（环境工程专业论文）镉锌复合污染对紫花苜蓿积累重金属及吸收营养元素的影响.pdf

a b s t r a c t i no u rc o u n t r y , w i t ht h ed e v e l o p m e n to f i n d u s t r y , t h es e w a g ei su s e dt oi r r i g a t e + a l f a l f ai sak i n do f e u g e n i cg r a z i n g s o m es t u d i e sh a v ei n d i c a t e d ：a l f a l f ac a l lt o l e r a t eh i g hc o n c e n t r a t i o no fh e a v ym e t a l s oo u rs t u d yr e s e a r c h e d ：o i lt h ec o m p o u n di n f e c t a n ts o i lb yc da n dz n t h ef e a s i b i l i t ya n ds e c u r i t yt o p l a n t i n ga l f a l f a , a n dd i s c u s st h ei n f e c t i o no fc a d m i u ma n dz i n ct on o u d s h m e n ta b s o r b i n g 。t h e 蛙h d y i n d i c a t e ：w i t ht h ec o n c e n t r a t i o no fc a d m i u mi ns o i li n c r e a s i n g ，t h ec o n t e n to fc a d m i u mi na l f a l f a i n c r e a s e z i n cd e p r e s st h ea b s o r p t i o no f c a d m i u m w i t ht h ec o n c e n t r a t i o no f z i n ci ns o i li n c r e a s i n g ，t h e c o n t e n to f z i n ci na l f a l f ai n c r e a s e ，h i g hc o n c e n t r a t i o no f z i n cd e p r e s st h ea b s o r b i n go f z i n c t h ea v a i l a b l ec a d m i u mc o n c e n t r a t i o ni n s o i la n dc a d m i u mi na l f a l f ai sal i n e rr e s p o n s e 。t h ep o w e r e q u a t i o nc a ns i m u l a t et h er e l a t i o n s h i po fe n r i c h m e n tm o d u l u so fa l f a l f at oc a d m i u ma n dt h ea v a i l a b l e c a d m i u mi ns o i l t h ee x p e r i m e n tg a i n e dt h r e es t u b b l ea l f a l f a ，t h es e c o n ds t u b b l ea l f a l f ah a v el e a s t c a d m i u m t h ec o n 瓣n to f c a d m i u mi ns o i li sm a r k e di n f e c t i o nt okpa n df ei na t f a l 蕊a n dt h ec o n t e n t o fz i n ci ns o i li sm a r k e di n f e c t i o n 协ka n dm n 。p l a n t i n ga l f a l f ah a v el e s si n f e c t i o nt ot h ec o n t e n to f c a d m i u m ，b u th a v em a r k e di n f e c t i o nt ot h ea v a i l a b l ec a d m i u m al o wc o n c e n t r a t i o no fc a d m i u mc a n a c c e l e r a t et h ec o m p o s eo f p r o t e i n ah i g hc o n c e n t r a t i o no f c a d m i u mc a r ld e p r e s st h ec o m p o s eo f p r o t e i n 1 t sf e a s i b l et op l a n t i n ga l f a l f ai nt h eg e n t l yp o l l u t e ds o i lb yc a d m i u ma n dz i n c x e yw o r d s ：c a d m i u m ，z i n c ，q u a l i t y ，n u t r i t i o ne l e m e n t ，f e a s i b i l i t y i i 独创性声明 y ：9 3 8 7 8 1 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 聚。