施氮水平對小麥幼苗吸收和富集重金屬的影響

施嫻　劉艷紅　張德剛　何芳芳　王田濤

摘要：采用室內盆栽試驗，研究復合污染土壤不同施氮（尿素）水平N0（CK）：0 mgkg；N1：100 mgkg；N2：200 mgkg；N3：300 mgkg；N4：400 mgkg；N5：500 mgkg]處理對農作物小麥幼苗生長及吸收富集重金屬As、Cd和Pb的影響。結果表明，施氮肥有利于增加小麥幼苗的株高、葉寬和根長，其中，以N2處理對株高和根長最好，分別比CK增加229%和268%；葉寬以N1處理較好，增加166%，但與N2未達顯著差異；施氮肥能顯著增強小麥對重金屬的吸收和轉運，與CK相比不同施氮處理的小麥As和Cd轉移系數增加11～33倍，其中As和Cd的轉移系數分別以N3和N4處理最高，Pb轉移系數除N1和N4外，其余施氮處理均低于CK；小麥中Cd和Pb富集系數分別比CK增加123%～315%和23～46倍，其中Cd和Pb的富集系數分別以N1和N3最高，As的富集系數除N1外，其余均低于CK。因此，針對復合污染農田土壤，中、高水平尿素氮肥對強化小麥對重金屬的修復效果較好。

關鍵詞：小麥；氮肥；重金屬；吸收；富集

中圖分類號： S512106文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2017）21-0063-03

收稿日期：2016-05-05

基金項目：云南省應用基礎研究計劃（編號：2013FD048）；紅河學院碩博項目（編號：XJIS0918）。

作者簡介：施嫻（1984—），女，云南金平人，碩士，講師，研究方向為植物營養與環境。Tel：（0873）3698575；E-mail：shixiang841123@163com。

通信作者：劉艷紅，博士，教授，從事植物營養與環境研究。Tel：（0873）3698974；E-mail：kidliu1968@126com。

隨著我國城市化和工業化發展，環境污染在不斷加重，土壤重金屬污染成為重大生態破壞和環境污染問題之一1-2]，其中農田土壤中砷（As）、鎘（Cd）和鉛（Pb）被列為我國土壤最典型的污染重金屬3]。國內外有關重金屬污染土壤修復技術從物理修復、化學修復、生物修復、農業生態修復技術等都有一定研究，但大多數研究主要是針對單一重金屬污染，對農田復合污染的研究較少4-6]。近年來，開始有學者采用高生物量的農作物來實現土壤重金屬污染的修復7-9]，發現具有高生物量的經濟作物如小麥10-11]成為具有修復重金屬污染土壤潛力的植物，它具有生物量大、栽培面積廣等特點。同時，施肥是農作物種植過程中的重要措施，不同形態、不同濃度化肥會造成土壤-植物根際環境狀況的改變，影響重金屬在土體中的化學行為，導致重金屬有效性的差異，從而影響植物對重金屬的吸收12-13]。本研究以小麥為試驗材料，通過小麥田施用不同水平氮肥于復合污染土壤上，比較其對小麥吸收和富集重金屬的影響，探討小麥在重金屬復合污染土壤上的生長狀況及重金屬在體內的富集特征，以期為合理利用并修復重金屬復合污染土壤提供理論依據。

1材料與方法

11供試材料

供試小麥品種為云麥39號，由云南省農業科學院糧食作物研究所提供。供試土壤為棕壤土，采自云南省個舊市大屯選礦廠周邊重金屬復合污染農田，土壤樣品采集后經風干、磨碎、過5 mm篩，用于作物培養。土壤的基本理化性質為全氮含量8 gkg，全磷含量5018 gkg，全鉀含量37 gkg，As含量318 gkg，Cd含量113 gkg，Pd含量858 gkg。

12材料處理

采用盆栽試驗設計，施用氮肥為尿素，設0、100、200、300、400、500 mgkg等6個處理，對應處理編號分別為 N0（CK）、N1、N2、N3、N4、N5，每個處理3個重復。

