42-44.JIA Peng, WANG Qing, JIA Xiang, et al. A study on culture of heavy metal pollution- resistance of tomato J. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 1998，26（2）：42-44.5 賈棚，王青，高貴喜, 等. 小麥抗重金屬污染栽培研究J. 山西農(nóng)業(yè)科學，1999，27（1）：12-14.JIA Peng, WANG Qing, GAO Guixi, et al. A study on culture

23、of heavy metal pollution- resistance of wheat J. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 1999，27（1）：12-14.6 胡忻，陳逸君，王曉蓉, 等. 稀土元素對小麥幼苗鎘傷害的防護效應(yīng)J. 南京大學學報: 自然科學版，2001，37（6）：671-677.HU Xin, CHEN Yijun, WANG Xiaorong, et al. The protective effects of cerium on the damage to wheat (Triticum aestvum L.) see

24、dlings caused by cadmium J. Journal of Nanjin University: Natural Sciences, 2001, 37 (6): 671-677.7 龐欣，王東紅，彭安. 鑭對鉛脅迫下小麥幼苗抗氧化酶活性的影響J. 環(huán)境化學，2002，21（4）：318-323.PANG Xin, WANG Donghong, PENG An. Effect of La3+ on the activities of antioxidant enzymes in wheat seedlings under lead stress J. Environmental

25、 Chemistry, 2002, 21 (4): 318-323.8 XIONG S L, XIONG Z T, CHEN Y C, et al. Interactive effects of lanthanum and cadmium on plant growth and mineral element uptake in crisped-leaf mustard under hydroponic conditions J. Journal of Plant Nutrition, 2006, 29: 1889-1902.9 HU X, DING Z H, CHEN Y J, et al.

26、 Bioaccumulation of lanthanum and cerium and their effects on the growth of wheat (Triticum aestivum L.) seedlings J. Chemosphere, 2002，48: 621-629.10 CHUA H, ZHAO Y G, KWANG Y H, et al. Accumulation of environmental residues of rare earth elements in sugarcane J. Environment International, 1998, 24

27、 (3): 287-291.11 XU X K, ZHU W Z, WANG Z J, et al. Distribution of rare earths and heavy metals in field grown maize after application of rare earth-containing fertilizer J. The Science of the Total Environment, 2002, 293: 97-105.Effects of methods of Lanthanum application on plant growth and accumu

28、lation of heavy metals in Brassica juncea var. crispifolia under cadmium stressXIONG Shuanglian1, 2, PENG Aimin1, XIONG Zhiting21. College of Resource and Environmental Sciences, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. College of Resource and Environmental Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, ChinaAbstract: Rare earth elements (REEs) have been used as a fertilizer additi