煤基腐殖酸和外源銅的小白菜效應研究

張曼+卜玉山+王婧+張吳平+劉奮武

摘 要：采用大棚盆栽試驗，研究煤基腐殖酸和外源銅的小白菜效應。結果表明：施用一定濃度的銅可提高小白菜的產量，且小白菜體內的養分指標均有不同程度的提高。10號煤基腐殖酸對小白菜吸收重金屬銅有顯著的抑制作用，9號煤基腐殖酸也有一定的抑制作用，而6和11號煤基腐殖酸和EDTA對小白菜吸收重金屬銅則有一定的促進作用。因此，9號特別是10號煤基腐殖酸可用于重金屬銅污染土壤以降低重金屬銅的生物毒害作用。而6和11號煤基腐殖酸可應用于重金屬Cu污染土壤的植物修復方面，以提高修復的效果和效率。

關鍵詞：小白菜；重金屬銅；腐殖酸；土壤污染

中圖分類號：S634.3 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2014.06.003

隨著礦產的大量開采和冶金工業的迅速發展，大量重金屬進入人類的生產、生活環境之中并造成嚴重污染[1-3]。銅是動植物生長發育所必需的營養元素，攝入量過低時會引起生命體新陳代謝紊亂、營養失衡，導致疾病發生，但過量攝入也會引起疾病，甚至死亡。外源銅在土壤中的大量累積，不僅影響了農作物的產量和品質，還可通過食物鏈影響人類健康[4-7]。因此，重金屬銅在土壤環境中引發的問題既有植物營養問題又有土壤污染問題[8-9]。

重金屬污染土壤的修復是當今農業與環境科學領域的研究熱點之一，傳統的方法有施用有機肥、石灰等改良劑以降低土壤中重金屬活性，或改變耕作制度以避免其通過食物鏈造成二次危害[10]。腐殖酸是一種可變電荷有機膠體，含有多種功能基如羧基、酚羥基等，具有很高的反應活性，對環境中金屬離子具有強烈結合能力，使之成為環境中有害重金屬離子的重要絡合劑和聚沉劑，從而對重金屬元素在環境中的遷移、轉化和生物有效性起著十分重要的調控作用[11-13]。同時腐殖酸又是土壤的重要改良劑，因此利用腐殖酸來治理重金屬不失為一舉兩得的好辦法。現有的研究以腐殖酸與重金屬的反應機理為重點的居多，而針對腐殖酸對重金屬生物效應影響的研究明顯不足，小白菜在我國栽培十分廣泛，栽培面積在世界四大油料作物中居第2位[14]，因此，本研究以小白菜為對象，研究煤基腐殖酸與外源銅的效應，為利用煤基腐殖酸改變土壤重金屬銅的活性和生物有效性，進而安全利用或修復重金屬銅污染土壤提供理論基礎。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自山西農業大學資源環境學院實驗站耕層土壤，為石灰性褐土，其基本性質為pH值7.5，CEC 11.23 cmol·kg-1，有機質19.38 g·kg-1，銅含量52.68 mg·kg-1。經風干后過1 mm篩，充分混勻備用。供試植物為小白菜（Brassica campestris L. ssp. Chinensis L.），品種為新五月慢。供試銅源為化學純CuSO4·5H2O（含銅量為25.6%）。供試EDTA為分析純EDTA二鈉鹽。供試煤基腐殖酸為內蒙永業公司提供的4種腐殖酸，為6號、9號、10號、11號（烏金膏），供試腐殖酸性質見表1。

1.2 試驗設計

試驗采用二因素不完全組合設計，設CK（不施Cu，不施腐殖酸）、Cu（施Cu10 mg·kg-1，不施腐殖酸）、6H+Cu（6號腐殖酸0.66 g·kg-1和Cu10 mg·kg-1）、9H+Cu（9號腐殖酸0.66 g·kg-1和Cu10 mg·kg-1）、10H+Cu（10號腐殖酸0.66 g·kg-1和Cu10 mg·kg-1）、11H+Cu（11號腐殖酸6.27 mL·kg-1和Cu10 mg·kg-1）、EDTA+Cu（EDTA 66.67 mg·kg-1和Cu10 mg·kg-1）7個處理，3次重復，共計21盆。

1.3 試驗的實施、管理以及植物樣品的制備

本試驗于2012—2013年在山西農業大學試驗基地進行。每盆裝過2 mm篩的、風干的土3 kg，同時加入相同的底肥（尿素0.4 g·kg-1，KH2PO4 0.2 g·kg-1），按試驗設計處理添加重金屬銅及不同腐殖酸，充分混勻。加水后在大棚內放置穩定1星期。2012年10月13日播種，2012年10月27日出苗后選取長勢大小一致的幼苗，每盆留苗10株，小白菜生長期間定期澆水并及時去除雜草和害蟲，2012年12月14日結束。