盆栽試驗采用白色塑料花盆（內徑20 cm，高18 cm），每盆復合污染土壤（過5 mm篩）的用量為12 kg。基肥采用KH2PO4和KCl，用量分別為120、200 mgkg，添加預設用量的尿素，陳化平衡2周。陳化期滿將催芽后的小麥種子播入盆中，每盆播8粒種子，2周后間苗，留長勢均勻的4株。在 20～30 ℃ 條件下培養，每隔3 d觀察小麥生長情況，生長期間澆水并經常捉蟲，防止蟲害（不噴灑農藥，以減少試驗誤差）。植物生長期從2014年12月4日至2015年1月6日，生長期滿分別收獲小麥的地上部分和地下部分。

13測定方法

植株樣品用自來水洗干凈后用去離子水清洗2～3次，在105 ℃殺青30 min，70 ℃下烘干至恒質量。土壤基本理化性質參照文獻14]測定。土樣全量As、Cd、Pb的含量采用硝酸-硫酸-高氯酸消煮，ICP法測定；植株中中As、Cd、Pb的含量采用硝酸-高氯酸消煮，ICP法測定，有效態As采用NaH2PO4法提取15]，有效態Cd、Pb采用二乙三胺五醋酸-三乙醇胺法提取14]。

重金屬轉移系數（BTC）=地上部重金屬含量地下部重金屬含量；重金屬富集系數（BAC）=植物中重金屬含量土壤中重金屬含量。

14數據處理

采用Microsoft Excel軟件進行數據處理并繪圖，用SPSS 130統計軟件進行方差分析和相關性分析。

2結果與分析

21不同施氮水平對小麥長勢的影響

從表1可知，在重金屬復合污染土壤中，施肥處理小麥株高、葉寬和根長均明顯增加。株高和根長以N2處理數值最大，分別較對照增加229%和268%。JP2]N5處理株高低于CK處理，這可能是因為施肥量過高抑制了小麥幼苗生長。葉寬以N1處理較好，較CK增加166%，且達顯著差異。可見，適量施氮有利于促進復合重金屬污染土壤中小麥的生長，而過量施氮對小麥生長有抑制作用。

22施氮肥對小麥吸收As、Cd和Pb的影響endprint

對小麥地上部分和地下部分的重金屬含量測定結果（圖1）分析表明，不同施氮水平對小麥吸收As、Cd和Pb有明顯影響。JP2]與CK相比，施氮肥處理的小麥地上部分和地下部分As的含量分別增加218%～576% 和478%～102%。其中N3處理的小麥地上部分和地下部分As含量顯著高于CK，達到極顯著水平，與其他施氮處理相比達顯著水平。小麥地上部分和地下部分相比，各施氮處理地上部分As含量高于地下部分。

與對照相比各施肥處理小麥地上部分Cd含量增加108%～246%，其中以N4處理最高，顯著高于對照，但與其他處理差異不顯著。小麥地下部分Cd含量與CK相比呈現下降趨勢，下降008%～172%，其中含量最少的是N3處理，處理間顯著不顯著。

與對照相比，施氮處理小麥地上部分和地下部分重金屬Pb含量分別增加19～30倍和10～50倍。其中，地上部以N4處理最高，顯著高于其他各處理；地下部分以N3處理最高，與對照和其他施氮處理差異達顯著水平。

總的來說，中、高濃度施氮有利于小麥吸收重金屬As和Pb的含量，各處理地上部分重金屬As、Cd和Pb的含量高于地下部分。

FK（W11]TPSX1tif；S+3mm]

23不同施氮水平對土壤有效As、Cd和Pb含量的影響

從不同氮肥施用量處理土壤中As、Cd、Pb含量的測定結果（圖2）表明，施氮量對土壤中As、Cd、Pb含量有一定的影響，但處理間差異均未達到顯著水平。與CK相比，施氮處理土壤中As均有不同程度（60%～199%）增加，其中以N2處理最高，N4次之，但均未達到顯著差異。各施氮處理土壤Cd含量較對照均有一定程度減少，減少幅度在148%～152%之間，其中以N2處理減少最多。各施氮處理土壤中Pb含量，與CK相比均有一點程度減少，減少值在259%左右，其中以N4處理減少最多，顯著低于CK，但與其他處理未達顯著差異。

