（植物营养学专业论文）镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究.pdf

镉对菜心生长的影晌及镉污染土壤的治理研究 摘要 试验首先采用单因素对比盆栽试验，研究不同浓度镉胁迫下，菜 心的生长情况及镉在菜心植株内的积累情况。然后采用“3 1 1 一a ”最 优混合设计，研究碳酸钙、钙镁磷肥、胡敏酸组合配比对治理土壤镉 污染的效果。试验结果如下： 1 菜心对镉胁迫具有较强的忍耐力，向土壤添加低浓度的镉对 菜心的生长基本无影响，添加高浓度的镉则会对菜心的生长产生毒害 作用。镉降低菜心叶片的叶绿素含量，抑制菜心对钾的吸收，但却增 加菜心叶片的n 、p 含量。 2 菜心吸收积累镉的能力较强，向土壤加入o 6 m g k g 的镉虽然 没有对菜心产生毒害作用，但是菜心植株中的镉含量却已经超过国家 制定的有关蔬菜等农产品含镉量应该低于o 0 5 m g k g 的骅标准。 1 3 土壤中酸可提取态镉的含量和菜心地上部分镉含量均与土壤 p h 值呈极显著的负相关关系，菜心地上部分镉含量则与土壤中酸可 提取态镉含量呈极显著的正相关关系。 4 碳酸钙、钙镁磷肥、胡敏酸都可以减少土壤中酸可提取态镐 的含量，其减少效果为钙镁磷肥 碳酸钙 胡敏酸；菜心地上部分镉含 量随碳酸钙、钙镁磷肥、胡敏酸用量自每增加而降低。 5 向土壤施用适量配比的碳酸钙、钙镁磷肥和胡敏酸不但能够 减少菜心对土壤中镉的吸收，而且还可以提高菜心的产f 怯面逝9 治理镉污染土壤的目的。 关键词：镉菜心污染土壤治理 e f f e c to fc a d m i u mo nt h eg r o w t ho f f l o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g ea n ds t u d i e so n r e m e d yo fc a d m i u mc o n t a m i n a t e ds o i l a b s t r a c t s i n g l ef a c t o rc o n t r a s tp o te x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u tt os t u d yo nt h e g r o w t ho fn o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g ea n dc a d m i u ma c c u m u l a t i o n i n p l a n tu n d e rd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n sc a d m i u ms t r e s s a n d 山e n ，1 “3 1 1 一a ” o p t i m u mc o m p o u n dd e s i g nw a su s e dt os t u d yo nr e m e d yo fc a d m i u m c o n t a m i n a t e ds o i lw i t hc a l c i u m c a r b o n a t e ， c a l c i u m m a g n e s i u m p h o s p h a t ea n dh u m i ca c i d t h er e s u l t sw e r es u m m a r i z e da sf o l l o w s 1 f l o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g eh a ds t r o n gt o l e r a n c et o c a d m i u m s t r e s s ，t h el o w - c o n c e n t r a t i o nc a d m i u mi ns o i lh a dn os i g n i f i c a n te f f e c to n i t sg r o w t h ，b u tt h eh i g h - c o n c e n t r a t i o nc a d m i u mi ns o i lc o u l di n h i b i ti t s g r o w t h c a d m i u mr e d u c e dt h e 硷t a l a m o u n to fc h l o r o p h y l l i nl e a v e so f f l o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g e ，i n h i b i t e dt h eu p t a k eo fp o t a s s i u m ，w h i l e i t i n c r e a s e dt h ec o n t e n to fn i t r o g e na n dp h o s p h o m si nl e a v e s 2 f l o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g eh a dg r e a tc a