試驗結束時選上午8—10點采取植株鮮樣，用自來水和去離子水沖洗，用吸水紙吸干水分測量其鮮質量、株高、根長，分別置于100～105 ℃恒溫干燥箱中殺青30 min，而后降溫至75 ℃烘干至恒質量。植物樣粉碎后進行相關指標的測定。

1.4 測定項目與方法

小白菜全氮含量采用H2SO4-H2O2消煮—半微量開氏法[10]；小白菜全磷含量采用H2SO4-H2O2消煮—釩鉬黃比色法[15]；小白菜全鉀含量采用H2SO4-H2O2消煮-火焰光度計法[15]；小白菜全銅采用硝酸—高氯酸消煮，火焰原子吸收分光光度計測定。

1.5 數據處理

原始數據的整理用Excel軟件完成；差異顯著性分析采用SPSS軟件完成。

2 結果與分析

2.1 不同煤基腐殖酸與外源銅對植株營養元素含量的影響

2.1.1 對小白菜全氮含量的影響 Cu處理的小白菜全氮含量顯著高于CK，比CK提高了19.27%（圖1），可見施加一定量的銅可提高植物中的氮含量。與Cu處理相比，在施銅的基礎上，供試煤基腐殖酸、EDTA處理的小白菜全氮含量均有所降低，6H+Cu、9H+Cu、10H+Cu、11H+Cu、EDTA+Cu處理分別比Cu處理降低9.35%，14.42%，17.59%，13.36%，16.40%，且6H+Cu處理與Cu處理差異不顯著，而9H+Cu、10H+Cu、11H+Cu、EDTA+Cu處理與Cu處理的差異均達到顯著水平。這表明供試煤基腐殖酸，特別是9、10、11號煤基腐殖酸與EDTA均抑制了小白菜對氮素的吸收和累積。

2.1.2 對小白菜全磷含量的影響 由圖2可見，Cu處理的小白菜全磷含量比CK有所增加，但差異不顯著。與Cu處理相比，6H+Cu和10H+Cu處理的小白菜全磷含量略有增加，分別提高了16.62%和13.20%，而9H+Cu、11H+Cu和EDTA+Cu處理的小白菜全磷含量略有下降，分別降低了27.85%，25.19%和13.10%，但差異均不顯著。整體來說，施用煤基腐殖酸對小白菜的全磷含量影響不大。

2.1.3 對小白菜全鉀含量的影響 由圖3可見，與CK相比，Cu處理的小白菜全鉀含量提高了7.53%，但差異性不顯著。與Cu處理相比較，6H+Cu和11H+Cu處理植株全鉀含量提高了1.88%和1.54%，而9H+Cu、10H+Cu和EDTA+Cu處理的小白菜平均含鉀量比Cu處理下降了0.23%，6.40%和5.93%，但差異也均不顯著。

2.2 不同煤基腐殖酸與外源銅對小白菜鮮質量的影響

與CK相比，Cu處理的小白菜株鮮質量提高3.72%，但差異不顯著，表明一定濃度的外源銅可提高植株產量。與Cu相比，6H+Cu、10H+Cu和11H+Cu處理下小白菜株鮮質量比Cu處理分別提高了6.33%，5.91%和0.83%，而9H+Cu和EDTA+Cu處理與Cu處理相比則分別降低了7.97%和0.47%，但差異均不顯著。

鮮質量可作為衡量小白菜產量的一個指標，由以上分析可見，在施銅的基礎上，6號、10號和11號腐殖酸可略微提高小白菜產量。

2.3 不同煤基腐殖酸與外源銅對小白菜Cu含量的影響

方差分析表明，Cu處理小白菜地上部銅含量與CK處理相比，差異達顯著水平，比CK處理提高了42.85%（圖5）。與Cu處理相比較，9H+Cu和10H+Cu處理的小白菜Cu含量分別下降了1.08%和43.86%，但前者差異不顯著，后者差異顯著，表明10號腐殖酸對小白菜吸收重金屬銅有顯著的抑制作用。而6H+Cu、11H+Cu和EDTA+Cu處理提高了小白菜Cu含量，分別比Cu處理提高了19.94%，1.88%和2.79%，但差異均不顯著。表明3者特別是6號煤基腐殖酸對植株吸收重金屬銅有一定的促進作用。

