重金屬對香蕉生長影響的試驗研究

林薌華，郭建輝，黃達斌

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重金屬對香蕉生長影響的試驗研究

林薌華1，郭建輝2，黃達斌3

(1.漳州市農業檢驗監測中心，福建 漳州 363000；2.漳州市土壤肥料與生態能源站，福建 漳州 363000;3.漳州市薌城區經作站，福建 漳州 363000)

對香蕉園土壤與灌溉水添加Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu重金屬元素，研究該重金元素對香蕉生長影響，以及香蕉葉片對該重金元素的富集能力。結果表明：當重金屬的濃度累集到一定值時，會對香蕉的生長發育產生抑制作用，濃度太高會造成香蕉的生長停滯甚至死亡。隨著土壤中Pb、Cd、As、Hg、Cr、Cu重金屬含量的增加，香蕉葉片中富集的重金屬含量和富集系數表現為正相關的遞增，香蕉葉片富集系數為Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，重金屬的添加量與香蕉葉片體內含量的相關系數(r)分別為0.9630～0.9994、0.9128～0.9983。

香蕉；土壤；灌溉水；重金屬；富集系數

隨著農業生產的發展和農業現代化的推進以及使用的農用化學物質種類和數量的增加，土壤重金屬污染日益嚴重，由于重金屬污染物在土壤中移動性差，滯留時間長，很難被微生物降解。土壤一旦受到重金屬的污染，治理非常困難，其在一定期限內尚不表現出對環境和作物的危害，但累積量超過土壤的承受能力或土壤容量時就會對作物產生危害[1]。重金屬的污染對作物的生產、產量和品質都有較大影響，重金屬還能被作物富集吸收進入食物鏈，從而危害人體健康[1]。

香蕉()是我國南方四大水果，是漳州市的主要農業產業之一。在我國，目前已做了大量重金屬對土壤系統污染的研究工作，但對蕉園土壤和灌溉水中重金屬問題的研究不多，迄今，重金屬含量對水果、蔬菜的生長影響前人有一些研究，但在香蕉上僅見林電等[2]針對海南省蕉區，開展過香蕉園土壤重金屬研究報道。由于不同的作物種類、品種及同一品種的不同器官由于外部形態和內部結構不一，吸收重金屬元素的生理生化機制各異，故其重金屬的累積量差異較大[3]。本文通過在Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu復合污染土壤和灌溉水下的香蕉田間種植試驗，觀察、分析香蕉的生長狀況及6種重金屬元素在香蕉葉片中的富集能力，旨在了解Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu復合污染土壤和灌溉水對香蕉生長的影響程度。對防止重金屬污染提高香蕉品質、生產無公害產品、改良蕉園土壤具有一定的意義。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試香蕉：天寶高蕉(臺灣北蕉)組培苗(苗高20cm～25cm)。

1.1.2 供試重金屬：鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)。

1.1.3 儀器設備：PE-AA700型原子吸收分光光度計，AFS-3100原子熒光分光光度計。

1.1.4 試劑及標準品：金屬鎘、氯化汞、三氧化二砷、硝酸鉛、重鉻酸鉀、金屬銅(均為分析純)；鎘(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、鉛(Pb)、鉻(Cr)、銅(Cu)標準溶液(均由中國標準物質中心提供，濃度為1000mg/L)。

1.2 方法

2007年9月20日于漳州市薌城區水利灌溉試驗站內的試驗田進行。

1.2.1 土壤試驗 試驗設6個處理及1個空白對照土CK，（表1)，每個處理設3重復。為防止試驗污染，試驗地用紅磚砌成長寬高為100 cm×80cm×60cm長方體為1個種植單元的，每個單元可填充土壤約1650kg，下設排水口；每個種植單元設1重復；各種植單元土壤添加如(表2)加入化學試劑量，溶于100L水中后均勻澆灌于相應種植單元的土壤中。在香蕉生長末期(2008年07月)取香蕉葉片(最下方老葉)和種植單元土壤樣品。

表1 土壤試驗各添加金屬元素處理設計

1.2.2 灌溉水試驗 試驗設6個灌溉水處理及1個空白對照(水CK，表3)，每個處理設3重復。為防止試驗污染，試驗地用紅磚砌成長寬高為100 cm×80cm×60cm長方體為1個種植單元的，每個單元可填充土壤約1650kg，下設排水口；每個種植單元設1重復；試驗期間各處理小區田間所需的灌溉水，按表3添加金屬元素的體積濃度的水進行灌溉。在香蕉生長末期(2008年07月)取香蕉葉片(最下方老葉)和種植單元土壤樣品。

表2 各處理添加化學試劑配制量

表3 灌溉水試驗各添加金屬元素處理設計

注：先采用金屬鎘、硝酸鉛、氯化汞、三氧化二砷、重鉻酸鉀分別配制成ρ(Cd)=50mg/L、ρ(Pb)=1000mg/L、ρ(Hg)=10mg/L、ρ(As)=500mg/L、ρ(Cr)=1000mg/L的灌溉水儲備液后，再用該儲備液配制成各處理的灌溉水處理體積濃度。