p a c i t yo fa b s o r b i n ga n d a c c u m u l a t i n gc a d m i u m a i t h o u g hc a d m i u mw a s n th a r m f u lt oi t sg r o w t h w h e nt h ea d d i t i v ec a d m i u mc o n c e n t r a t i o na c h i e v e d 0 6 m k g ， t h e c a d m i u mc o n t e n ti nn o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g eh a db e e ne x c e e d e dt h e i i l c h i n e s e h e a l t h y f o o dc r i c e r i o nt h a tt h ec a d m i u mc o n t e n ti nt h e a g r i c u i t u r a lp r o d u c e s s u c ha s v e g e t a b l e s s h o u l db es m a l l e rt h a n 0 0 5 m 眺g 3 t h es o i lp hv a 王扰w a sn e g a t i v es 噜n i f i c a n t l yc o r r e l a t e dw i t ht h e c o n t e n to fa c i d s o l u b l ec a d m i u mi ns o i la n dt h ec a d m i u mc o n t e n ti n a e f i a lp a r t so fn o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g e t 1 1 ec a d m i u mc o n t e n ti na e r i a l p a n so ff l o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g ew a sp o s i t i v es i g n i f i c a n t l yc o r r e l a t e d w i t ht h ec o n t e n to fa c i d s o l u b l ec a d m i u mi ns o i l 4 c a l c i u mc a r b o n a t e ，c a l c i u mm a g n e s i u mp h o s n h a i ea n d ：l u l l j 丸 a c i d ，a uo ft h e mc o u l dr e d u c et h ec o n t e n to fa c i d s o l u b l ec a d m i u mi ns o i l ， m es e q u e n c e so ft h e i re 饪e c t sw e r ef 0 1 l o w e dc a l c i u m m a g n e s i u m p h o s p h a t e c a l c i u mc a r b o n a t e h u m i ca c i d w i t ht h ei 1 1 c r e a s eo ft h e i r u s i n ga m o u n t ，t h ec a d m i u mc o n t e n ti n t h ea e r i a l p a r t so ff l o w e r i n g c h i n e s ec a b b a g ea sw e l la sd e c r e a s e d 5 a p p r o p r i a t ea m o u n to fc a i c i u mc a r b o n a t e ，c a l c i u mm a g n e s i u m p h o s p h a t ea n dh u m i ca c i dn o to n l yc o u l dd e c r e a s ec a d m i u mu p t a k eb y a o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g e ，b u a l s oi n c r e a s 宴t h ey i e l d o fn o w e r i n g c h i n e s ec a b b a g e ，t h e r e b yr e m e d yo fc a d m i u mc o n t a m i n a t e ds o 订c o u i db e a c h i e v e d k e y w o r d s ：c a d m i u m ；f l o w e r i i l gc h i n e s ec 曲b a g e ；c o n t 锄i n a t e d s o i l ；r e m e d y i v 广西大学硕二l 学位论文 镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究 月l j 吾 随着社会经济的迅猛发展，人类活动对生态环境的影响日益突出，环境问题己成为 全人类关注的焦点之一。