3 結論與討論

施用一定量的外源銅有助于提高小白菜養分元素，特別是氮的含量，對小白菜的生長也有一定的促進作用。10號腐殖酸對小白菜吸收重金屬銅有顯著的抑制作用，這種抑制作用可能是腐殖酸與Cu發生相互作用，形成穩定的螯合物，阻止了植株對Cu的吸收，與陸曉輝等[16]的研究結果相一致。而6號、11號腐殖酸對外源銅活化作用較明顯，對小白菜吸收銅有一定的促進作用。

腐殖酸含有大量絡合和螯合功能團，對金屬離子具有一定的絡合和螯合作用，通過本試驗的研究，可將煤基腐殖酸分為對重金屬具有活化或鈍化作用兩類，其中在被重金屬污染的農田施用對重金屬具有鈍化作用的腐殖酸，可抑制作物及蔬菜對重金屬的過量吸收，降低重金屬的毒害作用；對重金屬有活化作用的腐殖酸種類，可被用于重金屬的植物修復研究。

由于時間等原因，本試驗僅設計了一個銅濃度水平，還應進一步研究煤基腐殖酸在哪種銅濃度水平下效果最為明顯。另外，本試驗僅對小白菜體內銅富集情況進行了研究，還可將土壤銅用提取劑來快速提取，進一步驗證其有效性如何。

參考文獻：

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[14] 官春云.優質油菜[M].北京：中國三峽出版社，2005.

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[16] 陸曉輝，黎成厚，涂成龍. 有機物料對黃壤性質及外源銅有效性的影響[J].安徽農業科學，2009，37（6）：2 613-2 616.

2.1.2 對小白菜全磷含量的影響 由圖2可見，Cu處理的小白菜全磷含量比CK有所增加，但差異不顯著。與Cu處理相比，6H+Cu和10H+Cu處理的小白菜全磷含量略有增加，分別提高了16.62%和13.20%，而9H+Cu、11H+Cu和EDTA+Cu處理的小白菜全磷含量略有下降，分別降低了27.85%，25.19%和13.10%，但差異均不顯著。整體來說，施用煤基腐殖酸對小白菜的全磷含量影響不大。

2.1.3 對小白菜全鉀含量的影響 由圖3可見，與CK相比，Cu處理的小白菜全鉀含量提高了7.53%，但差異性不顯著。與Cu處理相比較，6H+Cu和11H+Cu處理植株全鉀含量提高了1.88%和1.54%，而9H+Cu、10H+Cu和EDTA+Cu處理的小白菜平均含鉀量比Cu處理下降了0.23%，6.40%和5.93%，但差異也均不顯著。

2.2 不同煤基腐殖酸與外源銅對小白菜鮮質量的影響

與CK相比，Cu處理的小白菜株鮮質量提高3.72%，但差異不顯著，表明一定濃度的外源銅可提高植株產量。與Cu相比，6H+Cu、10H+Cu和11H+Cu處理下小白菜株鮮質量比Cu處理分別提高了6.33%，5.91%和0.83%，而9H+Cu和EDTA+Cu處理與Cu處理相比則分別降低了7.97%和0.47%，但差異均不顯著。

鮮質量可作為衡量小白菜產量的一個指標，由以上分析可見，在施銅的基礎上，6號、10號和11號腐殖酸可略微提高小白菜產量。

2.3 不同煤基腐殖酸與外源銅對小白菜Cu含量的影響

方差分析表明，Cu處理小白菜地上部銅含量與CK處理相比，差異達顯著水平，比CK處理提高了42.85%（圖5）。與Cu處理相比較，9H+Cu和10H+Cu處理的小白菜Cu含量分別下降了1.08%和43.86%，但前者差異不顯著，后者差異顯著，表明10號腐殖酸對小白菜吸收重金屬銅有顯著的抑制作用。而6H+Cu、11H+Cu和EDTA+Cu處理提高了小白菜Cu含量，分別比Cu處理提高了19.94%，1.88%和2.79%，但差異均不顯著。表明3者特別是6號煤基腐殖酸對植株吸收重金屬銅有一定的促進作用。

3 結論與討論

施用一定量的外源銅有助于提高小白菜養分元素，特別是氮的含量，對小白菜的生長也有一定的促進作用。10號腐殖酸對小白菜吸收重金屬銅有顯著的抑制作用，這種抑制作用可能是腐殖酸與Cu發生相互作用，形成穩定的螯合物，阻止了植株對Cu的吸收，與陸曉輝等[16]的研究結果相一致。而6號、11號腐殖酸對外源銅活化作用較明顯，對小白菜吸收銅有一定的促進作用。

