鋅肥噴施處理對(duì)油菜吸收鎘和土壤環(huán)境的影響

胡浩+張佩萱+劉飛龍+白俊婷+李劍睿

摘要：通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究不同時(shí)期噴施不同濃度Zn肥對(duì)油菜生長(zhǎng)、吸收Cd及微量元素的影響.結(jié)果表明，T2時(shí)期噴施Zn肥可明顯提高油菜地上部生物量，增幅為7.9%-114.3%，對(duì)油菜增產(chǎn)具有顯著影響.T4時(shí)期噴施Zn肥對(duì)降低油菜地上部Cd含量效果最顯著，降幅為17.3%-54.5%.高水平Zn肥處理能夠降低油菜Zn含量.

關(guān)鍵詞：鋅肥；噴施；油菜；鎘

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文件編號(hào)：2095-672X（2017）03-0207-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.112

Abstract：A pot experiment was conducted to study the effects of foliar spray different concentrations of Zn fertilizer on the growth of rape uptake of Cd and trace elements.Resules show that during the T2 period， Zn fertilizer could significantly increase the aboveground biomass of rape， with an increase of 7.9% -114.3%， which had a significant effect on rape yield.The effect of spraying Zn fertilizer on the Cd content in rapeseed was better than that in the other treatments， and the decrease was 17.3% -54.5%.The high level of Zn fertilizer had a significant effect on reducing Zn content in rapeseed.

Key words：zincfertilizer；spraying；rape；cadmium

隨著城市化、工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展.我國(guó)農(nóng)田土壤鎘（Cd）污染日益嚴(yán)重.據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)Cd污染耕地面積約1.4萬(wàn)hm2，涉及11個(gè)省市的25個(gè)地區(qū)，造成我國(guó)每年損失糧食120億kg[1][2].土壤鎘污染造成我國(guó)水稻、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量下降，嚴(yán)重威脅人體健康，影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3].2000年農(nóng)業(yè)部環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)14個(gè)省會(huì)城市2110個(gè)樣品的檢測(cè)表明，蔬菜中重金屬鎘等污染超標(biāo)率高達(dá)23.5%；南京郊區(qū)18個(gè)檢測(cè)點(diǎn)青菜葉樣分析表明，鎘含量全部超過(guò)食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，最多超過(guò)17倍[4].

鋅（Zn）是植物生長(zhǎng)必需的微量元素，由于和Cd具有相似的地球化學(xué)和環(huán)境特性.因此，在作物系統(tǒng)中Cd-Zn經(jīng)常發(fā)生拮抗作用[5].基于這一原理，許多研究通過(guò)施用鋅肥來(lái)降低植物對(duì)鎘的吸收.Hart等研究發(fā)現(xiàn)，施用Zn肥可顯著降低小麥籽粒的Cd含量[6]. Fei-Bo Wu等通過(guò)對(duì)不同基因型大麥的水培試驗(yàn)的觀察表明，添加Zn可顯著降低種植在Cd污染土地大麥根部質(zhì)體和地上部可溶部分的鎘含量[7].由于Cd、Zn 交互作用易受許多環(huán)境因素的影響而表現(xiàn)出多種形式.因此，在施用Zn 肥調(diào)控作物Cd吸收的研究中，Zn 肥施用濃度和時(shí)期會(huì)影響其調(diào)控效果.因此，要使施用Zn肥成為調(diào)控農(nóng)作物安全生產(chǎn)的有效方法，就必須確定適合污染程度不同土壤的鋅肥施用濃度及時(shí)期，但是該方面的研究還未見(jiàn)報(bào)道.因此，本課題組通過(guò)盆栽試驗(yàn)，研究不同時(shí)期噴施不同濃度Zn肥對(duì)油菜生長(zhǎng)、吸收Cd的影響。

1 材料與方法（Materials and methods）

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤采自山西省太原市郊農(nóng)田，土壤類型為褐土，基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。供試油菜品種為“蘇州青”。供試鋅肥為ZnSO4·7H2O。

1.2 試驗(yàn)方法

人工污染土制備：土壤經(jīng)自然風(fēng)干后，粉碎，過(guò)2 mm篩。向處理后的土樣中加入0.3g Cd（NO3）2固體于50 kg風(fēng)干土壤中，加入適量水?dāng)嚢杈鶆?，維持泥水混合物處于田間最大持水量，穩(wěn)定30 d，自然風(fēng)干后，過(guò)1 mm篩制成鎘含量為2.85 mg·kg-1的重金屬人工污染土壤。