工业“三废”的排放，农药化肥的大量使用，交通工具尾气的 排放以及城市垃圾、污泥、废水及大气沉降等，使得各种污染物在环境中的扩散加速， 造成农作物产量和品质下降、优良品种退化迅速，严重制约农业的发展。其中，土壤 重金属污染因其隐蔽性、不可逆性和后果的严重性而受到人们的普遍重视，它的研究在 理论上涉及地球科学、环境科学和生命科学等重要领域，在实践上与有关环境标准的制 定、食物链污染的控制、土壤一植物系统净化功能的开发等关系密切，因而长期以来一 直是科学家们研究的热点问题之一。同时，由于土壤是一个开放、复杂的非均一体系， 影响因素多，重金属在土壤中的化学行为和生态效应复杂，因此土壤重金属污染的控制 又是研究的难点( 陈怀满，1 9 9 6 1 吼 一镉的危害 镉是当今重金属污染中面积最大的剧毒金属元素之一，因其在生物圈中的高度移动 性和对作物的高度毒害性，被视为重金属中最具有危害性的一种污染元素【3 j 。世界卫生 组织确定镉为优先研究的食品污染物，联合国环境规划署提出1 2 种具有全球性意义的 危险化学物质，镉被列为首位【”。镉不仅会导致作物的减产和品质的下降，而且对动物 和人有很强的毒害作用。动物试验表明，镉能抑制生长，引起高血压等疾病口以及对酶 系统、生育力和某些必须元素的不良影响。镉对人类产生危害的最大特点是过量镉通过 食物链传递而具隐蔽性和累积性n 镉中毒的典型病症是肾功能受破坏。骨骼中有过量 。镉蓄积会使骨骼软化、变形、骨折、萎缩。举世闻名的日本神通川流域发生的“骨痛病” 就是由于镉污染引起的【5 “。 我国目前重金属污染的农田面积逐年扩大，据统计，遭受镉污染的农田面积已达 1 3 3 万公顷f 周卫等，2 0 0 1 ) f 7 ，闻名全国的沈阳张士镉污染区由于不合理引用沈阳西部 卫工明渠含镉工业污水灌溉，造成镉对土壤、作物的污染。污灌区附近土壤耕作层镉浓 度达5 0 8 m g ，l ( g ，糙米镉浓度达1 0 9 m g l 【g ，大大超过了国家规定的食品安全标准弘1 。另 外被重金属污染的粮食每年也多达1 2 0 0 万吨，合计经济损失至少2 0 0 亿元。重金属污 染土壤主要分布在大中城市郊区和一些大中型工矿企业周围。沈阳、上海、杭州等市郊 蔬菜地重金属污染超标率高达5 0 以上，有些超标浓度高达5 0 多倍。例如，在珠江三 角洲地区，近期对广州、深圳、珠海郊区的1 3 2 个农业土壤样品分析测定，重金属普遍 广西大学硕：i ：学位论文镉对菜心生氏的影响及镉污染土壤的治理研究 超标，其中广州市锌、镉、汞超标率分别高达4 9 、8 2 、7 7 。从而严重地影响了产 地生态环境的安全与农产品的安全( 周乃元、王仁武2 0 0 2 ) 1 9 j o 二土壤中镉的来源及镉的形态 镉是一种稀有分散元素，未污染土壤中镉的主要来源是其成土母质。一般在世界范 围内，土壤中的镉的含量范围为o o l 2 m g k g ，平均为0 3 5m 班g ( 许嘉林、杨居 荣，1 9 9 5 ) 【1 0 】。我国土壤的背景值平均只有o 0 9 7m g k g ，以9 5 置信度的含量范围为 o 0 1 7 o 3 3 3m g k g ( 孟凡乔、吴文良，2 0 0 0 ) 【1 1 】。土壤镉污染的主要来源是采矿、冶 炼、电镀及基础化工行业的废水、废气和废渣【l o 】；施用含镉的化肥1 1 2 】、农药以及农用污 泥也是土壤镉污染的重要来源【1 3 】。据统计，世界上由冶炼厂和镉处理厂释放到大气的镉 大约为1 0 0 万公斤，接近整个大气污染总量的4 5 。世界上某些磷肥含有高量的镉【1 4 1 。 据估计，磷肥中平均含镉量7 m g i 【g ，给全球带入约6 6 万公斤镉。美国西部海相沉积磷 矿石生产的磷肥平均含镉1 7 4 m 班g ，施用3 6 年磷肥，小区土壤含镉量从原来的 0 0 7 m 眺g 提高到1 0 m g ，l ( g ，澳大利亚磷肥含镉为2 5 5 0 m g l ( g ，城市污泥含镉可高达上 千m g 瓜”。 镉可被土壤吸附，吸附的镉一般在0 1 5 厘米的土壤表层累积，1 5 厘米以下含量显 著减少f 1 6 】。土壤中镉的迁移能力受到许多因素的影响，包括p h 值、c e c 、有机质含量、 土壤氧化还原电位和镉的形态等( e r i k s s o n ， 1 9 8 9 ；e r i k s s o n ，1 9 9 0 ：) 【1 7 18 1 。虽然 镉在介质中的浓度是植物吸收镉的重要影响因素，但是不同土壤的理化性质会明显影响 到镉的存在形态，从而影响镉的生物有效性。土壤中镉的赋存形态十分复杂，一般可分 为水溶态镉、吸附态、交换态镉、铁锰氧化物结合态镉、碳酸盐态镉、有机态镉、硫化 物态镉和晶格态镉( 王云，1 9 9 5 ) l ”l 。其中，无机态的镉比有机态的镉对植物更有效， 水溶无机态镉总比非水溶性的更有效( 李花粉等，1 9 9 9 ) 【2 0 ) 。一般认为对植物有效的土 壤镉主要以水溶态、交换态和碳酸盐结合态形式存在。 三重金属污染土壤的治理措施 3 1 物理措施 目前，修复重金属污染土壤的途径主要有物理措施、生物措施和农业工程措施。