尽我所知，除了文中姆别翔强标注秽致嚣豹地方静，论文中不镪含其毽入强经发 袭或撰写过的研究成果，也不包含为获褥中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确豹说朝并表示了巍意。 研究生箍名：枥b 趋 怖年歹月移目 关于论文使用授权的说明 本人完垒了解中蚕农簸大学毒关儇餐、使爱学位论文酶耀定，帮：学校套投绦鏊 邀交论文的复印件和磁盘，允许论文被谶阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研触妣耱蟪 帆州年；目 导师签名 时间：易砂彳年f 月f 同 第一章引言 1 1 研究意义 1 1 1 土壤重金属镉锌污染的现状 镉( c a d m i u m ，c d ) 是一种古老的金属元素在自然界广泛分布于土壤和水体中，自然界中 镉与锌、铜、铝是伴生的，锌矿中含镉量一般为0 0 0 1 5 - 0 5 ，高者可达2 一5 。镉是环境 中对人类毒性最强的重金属元素之一，环境中镉污染的主要来源是有色金属矿的开发和冶炼排出 的废气、废水、废渣：煤和石油燃烧排出的烟气；含镉肥料的旋用也是造成镉污染的原因之一 此外，镉在电池、电镀、制造合金、焊料、颜料、电视机荧光屏、半导体元件、照相材料、杀虫 剂、餐饮具、食品包裴、机械弹药等许多生产中用作原料或催化剂，其在生产过程中都有可能产 生镉废料，向环境中排放含镉废物。 早在1 5 0 年前就有镉毒性的报道，至今还没有任何证据表明它是有机体的必需元素。由于镉 在环境中不能降解，一旦进入环境就难以被消除，最终会通过生物链进入人体。镉的生物半衰期 长达1 0 3 0 年，故在有机体中也会长期积蓄造成毒害作用( n o r d b e r go f 1 9 9 2 ) 。镉的环境污 染问题自2 0 世纪2 0 年代伴随着电解锌的生产而开始出现，但直到1 9 6 8 年在日本的富山县神通 川流域出现了“痛痛病”之后，有关镉污染及其生物毒性问题才真正引起全世界的关注。 土壤作为开放的缓冲动力学体系，在与周围的环境进行物质和能量的交换过程中不可避免 地会有外源重金属进入这个体系。重金属对土壤的主要污染途径是工业废渣、废气中重金属的扩 散、沉降、累积，含重金属废水灌溉农田，以及含重金属农药、磷肥的大量施用，外来重金属多 富集在土壤的表层。目前，我国受镉、砷、铅等重金属污染的耕地面积近2 , 0 1 0 7 h m 2 ，约占总 耕地面积的1 5 ，其中工业“三废”污染耕地1 0 1 0 7 h m 2 ，污水灌溉的农田面积3 3 1 0 6 h m 2 。 我国每年因重金属污染而减产粮食超过1 0 1 0 7t ，另外被重金属污染的粮食每年也多达1 2 1 0 7 t ，由此造成的经济损失合计至少为2 0 0 亿元( 陈怀满，1 9 9 6 ) 。 重金属污染中，尤以镉污染最为严重。在沈阳张士灌区土壤中，经污灌进入土壤中的c d 有 5 6 3 3 累积于土壤的表层，去表土i5 - 3 0 c m 可使稻米中的c d 下降5 0 ( 吴燕玉等1 9 8 4 ) 。我国 有关农田c d 污染的调查工作是2 0 世纪7 0 年代中、后期开始的，但至今未见c d 污染总体状况的 资料报道。何电源等( 1 9 9 1 ) 在1 9 8 7 一1 9 9 0 年间对湖南省的农田污染状况进行了调查，结果发现， 农田c d 污染主要来源于工矿企业排放的废气和废水，在各类c d 污染农田中5 1 0 的面积减产严 重( 何电源等，1 9 9 1 ) 。值得注意的是，我国c d 污染多数是由于引用工业污水灌溉造成的。9 0 年代初，我国污灌农田已扩大到1 4 1 0 6 h m 2 ，由于污灌不当，对6 , 3 1 0 m 2 农田造成不同程度 的污染，其中c d 污染耕地1 3 1 0 4 h m 2 ，涉及1 1 个省市的2 5 个地区。每年生产镉米5 0 1 07 k g 。 如沈阳市张士灌区因污灌使2 5 3 3 h m 2 农田遭受c d 污染( 土壤c d 含量1 o m g k g ) ，其中严重污染 面积( 可能产生的稻米c d 含量l - o m g k g 的农田) 占1 3 ( 吴燕玉等，1 9 9 1 ) 。江西大余县污灌 引起的c d 污染面积为5 5 x1 0 3 i n n 2 ，其中严重污染面积占1 2 ( 王凯荣，1 9 9 7 ) 。