本試驗(yàn)采用二因子組合設(shè)計(jì)盆栽試驗(yàn)，因子一為Zn肥噴施濃度，分別為：C0（不施用Zn肥）；C1（低水平處理）：噴施10 mg·L-1 Zn肥；C2（中水平處理）：噴施20 mg·L-1 Zn肥；C3（高水平處理）：噴施40 mg·L-1 Zn肥。因子二為噴施時(shí)間，分別為：T1：移栽后7d；T2：移栽后14d；T3：移栽后21d；T4：移栽后28d.除對(duì)照處理C0外，其余處理完全組合。每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)。

栽試驗(yàn)用盆隨機(jī)區(qū)組排列。供試土壤風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，然后裝入塑料花盆中，每盆裝土0.5 kg.油菜種子先用10%的次氯酸鈉溶液消毒處理后，用去離子水浸泡過(guò)夜，在裝有人工土蛭石的塑料秧盤(pán)中育苗20 d。將育好的油菜秧苗移栽至裝有0.5 kg鎘污染土壤的塑料盆內(nèi)。采用微型噴霧噴施Zn肥，為避免 Zn溶液滲入土壤，噴施 Zn 肥時(shí)用塑料薄膜覆蓋于盆口。油菜生長(zhǎng)過(guò)程中每日以去離子水澆灌，控制土壤含水量為田間持水量的70%左右，供試油菜于2016年8月15日收獲。

1.3 樣品分析

油菜收獲后，用去離子水洗凈，稱量鮮重.待其自然風(fēng)干后稱量干重，粉碎，備用。植物樣Cd、Zn、Fe、Mn含量分析采用HNO3-HClO4法（ 體積比3∶1）消解，重金屬含量采用原子吸收光譜儀測(cè)定[8]。土壤基本理化性質(zhì)按照土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法測(cè)定[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和spss19軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與討論（Results and Discussion）

2.1 施用Zn肥對(duì)油菜生物量的影響

由圖1可知，T1時(shí)期噴施Zn肥處理，油菜地上部生物量與對(duì)照相比，增幅為3.2%-54.0%（p<0.05）；低水平噴施處理（10 mg·L-1）的效果優(yōu)于其余處理，增幅為54.0%.T2時(shí)期噴施Zn肥處理，油菜地上部增幅為7.9%-114.3%，高水平（40 mg·L-1）處理的效果顯著，增幅為114.3%.T3時(shí)期噴施Zn肥處理，增幅為27.0%-54.0%，中水平（20 mg·L-1）處理的效果優(yōu)于其余處理，增幅54.0%。T4時(shí)期噴施Zn肥處理，增幅為11.1%-90.5%，中水平處理的效果顯著，增幅為90.5%.T2時(shí)期噴施中水平Zn肥可穩(wěn)定增加油菜地上部生物量。

Zn 作為植物生長(zhǎng)發(fā)育必需的微量營(yíng)養(yǎng)元素，是植物體內(nèi)多種酶的活性組分和激活劑，在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中發(fā)揮重要作用，不僅能促進(jìn)植物生殖器官發(fā)育，還能提高植物抗逆性[10]。在Zn缺乏或活性低的土壤中施用Zn肥可以通過(guò)提高作物Zn營(yíng)養(yǎng)而有效促進(jìn)作物生長(zhǎng)。董如茵等研究表明，土施和噴施Zn肥可以不同程度地提高Cd低積累油菜和普通油菜的地上部產(chǎn)量[11]。索炎炎等研究也發(fā)現(xiàn)，在鎘污染農(nóng)田中噴施Zn肥對(duì)提高水稻籽粒產(chǎn)量有顯著作用[12]。周坤等研究表明，在有效Zn含量為1.9mg·kg-1的Cd 污染土壤上噴施50-400μmol·L-1的ZnSO4，可以通過(guò)改善作物Zn營(yíng)養(yǎng)和緩解Cd毒害的作用，顯著提高番茄產(chǎn)量[13]。在油菜生長(zhǎng)T2時(shí)期噴施中水平Zn肥對(duì)油菜生物量的增加作用顯著，與上述試驗(yàn)結(jié)果一致。