物 理措施包括客土、换土、翻土及去表土法、电化学法、淋洗法等，物理措施治理效果 最为显著、稳定，适应性广，但投资大，存在二次污染和肥力降低问题，适于小面积的 广西大学硕：i ：学位论文 。_ _ _ _ _ _ _ _ 。_ _ _ _ _ _ _ _ - 。_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 重度污染土壤的治理。 3 2 生物措施 镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究 生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法，利用生物消减、净化土壤中 的重金属或降低重金属毒性。包括植物修复和微生物修复，生物措施的优点是实施较简 便、投资较少。缺点是治理效率低( 如超积累植物通常都矮小、生物量低、生长缓慢且 地域性强) 【2 2 l ，所以生物修复技术在生产上推广还存在较大困难。 3 3 农业工程措施 用农业工程措施的方法降低土壤中重金属活性来达到减少其向植物累积是目前用 得最多，也是经济有效的方法之一。在植物一土壤体系中，影响重金属由土壤向植物转 移、积累的主要因素是：土壤中可供植物根系吸收利用的重金属形态与浓度、有机质和 p h 值，以及植物根系的阳离子交换容量【2 3 】。土壤中对植物有效态的重金属主要是水溶 态和部分交换态，两者在土壤中的含量与植物体内重金属的含量呈正相关关系。对于碳 酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机质硫化物态、残渣态的重金属，其含量与植物体 内重金属含量没有明显的相关性| 2 4 】。所以改变土壤中重金属的存在形态是土壤污染治理 和无公害生产研究的一个内容。植物可以直接利用的镉的形态主要是水溶态和部分交换 态的镉，所以在镉污染的土壤上种植作物，要减少镉在植物体内的累积，只要能减少土 壤中水溶态和交换态的镉的含量，即把土壤中植物有效态的镉钝化为无效态的镉，就可 以达到此目的【2 5 2 酣。 3 3 1 中性化技术治理镉污染土壤 研究表明土壤的p h 值与土壤重金属的有效性呈明显负相关关系，即高p h 能降低土 壤重金属的活性。p i 值的高低可显著影响镉在土壤中的存在形态和化学行为，降低土壤 的p h 值可提高镉的可溶性和生物有效性。随着p h 的升高，土壤对c d 的吸附量和吸附 能力急剧上升，最终发生沉淀：在p h 6 以下c d 的生物有效性随p h 的升高而增加，而 在p h 6 以上c d 生物有效性则随p h 升高而降低( 廖敏，2 0 0 0 ) 【2 7 】。祖艳群等人( 2 0 0 3 ) 的研究也表明：p h 值较低，已经成为了蔬菜重金属含量高的重要因素，p h 值降低可导 致碳酸盐态和氢氧化物结合态重金属的溶解、释放，同时也可增加吸附态重金属的释放例。 因此，对酸性土壤的重金属污染而言，控制土壤重金属通过食物链对人畜产生危害的常 用方法之一就是所谓的“中性化技术”，即施用能提高土壤p h 值的物质( 如石灰、钙镁 磷肥、碳酸钙等) i ，通过向污染土壤投加改良剂来调节土壤的p h 值，使重金属元素 3 广西大学硕：i ：学位论文镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究 以重金属沉淀物的形式存在，降低重金属的生物有效性，从而减少土壤重金属污染。以 钙镁磷肥治理镉污染的土壤有明显效果，一方面，c a 2 + 与c d 2 + 有拮抗作用，另一方面提 高土壤p h 值，且p 0 4 3 。可与重金属结合，降低其生物活性。曹仁林等在酸性镉污染水 田施用钙镁磷肥的田间试验表明镉污染水田一次性投加高量钙镁磷肥后，可使土壤p h 显著升高，交换态镉分配系数明显下降，碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态分配系数明 显升高，导致土壤中有效态镉含量大幅度下降，从而大大减少水稻植株的吸镉量，且后 效持久。所以施用适量钙镁磷肥是治理镉污染土壤行之有效的方法之一。j i a n g u ol i u 则认为土壤中的磷酸根数量对于镉的钝化有重要作用【3 2 j 。林匡飞等( 1 9 9 4 ) 报道钙镁磷 肥和硅肥的施用可以使土壤中有效镉含量降低5 7 2 6 3 5 【3 3 j 。廖敏等( 1 9 9 8 ) 报道 土壤中水溶态和交换态的镉随施用c a c 0 。量的增加而减少【。 3 3 2 有机物料治理镉污染土壤 有机物料中的有机质也对重金属污染也具有缓冲和净化作用。表现在( 1 ) 参与土 壤离子的交换反应，增加土壤阳离子交换量，提高土壤环境容量；( 2 ) 稳定土壤结构， 提供生物活性物质，为土壤微生物活动提供基质和能源，从而间接影响土壤重金属的行 为；( 3 ) 是重金属离子的螫合剂。有机物料的比表面积和对重金属的吸附能力远远超过 任何其它的矿质胶体，腐殖质分解形成的腐殖酸可与土壤中重金属形成络合物降低了植 物的吸收【3 5 3 6 1 。多数研究表明，镉污染土壤上施入有机肥，可显著降低镉对作物的毒害 程度【3 7 】。形态分析显示土壤中水溶态和交换态镉在施用有机肥之后的一段时间内明显减 少，而有机络合态镉明显增加f 3 8 j 。另有研究表明，施入有机肥后土壤有效态镉含量降低， 并且有机肥中以芳构化程度高的组分如泥炭，能减少金属对作物的危害【3 9 】。