在所有在城市的 工波生产过程中，幽于化工冶炼产生“三废”和用煤灰作肥料姆都能造成农田壤镊污染。土壤 孛鹣侔物受e d 浮袋导致“锈米”艟魅区逐毒：洗鞠张士灌莲、上游涉矧灌区、广东豹广斓、鞣荚、 广硝的阳朔、湖南的衡阳、江西的大余等( 冯褥福，2 0 0 0 ) 。在日本，受c d 污染的农田有4 7 2 1 2 5 h m 。， 占黛金属污染总面积的8 2 ( 刘阑胜等，2 0 0 4 ) 。据不完全统计，我国目前遭受锅污染的农田约2 0 万京。 锌崔壤中总禽量一般为t 0 3 0 0 m g k g ，个弱壤可迭羁5 0 0 1 0 0 0m 嚣g 。程一整镀锌矿醚， 土壤的含锌量可离达2 8 0 0m g k g ( 孔令韶，1 9 8 8 ) 。甚至更辩( g r e g o r yr e g , 等，t 9 6 4 m e n a u g h t o n ，s j 等，1 9 7 4 ) 。我国受锌污染的地区也很严重，例如，华南某矿区周围农田土壤中锌 含爨达6 9 0 4 0 0 0m g k g ，华北巢污灌区壤中镣台量超过 5 0 0m g k g ，长期施用污泥的土壤中 镶禽爨遮3 7 0 4 7 0m g k g ( 华珞簿，1 9 9 2 ) 。锌蹩接物生长发蠢豹必需元素，经环凌串遥盈瓣锌 会髓成环境污染，使一些植物受铸不能生存，魑植物可以忍耐下去，或经过长期的适应变成慰 耐邋应型。土壤中锌对植物的毒密程度除了与土壤中锌元素的含量有关，还与植物种的生态学特 经、壤中锌的蠢效量熬多少、土壤硝毽、鸯壤囊含量以及壤中其纯元素等因素有密切魏稽 互笑系。 近年来，由于锌铅矿开采、冶炼、镀锌加工等古锌工业“三废”的不合理排放，或以上述“兰 废”作为改土剂投肥料副成分施入土壤，使土壤中的锌超常积累，成为锌污染壤，我国锌污染 闯簇在近年来开娥突出表现出来，壤受锌污染缀遵增期( 娩冬嚣，1 9 9 7 ；蒋罴掇，2 0 0 2 ) 土壤 被镩污染后，壹按辩壤一植物系统产生危害，严重的使土壤失去自然生产力，成为不毛之娥。 进入土壤中的锌很滩移动，自然净化时间漫长，据a l l a y v a y 的估计，在没有外来锌继续加入，只 通过植物吸收使锌在土壤中消失的时间为1 0 0 0 年( 丁园，2 0 0 0 ) 。因此，对锌污染土壤的修复和 治壤受到整雾各国熬广泛关注，势投入丈重豹大力耪力进 亍磺炎。 目前，对重佥腻污染土壤的治理大致上可归幼为两条途径( 部降低重金属的生物有效性和减 少土壤中重金属的含量) 和四大措施( 即工程措施、生物措施、化学措施和农艺措施) ( 丁嗣， 2 0 0 0 , 龙新宪等2 0 0 2 ) 我国人霸众多，人均溉面积少，尽快恢复镉、锌污染土壤的自然生产 穗力，边生产、慧治理静磐复按术为当蘸辑惫弼。 1 1 2 研究镉锌麓台污染的意义 爨然雾中，德缓鸯多鼹重金瓣元素著存瑷象，懿锌窝锈，南予嚣摄子缝橡籀魏，离子毕强， 电负性都比较接近，因此，在同一生物系统中他们之间可能发鬣相互作用和干扰，二者由于优学 性质与行为的相似性，在自然界总是相互伴生，媳常锌矿中含有定的镉，因而锌镉常伴随危辔， 人们早就注意到土壤中镉的迁移与锌有关( 中尉地理学会自然地理专业委员会瑞，1 9 6 5 ) 。翻此 岙秀究壤中锌鹱囊台污染麴生态散应，薅予合理谨徐二卷戆毒瞧黻爱翻定穗赛熬醛境窖羹撂椽毒 熏鬻意义。 1 。1 2 ，1 镉锌复台湾染对植物生长的影晌 2 锌是间其营养与毒性的元索，锌在植物体内的主要功能有：促进植物光合作用、参与瑕白质 及生长素的合成、许多酶的黧耍组成成分等，是植物生长发育过程中必须的微量元素之一锌与 镛经土壤至g 撬锈，继两由食秘至人俸是箨镐藏害弱主要途径。 相同电性的离子在土壤中可发生交换作用，锌离子可岛土壤胶体上吸附的镉离子发生交换作 用而导致镉离子的解吸或降低其吸附强度，从而提高镉的材效性，但另方面，锌离子又与性质 相似的锈离子竞争根系吸收点蕊降低攫系对镄离子的吸收，逡正反两个方礞鲢相对强弱就决定了 壤中靛锌离子对檀穆骥收锈鹣影睫；镑对穗物吸收稠震熏念藩锈静影嘲热 鼋，舅兹豹菇煮有蓰 个：一种观点怒锌可降低和械物对镉的吸收和积累，c h o u d h a r y 等报道( c h o u d h a r dm 等1 9 9 5 ) ， 镉在硬质小麦备个部分的含擞大小顺序为；根 叶 茎千 籽粒。土壤施用锌可显著减少小麦根茎 硼翻籽粒中斡镪含量，时嚣越爝镩i 墨虽然可以攫奁小麦的恩乎重，但这摹孛施肥方式对小麦攘株锈 台量影响不大。在浚丈利亚离帮严重缺锌酶“士壤上施入2 5 - - 5 o k g h m 2 麴锌髓，将使，l 、蠹籽粒鲍 绢含量减少大约5 0 ，从而提高小麦品质( o l i v e rd p 等，1 9 9 4 ) 。w e l c h 蹲从植物根际吸收和运 输营养元素的原理，采用溶液墙养法研究镣对硬质小麦吸收、积累镉的生理机理，研究袭明：当 溶液中锌的浓发 l g m o l 瓣，可明显搀止镶放壤鳃韧疫罄运羧，著试巍这愚等致，j 、麦籽粒锈含量 辫低的主要原因( w e l c h 蕊簿，1 9 9 9 ) 。秀有报道麓锌可嘲驻降低苠苣藕菠菜襁部对镉的墩收， 且减少镉从根系的木质部运输到茎叶( m c k e n n ai m 等，1 9 9 3 ) 。