棉花鋅吸收及累積規律研究

2012-12-31 00:00:00任秀娟朱東海吳海卿吳大付

湖北農業科學 2012年21期

摘要：根據桶栽試驗結果發現，隨著土壤鋅含量的增加，棉花（Gossypium hirsutum L.）根、莖、葉、棉絮的鋅含量顯著增加。鋅在棉花體內的富集規律為：當土壤鋅濃度較低時，棉花根系吸收轉運鋅元素至莖葉；土壤鋅濃度較高時棉花根系出現鋅富集，但同時棉花葉片中鋅含量仍然較高；當土壤鋅含量大于1 600 mg/kg時，棉花的生殖過程受到抑制。

關鍵詞：棉花（Gossypium hirsutum L.）；鋅（Zn）；富集規律；土壤

中圖分類號：X592；S562 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2012）21-4733-03

Absorption and Accumulative Rules of Zinc in Cotton Plant

REN Xiu-juan1，ZHU Dong-hai2，WU Hai-qing2，WU Da-fu1

（1. Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang 453003，Henan，China；

2. Farmland Irrigation Research Institute， CAAS， Xinxiang 453003，Henan，China）

Abstract：According to tub culture experimental， zinc content in roots， stems， leaves and fibers of cotton increased with the increase of soil zinc content. Zinc enrichment pattern in cotton plant was as follows， when the soil zinc concentration was low， the zinc was absorbed by roots and then transformed to the stems and leaves. When the soil zinc content was high， the zinc could enrich in the root， at the same time， the leaves could contain high content of zinc. When soil zinc content was higher than 1 600 mg/kg， the reproductive process of cotton was inhibited.

Key words： cotton（Gossypium hirsutum L.）； zinc（Zn）；enrichment regularity；soil

由于工業生產的迅猛發展以及農田污灌，大量的Cd、Pb、Zn進入環境中，嚴重影響了植物生長[1]，因而研究Cd、Pb、Zn對植物的影響具有重要的理論和實踐意義。Cd、Pb、Zn在小麥、玉米、水稻、花生等農作物體內的富集規律均有廣泛的研究[2-11]，但針對棉花（Gossypium hirsutum L.）的相關研究則較少。棉花不同于糧食作物，其經濟產物為非直接食用產品，所以有必要研究Cd、Pb、Zn對棉花生長的影響以及在棉花體內的富集規律，探討將棉花種植于輕度重金屬污染土地的可行性。采集湖南省郴州市礦區0～20 cm的土壤，以非糧食作物棉花為試驗對象，研究棉花對鋅的富集特征。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與土壤

供試棉花品種為中棉50。供試土壤采自湖南省郴州市礦區農田0～20 cm耕作層，土壤質地為壤土。土壤基本性質：有機質10.74 g/kg、全氮1.69 g/kg、全磷0.93 g/kg、全鉀0.45 g/kg、pH 7.19、土壤全鋅含量為85.32 mg/kg。

1.2 試驗設計

試驗設Zn濃度分別為100、400、800、1 200、1 600 mg/kg 5個處理，每個處理重復3次。所用Zn的化學形態為Zn（CH3COO）2·2H2O。

試驗地點設在中國農田灌溉研究所新鄉站防雨棚下。污染土壤配制采用分批多次混勻的方式，根據處理要求將稱好的醋酸鋅混入1 kg過5 mm篩的干土中，接著把這1 kg混合土壤混入10 kg的過5 mm篩的土中，最后把11 kg的土壤混入到104 kg過5 mm篩的土中，經過多次混勻后裝桶踏實。將盆栽大桶放入提前挖好的土坑內，大桶上平面與地面平行，然后用土填實桶與周圍土壤的空隙，最后將桶內土壤灌水至飽和狀態。

1.3 棉花樣品的種植、采集與處理

2010年4月每桶移栽2棵棉苗，每桶施尿素12 g，灌水采用地下水，田間管理同一般大田。2010年10月11日將棉花整株拔出帶回實驗室，用自來水沖洗后再用純水沖洗，將根、莖、葉、棉絮4個部分分別裝入紙質樣品袋，在105 ℃的烘箱中殺青10 min，在70 ℃下烘干至恒重，將根、莖、葉樣品粉碎過40目篩備用，棉絮烘干后直接稱量（棉絮烘干后無法用粉碎機粉碎）。

1.4 測定方法

根據文獻[12，13]對棉花樣品進行處理與測定分析。

1.4.1 樣品前處理稱取樣品0.500 0 g放入聚四氟乙烯消解罐，加入5 mL濃HNO3浸泡過夜，再加入3 mL H2O2，在微波消解系統中消解18 min，溫度設置為3檔，即120 ℃（360 s）、120～150 ℃（360 s）、150～180 ℃（360 s）。待消解完全后在電熱板上趕酸至溶液為1～2 mL，用2% HNO3多次稀釋后轉移到25 mL容量瓶中，最后用2% HNO3溶液定容后待測。同時設空白對照。