有机物质还 兼具有改善土壤结构、调节土壤养分、调节植物生长的功能。而一般的有机物质和腐殖 质含有富里酸和胡敏酸，富里酸对土壤重金属有活化作用，胡敏酸有抑制作用，所以直 接用腐殖质作为改良剂，其改良效果很不稳定。廖敏、黄昌勇( 2 0 0 2 ) 报道，胡敏酸可 以降低镉的毒性【“。 胡敏酸、胡敏素与金属离子形成的配合物是难溶的，可以降低土壤中有效金属离子 的浓度，从而减轻重金属的污染。我国从8 0 年代也开始对腐殖酸与金属相互作用的研 究。中科院南京土壤研究所陆长青、朱燕婉( 1 9 8 2 ) 【3 94 1 】对腐殖酸的数均分子量及其腐 殖酸一镉络合物的稳定常数进行了研究，提出了测定腐殖酸的数均分子量和腐殖酸一镉 络合常数的方法。同时中科院环境研究所薛含斌、董惠茹( 1 9 8 2 ) 【4 2 】也研究了腐殖酸和 广西大学顾：b 学位论文镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究 粘土矿物对镉的联合吸附性能，并结合电子显微形态的考察对其相互作用机制和吸附模 型进行了讨论。白玲玉、陈世宝( 2 0 0 0 ) 【4 3 1 研究了腐植酸与c d 、z n 的络合特性。王丹 丽、王恩德( 2 0 0 1 ) i 删研究了腐殖质对水体重金属离子的吸附作用。余贵芬、青长乐 ( 2 0 0 2 ) 【4 5 | 深入探讨了腐殖酸不同组分对红壤中铅镉形态分级与活性的影响，结果表明， 腐殖酸的添加使红壤中c d 和p b 的残渣态向有机态转化。用量越大、温度越低，转化效 应越明显。因而胡敏酸作为重金属污染土壤的改良物质已越来越受到重视。 四本试验的目的和意义 由于菜地长期施用污泥或用含镉污水灌溉，导致一些地区的土壤被镉污染，引起镉 在蔬菜中的残留积累。据报道广州地区的菜心受镉污染比较严重，而菜心对土壤中镉的 吸收积累量较大，因此采用农业工程措施如增施改良物质，利用改良物质对土壤重金属 的沉淀作用、吸附作用和拮抗作用，降低重金属的扩散性和生物有效性，从而减少作物 对镉的吸收和积累；已成为当前亟待解决的问题。 采用有机物料与中性化技术相结合的方法，有可能发挥无机改良物质较强的抑制效 果，又发挥有机物料对土壤肥力质量较强的调节功能，取长补短，对镉污染的酸性土壤 形成更好的治理效果，更有利于此类土壤的可持续利用。并且施用磷肥、碳酸钙及有机 物料于酸性土壤上，方法简单，费用适中，效果明显，是处在生产第一线的农民所乐意 接受的，以该方法治理酸性的镉污染土壤，是行之有效的。国内外大量研究集中于中性 化和有机物料本身的改良效果的研究上，对镉污染的酸性土壤上有机物料与中性化技术 的共同作用的效果的研究比较少见。我国南方镉污染土壤主要是酸性土壤，因而采用有 机中性化技术对酸性镉污染土壤进行治理，具非常重要的意义。 借鉴前人的研究成果，本试验以南方地区常见的赤红壤发育成的菜园土壤为研究对 象，选用菜心为材料，研究碳酸钙、钙镁磷肥、胡敏酸组合配比对治理土壤镉污染的效 果，同时研究镉胁迫下，菜心的生长发育情况和镉在菜心植株内的积累情况。探讨三种 物质及其配比对菜心吸收积累镉的影响，为镉污染土壤的治理和菜心的无公害生产提供参 考。 广西大学硕二 ：学位论文镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究 1 1 试验材料 第一章材料与方法 1 1 1 供试土壤 试验土壤采用广西大学农学院农场赤红壤发育成的菜园土壤，其主要农化性状如表 l 一1 。 表1 1 供试土壤的主要农化性状 1 a b l e l 1 p r i m a r yc h e m i c a lp r o p e r t i e so fe x p e “m e n ts o i l 1 1 2 供试植物和试验药品 供试植物为四九菜心，试验药品有c d ( n 0 3 ) ：4 h 2 0 ( 分析纯) 、c a c 0 3 ( 分析纯) 、钙 镁磷肥( 主要化学性状见表1 2 ) 、胡敏酸。 1 1 3 胡敏酸的提取 胡敏酸( h u m i ca c i d 简称h a ) 的提取方法按照腐殖酸的经典提取制备方法s t e v e n s o n 法，并在此基础上作了一些改进。试验步骤：泥炭：4 n a 0 h = 1 ：5 的比例搅拌混匀， 反应1 8 小时，加入结晶硫酸钠以絮凝其中的无机胶体，继续反应6 小时后，滤去上层 泡沫及下层胡敏素沉淀，得到粗腐殖酸溶液，加入盐酸溶液，调节p h 至1 5 左右，静 止、离心，得到富里酸粗样( 上清液) 和胡敏酸粗样( 沉淀) 。胡敏酸粗样溶解于4 n a 0 h ， 用盐酸调p h 至7 0 。调好p h 后的胡敏酸用玻璃纸半透膜装好，置于水中渗析，直至用 a 9 2 s 0 4 检验无c 1 一离子反应为止。将胡敏酸置于冰箱冷藏，备用。为保证试验中胡敏酸 组份样品的均匀一致，整个研究所需的胡敏酸组分的制备为一次性完成。胡敏酸主要的 化学性状见表1 2 。 广西大学硕：1 二学位论文镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究 表1 2 钙镁磷肥和胡敏酸的主要化学性状 t a b l e l 2 p r i m a r yc h e m i c a lp r o p e r t i e so fc a l c i u mm a g n e s i u mp h o s p h a t ea n dh a 1 2 试验设计 试验首先采用单因素对比盆栽试验；然后采用“3 1 1 一a ”最优混合设计进行菜心的 盆栽试验。 