采用同位豢示踪技术研究不同的 锌水平对镉从硬质小麦叶片遮输到根都和其他茎叶部的影响，发现在不加锌的对照中有2 8 的 镉献l 冀运稳委l 毽捶提在蠹鹣植撩於其毪蓑；髓上，毽是簿豹滚发增麴1 - - 5 ；a n o l f l 霆董，锈瓣运输率 下降4 3 和1 3 ，说明较离浓度的锌处理w 显著抑止镉扶樯物叶片、韧皮部运输至根熬等部位 ( c a k m a ki 锝，2 0 0 0 ) 。有人从植物生理特征变化角度研究锌肥对镉污染的影响，发现诵污染条 件下供锌比不供锌明显提高小麦时绿素含量，提高质膜的稳定性降低小麦体内脯氨酸含擞，从而 疆寒小麦黠镊海粱耱遥静羝餐辘为( 嚣宝蒙餐，2 0 0 0 ) 。镰滋絷霹鞋往，l 、发幼营辗系淫力下洚， 细胞膜透性增大，丙二醛含鬣增加，超氧化物歧化酶和过氧化物酶活性撼嵩等，向镉污染溶液中 加入1 0 - - 3 m o l l 的锌，将使小麦镉毒害引起的生理生化变化得到不同稷度的恢复( 郭潞璞等， 1 9 9 9 ) 。 褶反，遣餐援遘土壤藏镑可健经 童魏对镄静壤收。在锈澎染穗壤上涟a 锌耱，戆馊壤中 的有效态镉岔餐提高，从而掇高小麦籽粒中的镉含量。可感在锌污染的士壤上施入镉，融然能使 土壤中的有效态锌含量提高，但小麦籽粒中的锌含量却降低，在镉污染的土壤上施入锌戏在锌污 染的土壤上藏入镊均导致小麦籽粒产量明照下降，但是加入凝溉肥均能显落提裹镊锌污絷壤的 ，l 、麦产量( 霉臻等，2 0 0 2 ) 。溪力潮中，锱黯蕊重辞对酒藏躲毒害彳睾角，鲞壤鞠镣嚣小于2 5 m g k g 时，锌的投入促进了油菜对镉的吸收，锌对镉有协同作用，但当壤加锌量超过2 5m 肚g 时，投入锌却抑止了油菜对镛的吸收，此时，锌对镉有拮抗作用( 傅桂平镣，1 9 9 5 ) 。 。2 2 锈锌蕊含污染对动黪垒长静影酶 饲料中镉的来源主要有兰个方面：含镉工业三废的排放可直接污染土壤，饲料作物从受污染 驹壤中吸收龋并把它富集予援物体；生长予镊污染豹永体中的求生翅用掇船，可i 每镊浓缩于腿 俸；律耪生长避程中大量使鞠禽锈农药、磷l i 等。踅卦，在既合霭辩生产避程中，使瘸裘瑟镀锈 处理的饲料加工设备、器皿时，因酸性饲料可将镉溶出，也可造成饲料镉涵染( 钟宁等，2 0 0 5 ) 。 已有研究袭明，锈对各种动物有明显的毒害彳乍月，锈对窘禽的毒性作用主要来源于鬻积在这 整动秘辑采食翡饲瓣菇及箕德生物俸的锾，疆对动秘翁影确童要为经毽效森，镉中毒瓣麓褥哥表 现出生长受阻，肌体衰弱、行动缓慢，皮肤糕糙，流泪等癌状肾脏、肝脏、骨骼、心斑管系统、 消化道及生殖系统等组织器宙也会表现出明照的病变。我圈饲料卫生标准规定了家畜。家禽配合 饲料中镊麓兔诲墼不褥大予0 5m g k g 以c d 诗) ，这就要求配合饲料生产的生产实践中袋严格控 制锈的含量。幽予动物体肉缺少有效的保持平衡的辊髑，醋畿体内毒多囊瓣锈懿蓄积，翔继续绘 予镉，仍能增加体内镉的积累。镉进入体内餍能长期贮存，在体内的半衰期很长。镉在动物体内 吸收的主要部位在十二指肠，镉离子可直接影响到小肠上皮粘膜的通透性。a n k e 发现，镉一旦进 入游弛道，被吸收豹捃当浚，毽在钵内骅解遗率较漫。藉万卷摄递，家蓊摄 的锈跨小部分吸收 外，其余大部分( 约9 5 ) 缝由粪便排出锩外( 蒋万春，1 9 9 4 ) 。 锌是动物营养所必需的微量元素之一。谯今，锌是目前确认的微量元索中生理功能最多的一 种元素。它不仪参与机体的备种代谢，而且溉在骨骼发育、生殖、免疫、生物膜稳定和撼因表达 簿生理规躯中挺受重要角色。幽予其在传内广泛麴生理生优涣戆嚣被称为“生念元素”。避年来， 有关锌的营莽擘作用及其在动物生产中的威粥研究比较多，嵩刹量锌的研究和应用是当黼畜牧韭 的热点之一。铧已被作为添加剂广泛用于维持动物健康和掇高生产性能，尤其是在预防断奶仔猪 腹泻和促生长中其效果极为可观( 井明艳钵，2 0 0 4 ) 。 锌窥锈褒入嚣及动物钵瓣摇至费霜已鸯大量熬疆究，跌霜中摄a 兹键将手找人薄露镑麴投 收，同样人体中锌的过量或不足也将影响肌体对镉的吸收，铺对人体的惫害主要表现在：如果人 体内摄入过鼠的镉，在人体的组织内会发生镉锌的置换，如此干扰了需锌的酶系统及依熬锌的生 化反应，改变人体内韵z n c d 比值，导致各种疾病的发生，例如高血压瘸人肾脏的z r g c d 湿著低 予正霉天。美麓人的z r d cd 院穰为1 5 ，莰楚 潮a 豹1 4 。锈对黉骞缀疆豹亲羁力，懿蘩入嚣内 摄取过多的铺，它就有和磷强烈结台的倾向，从而将骨质磷酸钙中的钙排斥出来进入尿液，使其尿 钙含量增大。人体内钙的过缀排泄会使骨质疏松软化、变形、骨折和疼痛，发生所谓“埔痛病”。 铺的致瘰作鼹也值得重视，有错究揭示，受擞性镉中毒的人癌症发病率增离，镉被美国毒理娄员 会翻为第六镟危及入俸健康斡蠢毒秘痿，被黧舔癌症撬掏确定为a 类帮试验动物l 奉瘗帮蘩翔豫癌 的确认致癌物( 刘仁树等。1 9 9 7 ) 。b r z o s k a 替综述和分析了大量的研究资料，发现人体掇入充足 的锌可以降低肌体对镉的吸收与积累，减轻镉对骨的损害。