噴施鋅肥對油菜吸收鎘的影響

吳 華，李 娜，肖 柯，蔣 杰，李超凡

(太原工業學院，山西 太原 030008)

引 言

隨著工業化迅速發展，導致環境污染問題日益嚴重，尤其是土壤環境，重金屬污染物通過多種途徑進入土壤，造成土壤污染[1-3]。Cd是其中最首要且毒性最強的重金屬污染物之一，在土壤中活性較強，對人體健康產生嚴重危害。根據我國環境保護部與國土資源部公布的全國土壤污染調查公報，目前我國Cd污染土壤面積已達2×105km2,占總耕地面積的1/6[4-7]。

通過研究發現，植物必需的微量元素Zn與Cd離子結構相似，理論上會競爭植物體內的吸附位點，表現出拮抗作用[8-9]。基于這一原理，許多研究通過施用Zn肥來降低植物Cd吸收。本次課題就以盆栽實驗，研究噴施不同濃度Zn肥對油菜生長及對Cd污染土壤的修復能力的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試土壤取自山西省太原市南固碾正常菜地土壤，土壤類型為褐土，基本理化性質如表1。供試油菜品種是常規種。供試鋅肥為ZnSO4·7H2O。

表1 供試土壤基本理化性質

1.2 試驗方法

人工污染土制備：供試土壤經風干、粉碎,然后分別加入不同濃度的Cd(NO3)2固體，加入適量水攪拌均勻，使土壤達到高、中、低3種濃度Cd污染。再次風干后，將3種濃度Cd污染土裝入塑料盆中，每盆裝250 g，每種濃度裝5盆。

試驗采用二因子組合設計盆栽試驗，因子一為土壤Cd污染濃度，分別為低、中、高濃度。因子二為噴施次數，分別為0次；1次：移栽后4 d；2次：移栽后8 d；3次：移栽后12 d；4次：移栽后16 d。除對照處理，其余處理完全重合，每個處理3個重復。

用盆隨機區組排列。供試土壤風干后過2 mm篩，裝入塑料花盆中，每盆裝土250 g，油菜種子在裝有人工土蛭石的塑料秧盤中育苗30 d。將育好的油菜秧苗移栽至裝有250 g鎘污染土壤的塑料盆內。采用微型噴霧噴施Zn肥，為避免Zn溶液滲入土壤，噴施Zn肥時用塑料薄膜覆蓋于盆口。

1.3 樣品分析

成熟油菜收獲后，用去離子水洗凈稱量鮮重。將其自然風干，稱量干重，粉碎備用。植物樣Cd、Zn含量分析采用HNO3-HClO4法(體積比3:1)消解，待測液中的重金屬含量均采用原子吸收光譜儀測定。土壤基本理化性質按土壤農化常規分析方法測定。

1.4 數據處理

實驗所用數據采用Miscrosofit Excel2010和spss19軟件進行統計分析

2 結果及討論

2.1 施用Zn肥對油菜生物量的影響

對圖1進行分析，不同濃度Zn處理對油菜生物量影響不同。與對照數據相比，土壤低濃度鎘污染下不同次數處理，增幅為1.48%～10.37%，低水平處理效果最好，增幅為10.37%；土壤中濃度鎘污染下不同次數處理，降幅為8.21%～44.10%，高水平處理效果最好，降幅為8.21%；土壤高濃度鎘污染下不同次數處理，增幅為1.1%～29.55%，低水平處理效果最好，增幅最大為29.55%。其中，土壤高濃度鎘污染時，油菜生物量變化較為顯著。

圖1 施用Zn肥對油菜生物量的影響

Zn是植物營養必需的微量元素之一，是植物體內多種酶的活性組分和激活劑，在葉綠素合成、基因表達、細胞生長和增殖中發揮重要作用，促進植物生殖器官發育，提高植物抗性。對于鋅含量低、土壤活性低的土壤，加入適量鋅肥可提高土壤鋅含量，促進作物鋅營養，進而促進作物生長發育。在鎘污染土壤中，施用鋅肥，Zn/Cd的拮抗作用可緩解Cd的毒害，提高油菜生物量。

2.2 施用Zn肥對油菜Cd含量的影響

對圖2進行分析，植物Cd含量整體上降低。土壤低濃度鎘污染下不同次數處理，降幅為3.45%～41.38%，中水平噴施處理油菜鎘含量最低；土壤中濃度鎘污染下不同次數處理，降幅為3.64%～36.36%，中水平噴施處理油菜鎘含量最低；土壤高濃度鎘污染下不同次數處理，其降幅為5.19%～34.07%，中水平噴施處理油菜鎘含量最低。可看出，對不同濃度鎘污染土壤生長的油菜，中水平噴施鋅肥降低鎘含量效果最好，油菜體內Cd積累最低。

Zn和Cd離子結構相同，化學性質相似，二者在植物-土壤系統中呈復雜的交互作用，具體表現為拮抗、協同或者獨立，但交互作用主要體現在拮抗作用上：1) 對土壤離子交換吸附位點相同，在土壤中，Zn和Cd產生競爭，表現拮抗作用，Zn抑制Cd的吸附，降低Cd積累量。2) Zn、Cd競爭植物細胞膜表面的吸收位點和細胞內的轉運蛋白，表現為拮抗作用，Zn抑制植物對Cd的吸收或轉運。因此，在鎘污染土壤上噴施鋅肥可通過Zn/Cd的拮抗作用，促進油菜生物量，降低鎘積累量。

圖2 施用Zn肥對油菜Cd含量的影響

2.3 施用Zn肥對油菜Zn含量的影響

對圖3進行分析，總體上植物Zn含量顯著提升。土壤低濃度鎘污染時，進行不同次數噴施處理，增幅為18.18%～205.19%，中水平噴施處理效果最好，增幅最大為205.19%；土壤中濃度鎘污染時，增幅為23.94%～254.93%，中水平噴施處理效果最好，增幅最大為254.93%；土壤高濃度鎘污染時，增幅為10.29%～213.24%，中水平噴施處理效果最好，增幅最大為213.24%。

圖3 施用Zn肥對植物Zn含量的影響

從圖3中得出，噴施次數為4時，無論土壤鎘污染為多少，油菜Zn含量無太大變化,初步推測，是因為后期植物已停止生長，導致植物體內鋅含量并無明顯變化。

2.4 施用Zn肥對土壤有效Cd含量的影響

對圖4進行分析可知，土壤中的有效鎘含量沒有明顯變化。

圖4 施用Zn肥對土壤有效Cd含量的影響

試驗發現，土壤有效鎘含量主要通過作物對土壤元素的吸收來影響。作物鎘積累主要受根部吸收和由根部向地上部轉運兩個過程的控制。施加鋅肥，Zn/Cd的拮抗作用抑制作物鎘積累，使土壤中有效鎘含量沒有明顯變化。

3 結論

1) 噴施鋅肥可有效提高Cd低積累油菜的地上部生物量；與對照相比，最大地上部生物量增加為10.37%。

2) 噴施鋅肥可有效降低Cd低積累油菜的地上部鎘含量；與對照相比，最大有效降幅為41.38%。

3) 噴施鋅肥可提高Cd低積累油菜鋅含量。中水平噴施處理效果最好，增幅最大為213.24%。