1 2 1 单因素对比盆栽试验 采用单因素对比笳栽试验，随机区组设计，用规格为4 6 c m 2 1 c m 1 5 c m 的泡沫箱 种植，每箱装土1 0 k g ，以加外源镉的方式处理土壤，设6 个处理，每个处理2 盆，每盆 种6 株，重复3 次，每个处理共种植3 6 株。分别在幼苗期、营养生长盛期、收获期测 定可食部分镉的含量，选出超出国家蔬菜重金属镉含量卫生标准( c d 0 0 5 m g l 【g ) 的 最低c d 处理浓度，同时研究镉胁迫下，菜心的生长发育情况及镉在菜心植株内的积累 情况。试验设计见表l 一3 。 表1 3 试验设计 t a b l e l 3 e x p e r j m e n t a ld e s i 印 ( 处理c k 未添加外源镉，其土壤中的镉含量为采回土壤本身所含有的镉的量) 广西大学硕：l 学位论文 镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理f i j f 究 1 2 2 “3 1 1 一a ”最优混合设计盆栽试验 以单因素对比盆栽试验得出的c d 处理浓度为基础，再加外源镉处理土壤，使土壤 中的镉含量达到一定值，然后采用“3 1 1 一a ”最优混合设计进行菜心的盆栽试验，每盆 种6 株，试验因素含有碳酸钙( x 1 ) 、钙镁磷肥( x 2 ) 、胡敏酸( x 3 ) ，探讨三种物质及 其配比对菜心吸收积累镉的影响，为镉污染土壤的治理和菜心的无公害生产提供参考。 1 2 2 1 供试因素上下水平 表l 一4 供试因素上下水平( 单位：班g ) t a b l e l _ 4k v e l so fe x p e r i m e n tf a c t o r s ( u n i t ： g l 【g ) 水平k v e l s因素f a c t o r s x l 碳酸钙x 2 钙镁磷肥x 3 胡敏酸( 以其有机碳舍量算) 一 c a c 0 3 c a l c i u mm a g n e s i u m h u m i ca c i d 1 2 1 ! 璺! ! 上水平u p p e rl e v e l 6 0 4 0 0 6 零水平z e ml e v e l 下水平l 0 w e r l e v e l 3 0 0 0 2 o 0 0 0 3 0 o 1 2 2 2 供试水平编码表 表l 5 供试水平编码表( 单位：眺g ) t a b i e l 5c o d en u m b e ro fd i f f e r e n ti e v e i so fe x p e r i m e n tf a c t o r s ( u n i t ： 班g ) 广西大学硕：i ：学位论文镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究 处理 m e 栅朗协 x 1 碳酸钙 c a c 0 1 x 2 钙镁磷肥 c a l c i u mm a g n e s i u m 已垒旦! 旦! 垒堡 x 3 胡敏酸 h u m i ca c i d 编码值施用量编码值施用量编码值施用量 c o d e dd a t e u s i n g c o d e dd a t e u s i “g c o d e dd a t e u s i n g a m o u n ta m o u n ta m o u n t 9 广西大学硕： ：学位论文镉对菜心生长的影响及锅污染土壤的治理研究 1 3 栽培与管理 种植试验于2 0 0 5 年5 月6 日至2 0 0 5 年1 1 月1 0 日在广西大学农学院无公害蔬菜示 范基地温室大棚内进行，室内实验分析在广西大学农学院农业资源与环境实验室进行。 采用基质育苗，待幼苗长出三片真叶后，选取长势一致的秧苗统一移栽，苗龄1 5 天左右。 1 3 1 单因素对比盆栽试验栽培方法 从广西大学农学院农场采集土壤，采回的土壤经自然风干后过3 m m 孔径筛混匀， 用四分法取样留待测定土壤的主要理化性状。把过筛的均匀土壤装盆，每盆装土1 0 b ， 然后把每盆土壤各自倒回干净的塑料薄膜上，按表1 3 将不同浓度的外源镉 c d ( n 0 3 ) 2 4 h 2 0 溶液用喷雾器均匀地喷洒到土壤中，使各处理土壤中的镉达到一定含量， 混合均匀，平衡两周之后各处理分别取样，用于测定种植前土壤中酸可提取态镉的含量。 移栽前，每盆土混入1 5 1 5 1 5 复合肥5 9 作为菜心生长的底肥，用水淋透土壤，培养 一周，再移栽秧苗。定植后的追肥结合浇水进行，于缓苗后开始追施复合肥，以后每5 天施稀肥一次，在现蕾的时候再追肥一次。菜心收获后，各处理土壤同样分别取样，测 定种植菜心后土壤中酸可提取态镉的含量。 1 3 2 “3 11 一a ”最优混合设计盆栽试验栽培方法 把过筛的均匀原土装盆，每盆装土1 0 k g ，然后把每笳土壤各自倒回干净的塑料薄膜 上，同样用喷雾器加入外源镉c d ( n 0 3 ) 2 4 h 2 0 ，使土壤中的镉含量达到0 6 m k g ，每盆 土混入1 5 1 5 1 5 复合肥5 9 作为菜心生长的底肥，混匀土壤后，加适量去离子水，平 衡两周。