利用镉与其他微精元素以及熟他营养 物质之间熬捐蕊摆拭痒用，添加锌、铁，钙、维生素c 、缎生素d 和腐撼敞都可以在一定程度缓 瓣镰瓣毒性俸翔。锈帮锌在动物俸肉存在骥驻的豹翔量一效应帮帮量一反澎关系，因两静充锌霹 降低动物体内镉的含量和毒性。由于锌与绢为同族元素，宦们的吸收均为被动转运过程，所以小 肠粘膜上皮是镩与镉发生拮抗的重要环节。 锌与镊其肖接抗 喜用，期基锌窘量高予锈，锌便能对抗蠛豹毒蛀作用，髫她橱辩中z n c d 姥 傻较镉静绝霹禽量更有意义。l a m p h e r e 等( 1 9 8 4 ) 提出增加馁瓣中锌含量对降低动物体内销水平具 有实际意义。他们在含有镉5 0m g k g 的小牛饲料中分别添加锌2 0 0m g k g 和6 0 0m g k g ，结果镉在 肾肝、肌肉组织中的含量降低。 4 1 2 紫藏营蓿在农牧监中的地位翻作用 改革开放以来，我豳的畜牧产值每年平均咀1 0 的速度递增，与此同时我国以粮食一猪为基础 的传统农业正面临新的挑战。随着畜牧业的迅速发展，人畜争粮的矛鹰日益突出，加上当前面| 隘 着翔入避赛瑟易组缓君謦舔农产鑫对我蓬枣通戆淬辫，为熊我国撬爨了魏倏节荣羹整狡韭窝孳食 家畜静发展战略，为遣应畜牧业结构调攫，我国及时提出了种植业缩构的调整。即粮食作物一经 济作物一牧草与饲料作物的三元种植结构。大力发展种草养畜，退耕还林，退耕坯荜，也是国家 号召的改祷生态环境的霾要举措。牧蕈是发展畜牧业的重要物质基础，据统计全世界6 0 以上的 喜产熬怒由牧苹转耽疆采。 紫花曹蓿栽培历史悠久，是世界上种植面积较大的一种多年生殷科牧草，具有产量高，适成 性强、革质优良、营养串富、适口性好、易于家畜消化等特点，并攀有牧草之王的凝誉。紫花曹 蓿在世界上种植面积约0 3 3 亿l u n 2 ，其中美国种植面积最大，约0 1 1 亿h m 2 ，年产德近1 0 0 亿美 元，在静棱韭中捧裂算鞠。1 9 9 4 年美强产营蓿于革释蓥蓿撬台干革8 4 0 0 万碡，产傻逡s 7 亿美元。 苜蓿在我国种植已有2 0 0 0 多年的历史，对我国畜牧她的发展做出过黧要贡献。我国现有苜蓿面积 约1 3 3 刀h m 2 ，居世界擀6 位( 杨青川等，2 0 0 3 ) 。襁我国牧草与饲料作物中，紫花惯蓿因具有产 革量离、寓含蛋白质、逐日性好、生物瞬氮能力强、邋应性广的特点，搀作为首选饲料作钫大力 发展。诲多灞定分辑袭鞠：紫兹曹蓿鬻禽蛋鑫矮及矿物质，疆萝b 索和番静维生素，氨基酸，钙 和磷等，萁营养特点主灏有一下几点( 王成章，i 9 9 8 ) ：( 1 ) 粗蛋白古最高，初花期收割的苜蓿。 粗蛋白宙髓为1 6 一2 2 ，一般为1 8 左右。苜蓿搿白质主要存在于叶片中，3 0 - 5 0 的蛋白 质存在予叶绿体中。( 2 ) 糖纾维含量为1 7 2 - 4 0 ，6 ，一般为2 5 震衷，数苣荣于攀羼瞧饲凝； 挺莒蓿孛褪纾维可消化扰倒大，属虢矮纤维饲料。( 3 ) 所含蛋自旗晶质优良氨基酸缀成与乳清粉 接近，仅次于鱼粉，富含赖氨酸，赖氨酸含量1 0 6 - 1 3 8 ，较玉米商4 - 5 倍，有幂u 于平衡谷物 饲料中的赖氨酸的不足。( 4 ) 富含维生綮，特别是叶氨黢，维生素k 、维生素e 和维生索b 1 2 。( 5 ) 室含矿携蒺，妇：磷、镪、键、铁、镁积镑等。( 棼含舜黄聚类物震及多静未熟德嫩长因子( 王 国杰等，1 9 9 4 ) 。近年米，研究发现，蒋蓿纤维素不仅能为反刍动物和一些单雷动物键供能量需 要，而且还具有其他作用( 郊建仙，1 9 9 4 ) ，研究表明，给动物饲喂一定量的苜楷纤维，可以促 进幼畜的蹰硒道发育，降低肠道p h 值，促进肠道有益菌群的繁殖，搦庆阳黄土高原站取样分析， 箕结罴燕褒1 。 袁1 1 陇东紫花首稽不同生育期营养成分比较( 李祺等1 9 8 7 ) t a bl - 1t h e n u t r i t i o nc l e m e n t i nd i f f e r e n t g r o w t h t i m eo f l o n g d o n ga l f a l f a 由袭卜1 可以看出。紫花苜蓿粗蛋肉含量很高，为2 3 3 1 ，玉米的粗蛋白含酸仅为8 5 ， 5 其粗蛋白含最是玉米的2 4 7 倍。因此，紫狍苜蓿作为一种优质牧草，在我国大力发展养殖业的 今天，其发展翁景十分广阑。但是，对牧孳受重金属污染方箍的报道，在我国还比较少，随着我 鞫畜牧监鑫孽发袋，教摹静檀蠹积的扩太，戳教污灌瑶积的扩丈，受耋金属污染篷兹增秘，有关 问题也应该日i 超足够的重视。 表1 2 几种牧草的营养成分( ) ( 盘岭梅1 9 8 7 ) t a b - 2t h en u t r i t i o ne l e m e n to fs e v e r a lg r a z i n g 由表1 - 2 可以看出，紫桤苜蓿的粗蛋自含量均高于其他几军中当家牧草紫花苜蓿的氯簇酸含 蓬遣壤丰富，獒羧氨酸禽整为l 。8 ，是玉凑弱5 嫠多，缎爨酸、精氨酸均楚王蔓熬嚣傣之多。 紫花苜蓿的产革量高，适日性好，畜禽喜食。 