24不同施氮水平對小麥吸收As、Cd、Pb的影響

為了進一步反映施氮量對小麥吸收As、Cd、Pb轉移能力的影響，計算出小麥的轉移系數（BTC）和富集系數（BAC）（表2）。各施肥處理的小麥As的轉移系數依次為N3>N5>N2>N4>N1>CK，分別是CK的33、27、21、19和11倍；Cd的轉移系數大小依次為N4>N3>N2=N1>N5>CK，分別是CK的144、135、125、125和120倍；Pb的轉移系數依次為N1>N4>CK>N5>N2>N3，N1和N4分別高于CK 831%和361%，而其他處理均低于CK。

FK（W10]TPSX2tif]

施氮量對小麥As、Cd、Pb地上部分富集系數（BAC）有明顯的影響，各施肥處理的小麥對As的富集系數（BAC）表現為N1>CK>N5>N2>N3=N4，在施肥處理中，N1較CK高13%，其他處理均低于CK；對Cd的富集系數（BAC）表現為N1>N2>N4>N5>N3>CK，分別比CK增加315%、308%、228%、166%和129%；對Pb的富集系數（BAC）表現為N3>N4>N2>N5>N1>CK，分別是CK的46、36、34、31和23倍。

25氮肥與小麥吸收As、Cd、Pd的相關性

關系。施氮量與地上部分含量和地下部分含量呈現負相關，其中與地下部分達顯著相關（r=-0574），與重金屬轉移系數（BTC）和富集系數（BAC）均為正相關，因此施氮量也是影響小麥吸收重金屬的主要因素之一。除此之外，地上部分含量與地上部分含量和轉移系數（BTC）之間均達到極顯著正相關（r=0896，r=0806），地下部分與富集系數（BAC）為顯著正相關（r=0543）。

3結論與討論

施肥是保障農業增產、增收的重要農業措施之一，施用氮肥能促進小麥的生長。申玉香等研究氮素水平對小麥幼苗形狀和營養元素含量的影響，認為施氮（N） 量控制在020～033 gkg，可以促進小麥植株生長發育，表現在株高、莖基寬、鮮重和干重等指標上16]。本研究中也發現，以中等濃度處理（N2）效果最佳，能促進植株生長。

化肥對重金屬在土壤中的吸附解吸、形態轉變、遷移有較大作用，會影響作物對重金屬的吸收17]。重金屬復合污染比單一重金屬元素污染作用機理更復雜，但與實際情況更為貼近。本研究發現在As-Cd-Pb復合污染土壤中，施用不同量的氮肥對小麥地上部分和地下部分吸收和積累重金屬有促進作用，施氮肥時Cd、Pb的富集系數高于CK，這與李志賢等的研究結果9]一致。一般來說，復合污染土壤重金屬有效量較低18]，同時還與小麥本身富集重金屬有關，韓晉仙等研究發現小麥對 As 和 Cr 的吸收能力較低，而對 Ni 和Cd 的吸收能力較高19]。施用氮肥對小麥吸收土壤中重金屬的吸收具有分異特性，本研究結果表明，As-Cd-Pb在小麥體內的含量分布規律為莖葉>根，這一點與很多研究不一致10，20-21]。這可能是由于供試小麥的品種、施肥類型和施肥量、土壤類型、重金屬元素的形態、水溫條件、選取的生育期不同有關。因此，施氮肥對于重金屬在小麥植株體內不同器官的分布不能一概而論，還有待進一步的試驗驗證。