按表1 6 的试验方案加入改良物质，再加上c k l ( 受镉污染但不加改良物质) 和c k 2 ( 不受镉污染也不加改良物质) 两个对照处理，混匀土壤，平衡一周，再移栽秧 苗。定植后的追肥方法与单因素对比笳栽试验的追肥方法相同。 1 4 采样方法 单因素对比盆栽试验于菜心定植后第1 0 天开始采样，以后每7 天采样一次，共采3 次，早上9 ：0 0 一1 0 ：0 0 进行，用大信封装取，拿回实验室后，用去离子水冲洗，用滤纸 轻轻地吸干上边的水分，部分鲜样用于测定叶绿素等项目。其余样品装入牛皮纸信封， 8 5 恒温3 0 分钟杀青后，6 5 烘干至恒重，用不锈钢粉碎机粉碎后放回牛皮纸信封， 放进干燥器中保存备用。 “3 1 1 一a ”最优混合设计笳栽试验于菜心收获期沿地面剪取地上部分，地下部分和 l o 广西大学硕二i j 学位论文镉对菜心生长的彬响及镉污染土壤的治理研究 土倒在干净的薄膜上，抖去粘在根部的土壤，洗干净，用滤纸吸干植株表面的水，称量 鲜重，然后8 5 恒温3 0 分钟杀青后，6 5 烘干至恒重，粉碎待用。待测土壤则用四分 法取样，自然条件下风干，过2 0 目筛，装入塑料袋储存备用。 1 5 分析测定的项目和方法 1 、土壤的p h 值、碱解n 、速效p 、速效k 、c e c 、有机质采用常规分析方法测定1 4 7 】。 2 、植株农艺性状的测定：从定植后1 0 天开始测量菜心的株高、茎粗、叶片数和叶片长 和叶片宽。以后每7 天测定一次。菜心收获后测定植株单株鲜重。 3 、植株生理生化指标的测定：叶绿素含量的测定用丙酮酒精混合提取分光光度法【4 8 】。 植株n 、p 、k 含量分别采用h 2 s 0 4 一h 2 0 2 消煮，半微量凯氏蒸馏法测定全氮含量；钼黄 比色法测定全磷含量；火焰光度法测定全钾含量。 4 、土壤全镉1 4 9 l ：王水一高氯酸一原子吸收光谱法。取土样风干5 克，置于1 5 0 毫升硬质 三角瓶中，加少量水湿润样品，加王水2 0 毫升，轻轻摇匀，于电热板上加热保持微沸， 待棕色氧化物基本赶完后，取下冷却，加高氯酸1 0 2 0 毫升，继续加热直至冒白烟， 直至土样呈灰白色糊状，同时作空白试验。取下样品冷却，用水洗涤容器内壁，摇匀， 过滤到1 0 0 毫升容量瓶中，用原子吸收火焰光度法进行测定镉含量。 5 、菜心植株叶片、茎部、根部全镉含量：碘化钾一m i b k 萃取一原子吸收光谱法【删 称取样品5 2 5 克置于5 0 m 1 瓷坩埚中，在普通电炉上低温炭化，至不冒烟为止，然 后移入高温电炉中5 0 0 灰化1 6 h 左右，冷却至室温，加硝酸一高氯酸混合酸( 3 ：1 ) 5 1 0 m 1 ，用玻璃棒将残存的碳捣碎，用盖覆盖，在电热板上加热，使不干涸，必要时再加 少量混合酸，如此反复处理，直至残渣成白灰色，待坩埚冷却后，加l m 0 1 lh c l 溶液 1 0 2 0 m l ，用坩埚盖覆盖，在8 0 9 0 加热5 分钟溶解残渣，并移入5 0 m 1 容量瓶，用 水定容，备用。吸取待测液和相同体积空白液1 0 m 1 分别置于分液漏斗中，加水至3 5 m l ， 用量筒加磷酸1 6 m 1 ，加饱和碘化钾溶液5 m l ，混合，放置5 分钟后，加m i b k 试剂1 0 m 1 摇动3 5 分钟，萃取碘化物，静止分层后，分离出m i b k 溶液于具塞试管中。最后用原 子吸收火焰光度法进行测定镉含量。 广西大学硕二l 学位论文锅对菜心生氏的影响发镉污染土壤的治理研究 6 、土壤中酸可提取态镉含量的测定 根据欧共体参比司( e u r o p e a nc o m m u n i t yb u r e a uo fr e f e r e n c e ) 对土壤重金属形态 进行分级，可把土壤重金属划分为酸可提取态、氧化物结合态、有机结合态和残余态。 其中酸可提取态相当于交换态和碳酸盐结合态的总和，这些组分与土壤结合较弱，在酸 性条件下最易被释放，具最大的可移动性和生物有效性。因此，对于土壤中各形态的镉， 我们只需测定酸可提取态镉的含量，就可以了解土壤中对植物具有生物有效性的那部分 镉的变化情况。 土壤酸可提取态镉的具体测定方法为：称土样1 0 0 9 ，用4 0 m i j 0 1 m o l l - 1h o a c 在 2 5 连续振荡1 6 小时，然后过滤到5 0m l 容量瓶中，用原子吸收火焰光度法测定提取 液中的镉含量1 5 l l 。 1 6 统计分析方法 用美国s a si n s t i t u t e 公司开发的s a s 软件中的多项式回归分析方法建立回归方程和 检验，并采用其中的d u n c a n s 法进行f 检验和多重比较。 广西大学硕：l ：学位论文镉对菜心生氏的影响及镉污染土壤的治理研究 第二章结果与分析 2 1 镉对菜心生长的影响及菜心吸收积累镉的情况 2 1 1 镉对菜心叶片长、叶片宽和单株重量的影响 菜心的长势从其生长的各个时期的叶面积和平均单株重量可以反映出来。试验结果 表明，菜心对镉胁迫具有较强忍耐力。由表2 1 可以看出，在低浓度镉胁迫下，处理 a 、b 与对照c k 的叶片长、叶片宽及单株重量上均差异不显著，处理a 在各个时期的 长势甚至还略好于对照c k 。