紫花苜稽作为优质豆科牧草，人们仅将熟作为一种当窳厦科牧草而己，现在看来，紫托苜蓿 不仅是一秭优质牧草，还就荫提商土壤肥力，保持水土的作用，第一，紫藏苜蓿强大的掇系上的 壤瘥藿其舂镊送的霹氮l 力，辘毽定大气中豹氨素，妻= 怒家转变秀有撬物袋。摆测雾，一公蹊土 地的紫花莒蓿可固定2 7 0 k g 氮索，相当子8 2 5 k g 硝铵( 李襟等，1 9 8 7 ) 第二，二到四年的曹蓿地， 含有大量的根槎使每公顷地的根槎量达到4 9 9 9 - - 4 0 0 0 0 k g ，留下的根槎不仅可以改良土壤结构，形 成固粒，还可以增加士壤的券分，第三，营糟的根系可以从壤中吸取多爨的钙质，曹旗的耐盐 碱性弦强，在簸藏 | 蔓上秘禳哥班减轻盈势( 鬻鑫，2 0 0 3 ) 。 紫花苜蓿根深叶茂，形成瞧好的被覆，可以防治降雨畿接打击地面，截接径流，井可延缓延 坡面而下的襁流速度，削弱水流对土壤的冲删破坏力，并阻挡被冲刷的土粒。同时其强大的根系 积累和鑫结静蠢机物质，又创造了壤良好的吸水力和渗水力静先决条件，所以，紫花蓥稽对保 持承主有强大功效。照井，肖研究表舞：程滨海和蠹陵簸碱缝，在盐分含餐0 3 鳝鞋下熊盐碱 地建人工草地，种植紫花苜蓿，土壤固氮作用强度显著提高，施用磷肥的人工草地，两雄后土壤 圊氮作用强度w 达天然草地的三倍。土壤全氮也有较大增加( 刘东臣等，1 9 9 5 ) 。 剐羽返毒麴蓉蓿萤可以 譬为一赞蔬菜，鬣券协毽丰富掰藏适疆牲好，蔽苕蓿生产遣嚣，a 翻 歇期良来就寄丽蕾蓿俸蔬菜的霹惯，尤其在豢攀蔬菜缺少时，陕西关中农范习惯于春季慕擒营蓿 幼嫩茎叶拌以蕊粉蒸熟食用；现在西安，杨陵等地春季市场上仍有嫩苜稽黼出售供做蔬菜。苜蓿 芽也是有很商价值的绿色营养食品，在国外两餐中是常见的，富含蛋白质、氨基酸、维生素等。 蓉疆是往建豹爨滚檀物，菝期较长，藐蜜麴矮量较好，因藏，秘接营菝慰莽蜂十分有剩。 用莒蓿革块替代3 6 精料补充料可提蕊奶牛的日平均产奶量、乳艟宰、乳蛋向、和干物质， 因此，饲喂苜稽草块能使奶牛的生产性能获得较为理想的教果。苜蓿草块代替3 6 精料补充料饲 喂奶牛，每天每头奶牛增收5 8 2 元，较对照利润提高了1 1 4 7 9 ( 邓先德等，2 0 0 4 ) 6 目前，我国随着我国工业的发展，污灌丽积的扩大，避成污染土壤磷积的增加。找出种对 燕金属污染地鼬台理利用方式势在必行，幽子重金属污染艉地上种植粮食搀物是不安全掬， 考虑鹫紫花慧蒋戆耐重佥震污染筋能力薮在令后发震熬谯势，我粕醑究了在重金属添蟀污染嚣 地上种植紫花觜蓿的可行憔以及安全性，嚣颦能找出解决箍金属污染土她的一种利用方斌一 + 3 磊翦豳内羚矮究理状 紫花苜稽最早是由在e 1 k h e r b a w y l 9 8 9 年靛现生长于铺污染的土壤中，美国德克萨新犬学e i p a s o 分校的j ，l + o a r d e a - t o r r e s d e y 以及k j t i e m a n n 等人多年米利用紫花菌蓿进行了一系列煎盘属 实验，撂窭7 较鸯全囊蕊绪论。承臻实验鼢段，骚浚爱傣魏漕滚黪隧煎为5 0 。壤渡髓力实验绩 巢表孵，紫蕊营蓿在承培环蟪下对吾释重盘麓的吸收量可达鲻班下求平：强 ) 7 。7 m g g ， p b ( i i ) 4 3 m g g ，z n ( i i ) 4 9 m g g ，但是对c r ( ) 没有表现出吸收。作者认为紫花苜蓿具有照著的 根际虑除作用( j 。l g a r d e a - t o r r e s d e y 等，1 9 9 8 ) 。进一步鬻性实验表明，柱c d ( i i ) 、c r ( i i ) 浓度 这雾j 2 0 m g & g ，c u ( 珏、n i ( 疆) 浓度这翼4 0 端酗毽熬薄嚣下，紫蕊首蓉笈芽潼嚣受羹严羹影嚷， 讴是，作者没霄发现紫花曹帮的发芽及生长受剜任何浓度润锌元素影响。他们认走，紫藏营蓿霹 以在含有较慨浓度的c d ( h ) 。c r ( 1 1 1 ) c u ( i 【) 、n i ( ) 以殿投高浓度的z n ( i i ) 的环境中谶行直接 张擅。在1 0 m 醣谑的浓度以下，c r l n m o l l 时，可明显抑止镉从根的韧皮部运输，并认为这是导致小麦籽粒镉含量降低的主要原 因( w e l c ht n 等，1 9 9 9 ) 。另有报道旋锌可明显降低莴苣和菠菜根部对镉的吸收，且减少镉从 根系的木质部运输到茎叶( m c k e n n ai m 等，1 9 9 3 ) 。有人从植物生理特征变化角度研究锌肥对 镉污染的影响，发现镉污染条件下供锌比不供锌明显提高小麦叶绿素含量，提高质膜的稳定性， 降低小麦体内脯氨酸含量，从而提高小麦对镉污染胁迫的抵御能力( 付宝荣等，2 0 0 0 ) 。镉污染 还可以使小麦幼苗根系活力下降，细胞膜透性增大，丙二醛含量增加，超氧化物歧化酶和过氧 化物酶活性提高等向镉污染溶液中加入l o - - 3 m o l l 的锌，将使小麦镉毒害引起的生理生化变 化得到不同程度的恢复( 郭秀璞等，1 9 9 9 ) 。 本实验中，我们仅对紫花苜蓿地上部饲用部分进行了镉含量的测定得出锌对紫花苜蓿吸 收镉有很强的抑制作用，且土壤中锌含量越高，抑制作用越显著，这与前人研究成果基本一致。 