1.3 測定方法

1.3.1 Cd、Pb 土壤樣品按GB/T 17141-1997 土壤質量鉛、鎘的測定；水樣品按GB/T 7475-1987水質銅、鋅、鉛、鎘的測定。

1.3.2 As 土壤樣品按GB/T 17134-1997 土壤質量總砷的測定；水樣品GB/T 7485-1987 水質總砷的測定。

1.3.3 Hg 土壤樣品按GB/T 17136-1997土壤質量總汞的測定；水樣品GB/T 7468- 1987 水質總汞的測定。

1.3.4 Cr 土壤樣品按HJ 491-2009 土壤總鉻的測定；水樣品GB/T 7467-1987 水質六價鉻的測定。

1.3.5 Cu 土壤樣品按GB/T 17138-1997 土壤質量銅、鋅的測定。

1.4 試驗試劑配制方法

1.4.1 鎘（Cd）溶液配制〔ρ（Cd）=50mg/L〕：稱取金屬鎘0.05g溶于1:1鹽酸溶液轉入1L容量瓶中定容。

1.4.2 鉛（Pb）溶液配制〔ρ（Pb）=1000mg/L〕：稱取硝酸鉛1.598g溶于0.1mol/mL硝酸溶液轉入1L容量瓶中定容。

1.4.3 汞（Hg）溶液配制〔ρ（Hg）=10mg/L〕：稱取氯化汞0.0135g溶于5%硝酸溶液轉入1L容量瓶中定容。

1.4.4 砷（As）溶液配制〔ρ（As）=500mg/L〕：稱取三氧化二砷0.675g溶于水中轉入1L容量瓶中定容。

1.4.5 鉻（Cr）溶液配制ρ（Cr）=1000mg/L〕：稱取重鉻酸甲2.829g溶于水中轉入1L容量瓶中定容。

2 結果與分析

2.1 土壤添加重金屬的試驗結果

2.1.1 土壤重金屬含量對香蕉生長的影響 根據試驗觀測可知(表4)，在土K1、土K2、土K3等3個土壤重金屬濃度處理水平，香蕉的生長發育與對照株(CK)相比差異不明顯；土K4土壤重金屬濃度處理水平的香蕉生長發育趨緩；土K5土壤重金屬處理水平的香蕉生長發育受到明顯抑制，表現為植株生長停滯。表明了隨著土壤各種重金屬含量的增加，香蕉的生長狀況會受到抑制。

2.1.2 土壤重金屬含量與香蕉植株體內金屬含量的相關性 相關系數是變量之間相關程度的指標，根據土壤和植株取樣的檢測結果(表4)顯示，隨著土壤中各種重金屬含量的增加，香蕉葉片中富集的重金屬含量也呈正相性地逐漸增加，相關系數()為0.9630～0.9994。重金屬富集系數是指植物某一部位的元素含量與土壤中相應元素含量之比，富集系數一方面反應了植物對重金屬富集程度的高低或富集能力的強弱，另一方面在一定程度上反應土壤～植物系統元素遷移的難易程度了[4]。從表5可知，香蕉葉片對重金屬的富集系數Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，說明香蕉葉片對Cr、Cd的富集效應最高。

2.2 灌溉水添加重金屬的試驗結果

2.2.1 灌溉水重金屬含量對香蕉生長的影響 根據試驗觀察可知(表6)，在香蕉生長前期五個處理植株生長狀況與對照株相比無明顯差異，說明前期土壤中重金屬累積量還比較少，對植株的生長還未造成較大影響。在生長后期，隨著灌溉水使用總量的增加，土壤中富集的各種重金屬含量的增加，各處理間香蕉植株的生長狀況就表現出差異；在水K1、水K2、水K3灌溉水重金屬濃度處理水平香蕉的生長發育與對照株(CK)相比差異不明顯，水K4、水K5灌溉水重金屬濃度處理水平香蕉的生長速度放慢，其中水K5表現的更為明顯，由此顯示隨著土壤各種重金屬含量的增加，香蕉的生長狀況會受到抑制。

表4 土壤試驗土壤、葉片分析結果

表5 土壤試驗香蕉葉片對重金屬的富集系數

表6 灌溉水試驗土壤、葉片分析結果

2.2.2 灌溉水重金屬含量與香蕉植株體內金屬含量的相關性 根據土壤和植株取樣的檢測結果(表7)可以看出，隨著灌溉水中各種重金屬含量的增加，土壤重金屬濃度的富集，香蕉葉片富集的重金屬濃度表現為正相關地遞增，=0.9128～0.9983。香蕉葉片對重金屬的富集系數Cr＞Cd＞Hg＞Pb＞As，說明香蕉對Cr、Cd的富集效應最高。

表7 灌溉水試驗香蕉葉片對重金屬的富集系數

3 討論

本研究表明當土壤和灌溉水中復合重金屬的濃度累集到一定值時，香蕉的生長會受到抑制，因此對香蕉園重金屬污染應引起足夠的重視。目前，國際上尚沒有成熟的重金屬污染治理方法，因此，重金屬的預防和監測對農作物的生產顯得尤為重要[5]。