也就是说，土壤中存在较低浓度的镉可能会促进菜心的生 长；但随着镉处理浓度的不断增加，菜心的生长明显受到抑制，处理c 的叶片长和单株 重量显著低于对照c k ，而处理d 、e 的叶片长、叶片宽和单株重量与对照之间的差异 均达到了极显著，处理e 的植株更是出现了明显的镉毒害症状，表现为生长迟缓、植株 矮小、叶片黄化。 表2 1 镉对菜心生长的影响 t a b l e 2 1t h ee f f e c to nl h eg r o w t ho fn o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g eb yc d 注：测量的时间均从定植后开始算起 广西大学硕：i ：学位论文镉对菜心生长的影响及铺污染土壤的治理研究 2 1 2 镉对菜心叶片养分含量的影响 氮是蛋白质、核酸、叶绿素等生命物质的重要组成部分，对菜心的生长和品质高低 有重要关系。磷则是核蛋白、核酸和磷脂的组成部分，与各种生化活动密切相关，磷是 参与含氮化合物代谢的酶的组成元素，叶片中硝态氮还原酶的电子供体f a d h ( 烟酰胺 腺嘌呤二核苷酸) 由磷酸甘油醛产生，因此，磷对硝态氮在植株体内的还原有重要作用。 钾能够促进植物体内酶的活化，增强光合作用，提高抗逆性等，在改善作物品质方面起 着良好的作用，被称为“品质元素”1 5 2 j 。通过分析菜心叶片中的氮、磷、钾含量，我们 可以了解镉对菜心吸收养分的影响。 由表2 2 和图2 1 可以看出，菜心叶片的全氮含量随着镉处理浓度的增加而增加， 除了处理a 与对照差异不显著之外，其余各处理叶片的全氮含量均显著高于对照，这就 说明镉胁迫下，氮元素在菜心叶片中的含量会增加：由表2 2 和图2 2 看出，菜心叶 片的全磷含量受镉的影响较小，处理a 、b 、c 、d 与对照均差异不显著，只有处理e 显著高于对照，说明在镉胁迫下，可能会增加菜心对磷的吸收：由表2 2 和图2 3 可 以看出，菜心叶片的全钾含量随着镉处理浓度的增加而降低，处理c 、d 、e 的叶片全 钾含量显著低于对照，而低浓度处理a 、b 与对照差异不显著，说明镉胁迫下，菜心对 钾的吸收会受到抑制，从而影响菜心的生长发育。 表2 2 镉对菜心叶片n 、p 、k 含量的影响 t a b l e 2 2t h ee f f e c to nt h ec o n t e n to f n pa n dk i nl e a v e so f n o w e “n gc h i n e s ec a b b a g eb yc dt r e a t m e n t s 1 4 广西大学硕：l 学位论文镉对菜心生长的影响及锅污染土壤的治理研究 ，、萼： 交 鞭 芝0 1 0 d1 7 d2 4 d 定植后天数( 天) d a y sa f t e rt r a n s p l a n t ( d ) 一c k - _ a f b p c pd - e 图2 1 镉处理下菜心叶片的全氮含量 f i 9 2 1 t h enc o n t e n ti nl e a v e so fn o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g eb yc dt r e a t m e n t s 拿1 6 一苫1 5 爸l 掣：1 3 篓l z 剞荟1 1 岜1 1 0 d1 7 d2 4 d 定植后天数( 天) d a y sa f t e rt r a n s p l a n t ( d ) 一c k - _ a _ b pc * _ d - e 图2 2 镉处理下菜心叶片的全磷含量 f i 9 2 2 t h epc o n t e n tj nl e a v e so ff 1 0 w e r i n gc h i n e s ec a b b a g eb yc dt r e a t m e n t s x v 翊 缸 君 州 6 5 5 5 4 5 4 3 5 3 2 5 2 1 0 d 17 d 2 4 d 定植后天数( 天) d a y sa f t e rt r a n s p l a n t ( d ) 一c k _ a 一b * 一c * 一d - e 图2 3 镉处理下菜心叶片的全钾含量 f i 9 2 3 t h ekc o n t e n ti nl e a v e so fn o w e r i n gc h i n e s ec a b b a g eb yc dt r e a t m e n t s 一_6一pcopcoo e3hpo乱 广西大学硕士学位论文镉对菜心生长的影响及镉污染土壤的治理研究 2 1 3 镉对菜心叶片叶绿素含量的影响 叶绿素存在于光合作用的重要器官叶绿体中，它直接影响植物光合作用的强度，同 时植株叶片叶绿素的含量也与植物的营养状况和干物质的积累密切相关。叶绿素的含量 是反应污染物对植物伤害程度的一个重要指标【5 3 】。土壤中的镉与镁、钙、铁等叶绿素的 重要组成元素存在拮抗作用。研究表明，高浓度重金属可以破坏叶绿素的合成过程，并 影响叶绿素酶的活性p j 。由表2 3 和图2 4 可以看出，镉胁迫对菜心叶片叶绿素含量 的影响较明显，但低浓度的镉处理对菜心叶绿素含量影响不大，处理a 、b 与对照差异 不显著，而处理c 、d 、e 的叶绿素含量在菜心生长的各个时期均显著低于对照。这就说 明，土壤中存在高浓度的镉会抑制菜心叶片叶绿素的合成，从而影响植物的光合作用， 进而影