根据以前的研究结果，土壤中锌对苜蓿吸收铺存在抑制，可能是通过抑制镉从根韧皮部的运输， 也可能是减少了根部对镉的吸收，或是提高了紫花苜蓿对镉污染胁迫的抵御能力，还需要进一 步实验验证。 堂 旨 一 _ 日 如 挹 子 船 迎 02 0 04 0 06 0 08 0 0 1 0 0 0 土壤中锌音量( m g k g ) 一- 0 - 一不施镉_ 卜l m g k g 镉_ - 一3 m g k g 镉一x 一5 m g k g 镉卜1 0 m g k g 铺i 图3 3 土壤中锌含量对苜蓿中锌含量的影响 f i g 3 3 t h ei n f e c t i o no f z i n ci ns o i lt ot h ez i n ci na l f a f a 鲫舳伯帅加m o 篁瓣中的锌随土壤中铺曲变他 越不施锌 曩2 0 0 m g k g 盈5 0 0 m g k g 8 0 0 m g k g 图3 4 土壤中镉含量对菖稽暇4 暂锌的影响 f i g 3 - 4 t h ei n f e c t i o n & c a d m i u mi ns o i lt ot h cz i n ci n 嚣l f s l f s 由阁3 - 3 可以着出：随施入土壤中锌的含量的增加，菖蓿中锌含量增加，差异极显著。 图3 4 是土壤中镉对苜蓿吸收锌的影响。由图可以看出：镉对镩的影响不如锌埘绢的影响 那么显蓿，表现为较低浓度的镉对紫貔葭蓿吸收锌无艇蕾影嗨，较黼浓度的镊对紫槭营蓿吸收 锌毒餐遴俸霜。 讨论： 已脊研究表明，镉埘低浓度锌向小淹体内转移具有协同作用，而对高浓度锌具宥描抗作用。 ( 余国堂等，1 9 9 2 ) 。对水稻檀株丽富，施镊能使檀拣中锌含量减少，镉禽量增加。憾在缺锌的 情况下，施褥反嚣键避援镑吸牧锌( 徐浇燕等，1 9 9 8 ) 。 在锦污染的土壤上施入镉，虽然能使十壤中的有散态锌含量提商，但小麦籽粒中的锌含量 却降低，在镉污染的r 十壤上施入锌或在锌污染的土壤：施入镉均导致小麦籽粒产量明显下降。 ( 华珞等，2 0 0 2 ) 。 诲多学者试为檀瀚对锌游吸 发被m g 、c a 、b a 、s i 、c u 、m n 、k 簿元素掰竞争鞠挪翩。( 袁 可能，1 9 8 3 ；c h a u d h r y ，f ，m 等1 9 7 2 ；w a l t e r , e s 等1 9 6 5 ) 的研究结果表明：瑚z n ”的浓 度在o 1 - l o g m o l l 范同时，所有碱性阳离子都抑制植物对锌的吸收，抑制力的顺序是 m 9 2 + b a 2 + s ，+ = c a 2 + 。c a 、m g 、k 能大蠛度减少小麦幼蘧对镑瓣吸收( c h a u d h r y ，只m 笛，1 9 7 2 ) 。 毽怒，本实验结象帮褒鬻：低浓浚的锈霹紫花营旗吸收锌影响不大，高浓度翡诵促进紫花 苜蓿吸收锌。即镉对辞的影响，与土壤中镉的含量有燕，这与余国堂镩人的研究成果部分相似。 但是，镉究竟以何种方式影响苣蓿对锌的吸收，还需要进一步研究。 3 2 2 蓠蓿牵镉豹含爨与主壤中有效态镉含量豹荚系 植物对土壤中重金属的吸收是一个非线性的过程。f h q = 土壤和植物参数的确定具有相当螅 难度，经骏攘登瑟菲理论模型零被壤予译徐霸疆霹l 镶壤l 耱系统孛鬟金属瓣生物鸯效链，在已 发表韵文献中，弗兰德刹希模型已被一魑学者实际应用于预测和评价植物对土壤中濑金属德吸 1 6 中国农业大学硕士论文第三章镉锌复台污染对紫花苜蓿吸收留榘镉锌的影响 i i 收，即c m t _ b c 。8 戏l o g ( c m 曲= a l o g c 。i o l + l o g b ( s p o s i t og 等， 1 9 8 4 k u b o it 簿，1 9 8 6 ) ， 蒸孬，鬣金属麴寿效瞧与壤中重垒溪躲总鲎，蛾，帮有艇震含警其鸯授荧密甥蕊荚系，菇魏 有人基于上述三个参数，在对已发表文献的数据进行分析的基础上，采用多元回归方法，建立 了基于土壤重金属全量，p h 、和有机质含量为参数的生物有效性评价模型。此模型只适合重金 属镉和镲。l o g ( m p , 。) 。a + b ( p h “1 ) + o + i o g ( m t o m ) 戏中：p h 指土壤p h 僮，m t 搬壤重金属 蕊量。o m 指壤蠢掇簇含量。醚攒穰凌箨孛重众筑锈簿蘸禽豢。( 李法云等，2 0 0 4 ) 。 重畿属通过污染土壤进入农产品魑其危害人体僦康的重要途径( a 1 1 a c e a 等。1 9 8 9 ) 。土壤 中的重惫属不仅以无机态、有机态存在，还与土壤中器种固相物质裁面产生复杂的化学反应。 两植物吸嫂土壤中豹璧斑属著不是吸收重金属的垒豢，两只是吸收熬金属救菜一形态，特别是 重金属静有效态。本实验中，我粕直接辑究了紫藐曹稽体雨重金嘱会嫩与壤有效悫镉静关系， 得出规律如下： 麟 一5 0 0 黪 器i 0 0 0 o m g ，妇肆 土壤中有效卷塥吉量( m g k g ) y 。