在復合污染土壤中，施氮有利于增加小麥幼苗的生長，以N2（200 mgkg）處理最好；不同施氮量能顯著增強小麥對重金屬的吸收和轉運，小麥地上部分吸收重金屬含量高于地下部分；從施氮水平來說，中濃度施氮水平有利于小麥吸收積累重金屬As和Pb。施氮量與地上部分含量和地下部分含量呈負相關，與重金屬轉移系數（BTC）和富集系數（BAC）呈正相關，因此施氮量也是影響小麥吸收重金屬的主要因素之一。

HS22]HT85H]參考文獻：

1]ZK（#]王煥校 污染生態學M] 北京：高等教育出版社，2000：188endprint

2]龍新憲，楊肖娥，倪吾鐘 重金屬污染土壤修復技術研究的現狀與展望J] 應用生態學報，2002，13（6）：757-762

3]陳懷滿 土壤中化學物質的行為與環境質量M] 北京：科學出版社，2002：78-79

4]JP2]徐明崗，劉平，宋正國，等 施肥對污染土壤中重金屬行為影響的研究進展J] 農業環境科學學報，2006，25（增刊1）：328-333

5]郝漢舟，陳同斌，靳孟貴，等 重金屬污染土壤穩定固化修復技術研究進展J] 應用生態學報，2011，22（3）：816-824

6]黃益宗，郝曉偉，雷鳴，等 重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐J] 農業環境科學學報，2013，32（3）：409-417

7]JP2]黃益宗，朱永官，胡瑩，等 玉米和羽扇豆、鷹嘴豆間作對作物吸收積累Pb、Cd的影響J] 生態學報，2006，26（5）：1478-1485

8]焦鵬，高建培，王宏鑌，等 N、P、K肥對玉米幼苗吸收和積累重金屬的影響J] 農業環境科學學報，2011，30（6）：1094-1102

9]李志賢，向言詞，李會東，等 施氮水平對玉米吸收和富集重金屬Cd、Pb的影響J] 水土保持學報，2014，28（6）：143-147，166

10]ZK（#]邵云，姜麗娜，李向力，等 五種重金屬在小麥植株不同器官中的分布特征J] 生態環境，2005，14（2）：204-207

11]陳曦，楊麗標，王甲辰，等 施用污泥堆肥對土壤和小麥重金屬累積的影響J] 中國農學通報，2010，26（8）：278-283

12]俄勝哲，楊思存，崔云玲，等 我國土壤重金屬污染現狀及生物修復技術研究進展J] 安徽農業科學，2009，37（19）：9104-9106

13]鄭喜珅，魯安懷，高翔，等 土壤中重金屬污染現狀與防治方法J] 土壤與環境，2002，11（1）：79-84

14]鮑士旦 土壤農化分析M] 3版北京：中國農業出版社，2000

15]Huang R Q，Gao S F，Wang W L，et al Soil arsenic availability and the transfer of soil arsenic to crops in suburban areas in Fujian Province，southeast ChinaJ] Science of the Total Environment，2006，368（23）：531-541

16]申玉香，欒文婷 氮素水平對小麥幼苗性狀和營養元素含量的影響J] 中國農學通報，2009，25（24）：196-199

17]樓玉蘭，章永松，林咸永氮肥對污泥農用后土壤中重金屬活性的影響J] 上海環境科學，2004，23（1）：32-35

18]Vig K，Megharaj M，Sethunathan N，et al Bioavailability and toxicity of cadmium to microorganisms and their activities in soil：a reviewJ] Advances in Environmental Research，2003，8（1）：121-135

19]韓晉仙，馬建華 污灌區土壤-小麥系統重金屬污染、遷移和積累——以開封市化肥河污灌區為例J] 生態環境，2004，13（4）：578-580，591

20]王曉瑞，周生路，吳紹華 長江三角洲地區小麥植株的重金屬分布及其相關性——以昆山市為例J] 地理科學，2011，31（2）：226-231

21]馮紹元，邵洪波，黃冠華 重金屬在小麥作物體中殘留特征的田間試驗研究J] 農業工程學報，2002，18（4）：113-115endprint