1.4.2 儀器設備及工作參數 Optima 2100DV型電感耦合等離子發射體，美國Perkin Elmer公司。其工作參數為：等離子體氣流量15 L/min，輔助氣流量0.2 L/min，霧化器氣流量0.8 L/min，射頻功率1 300 W，試樣流量1.5 mL/min。Zn元素選擇的分析線為 213.9 nm。XT-9912型微波消解儀，上海新拓分析儀器科技有限公司。

1.4.3 測量方法 Zn混合標準溶液由德國Merck公司提供，試驗用水為二次去離子水，用0.45 mol/L HNO3逐級稀釋為0.0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L的標準系列。依次上機測定，采用外標法定量，儀器自動完成校正曲線，測定樣品液時，儀器根據校正曲線自動給出各元素的含量值。

1.5 數據分析與計算

利用SPSS 11.5進行基本的統計分析及LSD檢驗。

鋅富集系數=不同部位鋅含量/土壤鋅含量；

鋅轉運系數=地上部各部位鋅含量/根系鋅含量。

2 結果與分析

2.1 棉花不同器官的鋅含量

由表1可知，隨著土壤鋅濃度的增加，棉花根、莖、葉、棉絮中的鋅含量顯著增加，不同鋅處理棉絮的鋅含量最低。

當土壤鋅含量為100 mg/kg時，棉花各部位鋅含量順序為葉>莖>根>棉絮；土壤鋅含量為400～800 mg/kg時，棉花各部位的鋅含量順序為葉>根>莖>棉絮；土壤鋅含量為1 200～1 600 mg/kg時，棉花各部位的鋅含量順序為根>葉>莖>棉絮；當土壤鋅處理濃度為1 600 mg/kg時，棉花根的鋅含量最高為135.694 3 mg/kg，棉花沒有結出棉鈴。鋅污染處理條件下，鋅在棉花體內的分布規律為：土壤鋅濃度等于100 mg/kg時，棉花葉和莖的鋅含量較高；土壤鋅濃度大于400 mg/kg時，鋅則主要富集在棉花的葉和根中；各處理中棉絮的鋅含量最低，當土壤鋅濃度達到1 600 mg/kg時，棉花的生殖過程受到抑制。

2.2 棉花不同部位的鋅富集系數

由表2可知，棉花不同部位的鋅富集系數均小于1，隨著土壤鋅含量的增加，鋅在根、莖、葉、棉絮中的富集系數逐漸降低。當土壤鋅含量為100 mg/kg時，棉花葉片的鋅富集系數最高為0.654，其次為莖、根和棉絮。土壤鋅含量在800 mg/kg及以上時，棉花各部分鋅富集系數均小于0.1。

2.3 棉花不同部位的鋅轉運系數

植物對金屬的轉運系數是表征其根系對某種金屬的轉運能力及其地上部對金屬的富集能力的指標之一。表3的數據顯示，莖、葉、棉絮的鋅轉運系數隨著土壤鋅含量的增加而降低。土壤鋅含量等于100 mg/kg時，棉花莖、葉的鋅轉運系數均大于1，棉花葉片的鋅轉運系數最高為1.981，這說明在土壤鋅濃度較低的情況下，棉花葉片對鋅具有一定的富集作用。

3 小結與討論

隨著土壤鋅濃度的增加，棉花根、莖、葉、棉絮中的鋅含量呈顯著增加的趨勢，不同鋅處理棉絮的鋅含量最低。土壤鋅含量為100 mg/kg時，鋅元素主要富集在棉花的葉和莖中，鋅元素在棉花體內分布特征為地上部含量大于根系含量；當土壤鋅含量大于400 mg/kg時，鋅則主要富集在棉花的葉和根中，棉花根、莖、葉、棉絮的鋅富集系數均小于1。土壤鋅含量小于1 200 mg/kg時，棉花葉片鋅的轉運系數均大于1，說明棉花對鋅具有一定的富集轉運能力，可以嘗試在鋅污染農田種植棉花來修復其鋅污染。當土壤鋅含量為100 mg/kg時，棉花葉片的鋅轉運系數最高為1.981，這說明在土壤鋅濃度較低的情況下，棉花葉片對鋅具有較高的富集作用。棉花為雙子葉植物，鋅在棉花體內的分布特征為：當土壤鋅濃度較低時，棉花根系吸收轉運鋅元素至莖葉；土壤鋅濃度較高時，棉花根系出現鋅富集，但同時棉花葉片中鋅含量仍然較高。

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