腐殖酸含有大量絡合和螯合功能團，對金屬離子具有一定的絡合和螯合作用，通過本試驗的研究，可將煤基腐殖酸分為對重金屬具有活化或鈍化作用兩類，其中在被重金屬污染的農田施用對重金屬具有鈍化作用的腐殖酸，可抑制作物及蔬菜對重金屬的過量吸收，降低重金屬的毒害作用；對重金屬有活化作用的腐殖酸種類，可被用于重金屬的植物修復研究。

由于時間等原因，本試驗僅設計了一個銅濃度水平，還應進一步研究煤基腐殖酸在哪種銅濃度水平下效果最為明顯。另外，本試驗僅對小白菜體內銅富集情況進行了研究，還可將土壤銅用提取劑來快速提取，進一步驗證其有效性如何。

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[16] 陸曉輝，黎成厚，涂成龍. 有機物料對黃壤性質及外源銅有效性的影響[J].安徽農業科學，2009，37（6）：2 613-2 616.

2.1.2 對小白菜全磷含量的影響 由圖2可見，Cu處理的小白菜全磷含量比CK有所增加，但差異不顯著。與Cu處理相比，6H+Cu和10H+Cu處理的小白菜全磷含量略有增加，分別提高了16.62%和13.20%，而9H+Cu、11H+Cu和EDTA+Cu處理的小白菜全磷含量略有下降，分別降低了27.85%，25.19%和13.10%，但差異均不顯著。整體來說，施用煤基腐殖酸對小白菜的全磷含量影響不大。

2.1.3 對小白菜全鉀含量的影響 由圖3可見，與CK相比，Cu處理的小白菜全鉀含量提高了7.53%，但差異性不顯著。與Cu處理相比較，6H+Cu和11H+Cu處理植株全鉀含量提高了1.88%和1.54%，而9H+Cu、10H+Cu和EDTA+Cu處理的小白菜平均含鉀量比Cu處理下降了0.23%，6.40%和5.93%，但差異也均不顯著。

2.2 不同煤基腐殖酸與外源銅對小白菜鮮質量的影響

與CK相比，Cu處理的小白菜株鮮質量提高3.72%，但差異不顯著，表明一定濃度的外源銅可提高植株產量。與Cu相比，6H+Cu、10H+Cu和11H+Cu處理下小白菜株鮮質量比Cu處理分別提高了6.33%，5.91%和0.83%，而9H+Cu和EDTA+Cu處理與Cu處理相比則分別降低了7.97%和0.47%，但差異均不顯著。

鮮質量可作為衡量小白菜產量的一個指標，由以上分析可見，在施銅的基礎上，6號、10號和11號腐殖酸可略微提高小白菜產量。

2.3 不同煤基腐殖酸與外源銅對小白菜Cu含量的影響

方差分析表明，Cu處理小白菜地上部銅含量與CK處理相比，差異達顯著水平，比CK處理提高了42.85%（圖5）。與Cu處理相比較，9H+Cu和10H+Cu處理的小白菜Cu含量分別下降了1.08%和43.86%，但前者差異不顯著，后者差異顯著，表明10號腐殖酸對小白菜吸收重金屬銅有顯著的抑制作用。而6H+Cu、11H+Cu和EDTA+Cu處理提高了小白菜Cu含量，分別比Cu處理提高了19.94%，1.88%和2.79%，但差異均不顯著。表明3者特別是6號煤基腐殖酸對植株吸收重金屬銅有一定的促進作用。

3 結論與討論

施用一定量的外源銅有助于提高小白菜養分元素，特別是氮的含量，對小白菜的生長也有一定的促進作用。10號腐殖酸對小白菜吸收重金屬銅有顯著的抑制作用，這種抑制作用可能是腐殖酸與Cu發生相互作用，形成穩定的螯合物，阻止了植株對Cu的吸收，與陸曉輝等[16]的研究結果相一致。而6號、11號腐殖酸對外源銅活化作用較明顯，對小白菜吸收銅有一定的促進作用。

腐殖酸含有大量絡合和螯合功能團，對金屬離子具有一定的絡合和螯合作用，通過本試驗的研究，可將煤基腐殖酸分為對重金屬具有活化或鈍化作用兩類，其中在被重金屬污染的農田施用對重金屬具有鈍化作用的腐殖酸，可抑制作物及蔬菜對重金屬的過量吸收，降低重金屬的毒害作用；對重金屬有活化作用的腐殖酸種類，可被用于重金屬的植物修復研究。

由于時間等原因，本試驗僅設計了一個銅濃度水平，還應進一步研究煤基腐殖酸在哪種銅濃度水平下效果最為明顯。另外，本試驗僅對小白菜體內銅富集情況進行了研究，還可將土壤銅用提取劑來快速提取，進一步驗證其有效性如何。

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