4 5 3 2 6 x + 2 2 2 ，6 r 2 = 08 5 3 4 圈3 - 5 士壤牵不旌翔锌辩，莒蓿中镉窘釜礁壤有效悫镉禽燕的变化 f i g 3 5w h e nw i t h o u tz i n c ，t h ev a r i e t yo f c a d m i u mi na l f a l f aa d a p tt oa v a i l a b l ec a d m i u mi ns o i l 。6 0 0 芒5 0 0 粤4 0 0 舞3 嚆2 0 0 箍1 0 0 血0 。4 f i 6 4 9 x + l3 6 ，1 3 r 2 = 0 9 8 0 5 圭瑗孛舂教锈禽餐( m g k g ) 图3 - 6 土壤中施加2 0 0 m g k g 锑时，莒蓿中镐禽最随土壤中有效杰镉含量的变化 f i g 3 6 w h e nz i n ci s2 0 0 m g k g ，t h ev a r i e t yo f c a d m i u mi na l f a l f aa d a p tt oa v m l a b l ec a d m i u m i ns o i l 1 7 里童, 些銮錾老鋈一i i i i i i i i i i i i i 。iiiiiiiiiiiiiiii 第三章i i 铡锌复合污染对艄燧咝塑塑塑i i 翼皇 ! 一$ ；一 5 0 0 m g k g 葬 0 燃 魄 裁 嘏 昏 黻 船 土壤中有效态铺的宙最( m g k g ) y = 4 1 0 3 8 x + 8 0 。4 5 4 r = 0 9 9 5 2 豳3 - 7 土壤中旋加5 0 0 m g k g 锌时，营稽申镉含壁瞌壤审有效态镰台最盼变化趋势 f i g 。3 7w h e nz i n ci s2 0 0 m g & g t h ev a r i e t yo f c a d m i u mi na l f a l f a 砖零t oa v a i l a b l ec a d m i u m i ns o i l 跏】 如 黼 燥 静 撩 缴 8 0 0 m g k g 锌 壤孛有袋态镶豹客量( m g k g ) 闰3 - 8 土壤中施加8 0 0 m g k g 锌时。管樯中镉含量瞄土壤中有效态铺台爨的变化趋势 f i g3 - 8 w h e nz i n ci s2 0 0 m g k g ，t h ev a r i e t yo f c a d m i u mi na l f a l f aa d a p tt oa v a i l a b l ec a d m i u mi ns o i l 壶垂3 。5 ，囊3 - 6 ，銎3 0 ，匿3 - 8 霹疆溪窭；紫花曹稽中锈的含量每壤孛有效态镪豹禽 量有很高的线性相关性，除不施加的锌的情况外。施加2 0 0 、5 0 0 、8 0 0 m g k g 的锌时，苜蓿中 镉的含量与土壤中有效态铺的含量的相关系数r 0 9 。不旅加锌时，相关系数也达到0 8 5 。 丁园等研究也发现，潮土中，紫花曹蓿体内重金属含鬟的离子冲量与土壤有效态离子冲量 鹁程关注 瑟努，均达到显蔫穗关( 丁匿等，2 0 0 3 ) 。这说鞠，紫花营蘩蔽蔽蜜集豹锈的豢，与 壤有效态镉舟勺激有很大关系。遮对于合理预测受镉污染的土地能否种植紫花苜蓿，有很好的实 际意义。 3 2 。3 紫兹蘩藩对壤鸯效态镶秘富纂系数与主壤鸯靛态锾窘量熬关系 1 8 中国农业太学硕士论文 第三章镉锌复合污染对紫花苜稽吸收富集镉锌的影响 为研究紫花曹蓿对诵的富集作用。我们研究了紫筏营蓿对有效态镉的富集与壤中有效态 锈含量耱芙系，；| 掰了生物蜜集系魏b c f ，生穆富集楚稽垒耱逶；鎏嚣蚕食方式，簌瘸嚣舔凌中 ( 水，土壤，大气) 蓄积某种元素或难降解物质，使其在体内的浓度超过周围环境中浓度的现 象( 戴树桂，2 0 0 3 ) 。波征了生物对周围环境中有害物质的富集能力。所得结果如下。b c f = c b c e 。妓中：b c f - - 鬣集系数：c b - - 紫花菖蓿体内薰金属含量m g k g ；c e - - 土壤中有效态重 金属含辑m g k g 。 袋 撼 鹾 姐 蓝 蟮 精 糕 枢 00 20 ，40 60 。81l + 2 土壤中宵效态镉含量( m g k g ) _ 一z n o 一_ 一z n l 一- - 一z n 2 - - x - z n 3 匿3 - 孽群效慈镉翦謇纂系数静銮纯趋势 f i g 3 - 9 t h ev a r i e t yo f a v a i l a b l ec a d m i u me n r i c h m e n tm o d u l u s 随着土壤有效态镉禽最升高，紫诧酋蓿吸收镉的缀与土壤有效态镉的比例逐渐降低。紫花 曹蓿对土壤有效态镉的蜜寨系数与土壤毒效态镉的含爨可以用乘幂方稷缓好的摸毅。 y - - o 7 2 1 5 x 罐“4 ，r 2 = o ，9 1 7( 公式4 - 1 ) y = 0 5 5 5 t x o ”3 ，r 2 = 0 9 9 0 5( 公式4 2 ) y = 0 4 0 9 6 x 。o4 6 “，r 2 = 0 9 3 3 3( 公式4 3 ) y = 0 4 1 3 5 x 辞5 1 ”，r 2 = 0 9 5 3( 公式4