2.2 施用Zn肥對(duì)油菜Cd累積的影響

由圖2可知，與對(duì)照相比，T1時(shí)期噴施Zn肥處理后，油菜Cd含量下降16.8%-21.8%，高水平處理的降幅為21.8%.T2時(shí)期噴施中水平Zn肥處理后，油菜Cd含量降幅為1.4%，其他處理與對(duì)照組相比影響較小。T3時(shí)期噴施高水平Zn肥處理后，油菜Cd含量下降61.0%。T4時(shí)期噴施Zn肥處理后，油菜Cd含量下降17.3%-54.3%，高水平處理的效果優(yōu)于其余處理，降幅為54.3%.T3時(shí)期噴施高水平Zn肥可顯著降低油菜Cd含量。

相似的離子結(jié)構(gòu)使Cd、Zn在理論上會(huì)與競(jìng)爭(zhēng)植物體內(nèi)相同的吸附位點(diǎn)，表現(xiàn)出拮抗作用，使植物體內(nèi)Cd含量降低。 張春榮等的研究表明鋅離子與鎘離子混合后，相同的結(jié)構(gòu)可使它們?cè)谥参矬w內(nèi)相互競(jìng)爭(zhēng)吸附點(diǎn)，減輕了鎘離子對(duì)紫花苜蓿（Medicago sativa）種子的毒害作用[14]。龍思斯的研究表明，葉面噴施Zn肥可以顯著降低水稻Cd含量[15]。宋正國(guó)的研究表明，低、高鎘污染水平下，鋅用量為64mg·kg-1土?xí)r，小油菜體內(nèi)鎘含量較不施鋅肥分別降低31.8%、28.4%（兩季平均值）[16]。T3時(shí)期噴施高水平Zn肥可顯著降低油菜Cd含量，與上述研究結(jié)果相同。2.3 施用Zn肥對(duì)油菜Zn累積的影響

由圖3可知，與對(duì)照相比，T1時(shí)期噴施Zn肥處理后，油菜Zn含量降幅為7.5%-62.2%；高水平處理優(yōu)于其余處理，降幅為62.2%。T2時(shí)期噴施低水平Zn肥后，油菜Zn含量降幅為29.2%，其余處理對(duì)油菜Zn含量影響較小。T3時(shí)期噴施Zn肥處理后，油菜Zn含量降幅為3.6%-60.8%；高水平處理的效果顯著，降幅為60.8%。T4時(shí)期噴施Zn肥處理后，油菜Zn含量降幅為40.5%-69.6%；高水平處理的降幅為69.6%。T4時(shí)期噴施高水平Zn肥可顯著降低油菜Zn含量。

曹玉賢的研究表明，在小麥生長(zhǎng)后期噴施Zn肥可以使小麥籽粒Zn含量幅度增加64%[17]。劉敦一的研究表明，噴施鋅肥可顯著提高小麥、玉米籽粒鋅含量[18]。但本研究表明，在油菜移栽后的末期噴施Zn肥可以顯著降低油菜Zn含量，與上述研究相反.初步推測(cè)可能是該時(shí)期油菜的生物量較大，對(duì)油菜吸收的Zn起到了稀釋作用，導(dǎo)致油菜Zn含量降低.在此不做深入討論。

2.4 施用Zn肥對(duì)油菜Fe、Mn含量的影響

由圖4可知，與對(duì)照相比，T4時(shí)期噴施Zn肥處理后，油菜體內(nèi)Fe含量的降幅為40.3%-41.2%，高水平噴施處理最大降幅為41.2%；其余水平處理對(duì)油菜體內(nèi)Fe含量影響不顯著。T4時(shí)期噴施Zn肥處理后，油菜體內(nèi)Mn含量降幅為7.5%-71.2%；與對(duì)照相比，高水平噴施處理最大降幅為71.2%。其余時(shí)期處理對(duì)油菜體內(nèi)Mn含量無(wú)顯著影響。T4時(shí)期噴施高水平Zn肥可有效降低油菜體內(nèi)Fe、Mn含量。

3 結(jié)論（Conclusion）

在中度Cd污染土壤中，T2時(shí)期噴施中水平（20 mg·L-1）Zn肥，可以顯著增加油菜地上部生物量。T3時(shí)期噴施高水平（40 mg·L-1）Zn肥可以顯著降低油菜地上部Cd含量。T4時(shí)期噴施高水平Zn肥可以顯著降低油菜Zn含量。

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收稿日期：2017-04-28

基金項(xiàng)目：山西省太原市太原工業(yè)學(xué)院大學(xué)生科技創(chuàng)新項(xiàng)目

作者簡(jiǎn)介 ：胡浩（1995-），男，太原工業(yè)學(xué)院環(huán)境工程專業(yè)大三學(xué)生。

通訊作者：李劍睿，講師，博士，研究方向?yàn)橥寥佬迯?fù)。