根據對漳州市香蕉園土壤重金屬污染情況的調查分析[5]可知：以福建省土壤背景值、土壤環境質量二級標準為評價標準，評價結果表明了漳州市蕉園土壤雖然受到不同程度的重金屬污染(主要是Cd、Hg、Pb污染)，但還在安全生產范圍內，本研究結果顯示了香蕉對Cr、Cd的富集效應最高。因此，根據以上分析，漳州市香蕉園土壤、灌溉水重金屬污染主要是在于控制好Cd的污染。

張亞麗等[6]研究表明，施用石灰等堿性物質提高土壤pH，可以增加土壤對Cd的吸附，同時生成碳酸鎘沉淀，使其活性降低；施用有機肥不僅可以改變土壤的理化性狀，增加土壤的肥力，而且可以影響重金屬在土壤中的形態，使土壤重金屬離子與其形成有機絡合物，增加土壤對重金屬的吸附能力，從而提高土壤對重金屬的抗性。根據化學性質相近的重金屬間可能產生頡頏作用的原理，可通過調節土壤金屬元素的比重來降低重金屬的污染，如土壤中適宜的Cd/Zn比可以抑制植物對Cd的吸收[7]。已有研究表明漳州市蕉園土壤pH的變幅為3.78～6.97，平均為4.72，其中pH＜4.5的土樣占38.52%，pH4.5～5.5的占52.46%，其中pH＞5.5的僅占9.02%，說明漳州蕉園土壤pH普遍偏低[8]。為此，漳州蕉園合理施用石灰等堿性物質，增施有機肥等科學施肥的應對措施，將有利于減少蕉園土壤及灌溉水因富含Cd等重金屬對香蕉產品安全生產的威脅。

4 結論

通過本次土壤和灌溉水試驗可以看出，當土壤和灌溉水中重金屬的濃度累集到一定值時，會對香蕉的生長發育產生抑制作用，濃度太高會造成香蕉的生長停滯甚至死亡。隨著土壤中各種重金屬含量的增加，香蕉葉片中富集的重金屬含量和富集系數也逐漸增加，表現為正相關。在本次試驗的Cd、Pb、Hg、As、Cr、Cu6種重金屬中，香蕉葉片富集系數Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，對Cr、Cd的富集效應最高。

[1] 李仁英，張民，楊浩.2002年山東省主要果園土壤中Cu、Zn的形態含量及分布.農業生態環境[J].2002，18（4）：41-44.

[2] 林電,等.海南香蕉園土壤重金屬現狀及變化趨勢分析[J].安全與環境學報,2006，6(6):54-58.

[3] 許嘉琳，楊居容.陸地生態系統中的重金屬[M].北京：中國環境科學出版社，1995.

[4] 康立娟，趙明憲，莊國成.銅的單元及復合污染中水稻對銅系數累計規律的研究[J].農業環境科學學報，1997,8（1）:110-112.

[5] 林薌華，劉佳敏.福建漳州市香蕉園土壤重金屬污染調查分析[J].亞熱帶植物科學，2011，40（1）：31-33.

[6] 張亞麗,等.有機物對鎘污染改良效應[J].土壤學報,2001,38(2):212-218.

[7] 顧繼光,等.土壤重金屬污染環境的治理途徑及其研究進展[J].應用基礎與工程科學學報,2003，11(2):143-151.

[8] 莊紹東．漳州香蕉園土壤肥力狀況分析[J]．福建農業學報，2003，18（3）：168-172．

Research on The Effects of the Heavy Metals on the Banana Growth

LIN Xiang-hua1，GUO Jian-hui2, HUANG Da-bin3

（1. Zhangzhou Agricultural Test and Inspection Centre, Zhangzhou, Fujian 363000, China 2. Zhangzhou Agricultural Ecology and Energy Station ,Zhangzhou, Fujian 363000, China 3. Zhangzhou Xiangcheng Economic Crop Pupularization Station, Zhangzhou ,Fujian 363000, China）

The Effect of heavy metal elements( such as Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu) on banana growth and the collection capacity of heavy metal ions by the banana leaves were studied by adding them into the soil and irrigation water in the banana plantations. Results showed that banana growth and development may be inhibited by a certain concentration of the heavy metal elements and halted or killed by the excessive heavy metals in the banana plantations. With the increase of the heavy metal contents, the collection capacity and coefficient of heavy metal ions by the banana leaves increased positively correlated and progressively. The collection coefficients of different heavy metal ions by the banana leaves follow this order: Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb. The correlation coefficients (r) of the additive amount of the haevy metal elements to the soil and the irrigation water in the banana plantations and the contents of them on the banana leaves were 0.9630~0.9994, 0.9128~0.9983 respectively.

Banana; soil; irrigation water; heavy metals; enrichment coefficients

2011－07－26

福建省農業科技計劃重點項目(2007N0067)

林薌華（1972－），男，高級農藝師，本科，從事農產品質量安全研究。

S59

A

1673-1417（2011）03-0028-06

（責任編輯：季平）