印度芥菜对土壤中难溶态镉.doc

苏德纯等：印度芥菜对土壤中难溶态镉、铅的吸收差异 127印度芥菜对土壤中难溶态镉、铅的吸收差异苏德纯1，黄焕忠2，张福锁11：中国农业大学资源与环境学院植物营养系，北京 100094；2：香港浸会大学生物系，香港九龙塘摘要：通过根际袋法土培盆栽试验，研究了印度芥菜对石灰性土壤中难溶态Cd、Pb的吸收差异。试验结果表明，印度芥菜能吸收石灰性土壤中的难溶态Cd、Pb并对其有较高的忍耐性。印度芥菜吸收的Cd 70%以上累积在地上部而吸收的Pb 83%以上累积在根系；印度芥菜根际土壤中的DTPA提取态Cd显著高于非根际土壤，但根际与非根际土壤中的DTPA提取的Pb含量差异不显著。本试验条件下，印度芥菜对土壤Cd的净化率为0.831.25，对土壤Pb的净化率则只有0.04%0.07。关键词：印度芥菜；镉；铅；根际中图分类号：X131.3 文献标识码：A 文章编号：1008-181X（2002）02-0125-04由于重金属在土壤中的非降解性及难清除性，重金属污染土壤的修复治理非常困难和昂贵1、2。传统的修复重金属污染土壤的化学和物理方法一般只能在小范围内应用，且代价也非常昂贵，同时还可能造成地下水或其它介质的潜在污染。通过超累积植物修复重金属污染的土壤是一项绿色廉价的污染治理方法3，它以修复潜力大、能维持土壤肥力和营造良好生态环境的优势越来越受到人们的重视。表1 试验用土壤的基本理化性质pH（15）有机质/%阳离子交换量/(cmolkg-1)电导率/(msm-1)DTPA提取的镉/(mgkg-1)8.372.0818.224.00.02通过植物提取修复重金属污染土壤的基础是超积累植物4。Thlaspi caerulescens是目前公认的Cd、Zn、Pb超积累植物之一，并作为Cd、Zn、Pb超积累植物研究的参比植物58。然而，Thlaspi caerulescens的生物量很低，生长速率也很慢。这大大影响了其作为超积累植物修复重金属污染土壤的应用前景9，10。印度芥菜(Brassica junica)是筛选出的一种生长快、生物量大的重金属忍耐富集型植物，在同样条件下，它的生物量是Thlaspi caerulescens的10倍以上。尽管印度芥菜地上部重金属浓度没有Thlaspi caerulescens高，但由于其生物量大, 重金属总吸收量和对污染土壤的修复效率远远高于Thlaspi caerulescens1113。然而，有关印度芥菜累积Cd、Pb机制和吸收Cd、Pb能力的研究主要是在水培条件或酸性土壤条件下进行的。印度芥菜对土壤中难溶态Cd、Pb的吸收能力和效率如何未见报导。Cd、Pb是土壤中常见的重金属污染元素，本文采用在碱性的石灰性土壤中加入非水溶性的PbCO3、CdCO3模拟Cd、Pb污染土壤，研究印度芥菜对土壤中难溶态Cd、Pb的吸收差异和对石灰性Cd、Pb污染土壤的修复效率。1 材料和方法1.1 试验材料试验用土壤采自北京中国农业大学科学园试验地，土壤的基本性状见表1。试验用印度芥菜种子由英国Sheffield大学Baker教授提供。试验用盆为10 cm 9 cm的塑料盆。1.2 试验方法试验采用温室土培试验，通过根袋法采集不同处理的根际与非根际土壤。土壤共设5个Cd-Pb (mg/kg)水平，分别为：00，5100，10250，20500，401000。每个处理3次重复。每盆共装土400 g，其中200 g装在300目的尼龙网袋中，200 g在袋外。尼龙网袋放在盆的中央，袋周围及底部为相同处理的袋外面的200 g土，并保持袋内外土壤高度相同。尼龙网袋上部开口用来种植印度芥菜，印度芥菜根系全部限制在尼龙网袋中。试验用所有土壤全部过1 mm筛并施相同量的底肥。按每盆Cd、Pb水平，每盆土壤分别混入相应量的CdCO3和PbCO3，待印度芥菜出苗后，每盆保留6株。生长过程中用去离子水灌溉。植株生长6星期后收获。按照微量元素采样和样品制备方法处理植株样，然后分别测定地上部和根的干重，用HNO3-HCIO3消化，原子吸收光谱法测定各样品中Cd和Pb浓度。计算不同处理的地上部和根的吸Cd和Pb量。尼龙网袋内土壤视为根际土，袋外离尼龙网袋1 cm以外的土壤视为非根际土。印度芥菜收获后分别采集不同处理的根际土和非根际土，风干并过1 mm筛。测定各土壤的碳酸氢铵-DTPA（AB-DTPA）提取的植物有效态Cd和Pb。数据用SAS软件进行统计检验。2 结果与讨论表2 印度芥菜根际与非根际土壤DTPA提取态Cd、Pb含量土壤加入Cd、Pb量土壤位置DTPA提取的镉DTPA提取的铅CdPb/(mgkg-1)/(mgkg-1)00根际非根际0.12 g*0.021.41 f1.26 f5100根际非根际5.45 e3.66 f48.62 e55.55 e10250根际非根际6.01 d4.87 e99.82 d98.22 d20500根际非根际11.39 b9.49 c178.22 c201.95 b401000根际非根际15.02 a16.15 a335.69 a383.02 a*同一列中无共同字母者表示差异达5%显著标准。图1 不同土壤镉、铅浓度处理印度芥菜的生物量 图2 不同土壤Cd含量条件下印度芥菜体内Cd含量2.1 印度芥菜根际与非根际土壤中DTPA提取态 Cd、Pb的差异螯合剂DTPA提取的土壤金属元素与植物吸收的土壤金属元素有较高的相关性，常用来做为衡量土壤中植物有效态数量高低的指标。从表2实验结果可以看出，随土壤加入Cd、Pb量的增加，印度芥菜根际和非根际土壤中DTPA提取的Cd、Pb量显著增加。但根际和非根际土壤之间DTPA提取的Cd则有明显的不同。在020 mg/kg土壤Cd含量范围内，印度芥菜根际土壤中的DTPA提取Cd数量显著高于相同土壤Cd含量条件下的非根际土壤，这表明印度芥菜根系或根分泌物能活化土壤中的难溶态Cd。根际和非根际土壤之间DTPA提取的Pb与Cd不同，在所有土壤Pb含量处理中，除500 mg/kg土壤Pb含量的处理根际DTPA提取的Pb低于非根际土壤外，其它处理根际与非根际土壤中DTPA提取的Pb差异不显著。以上实验结果表明，印度芥菜对根际土壤中的难溶态Cd活化能力较强而对难溶态Pb活化能力较弱。这将影响印度芥菜对土壤中难溶态Cd、Pb的吸收。图3 不同土壤Pb含量条件下印度芥菜体内Pb含量2.2 不同Cd、Pb含量土壤中印度芥菜的生物量及对Cd、Pb的吸收差异从图1不同Cd、Pb含量土壤中印度芥菜的干物重变化可以看出，随土壤中Cd、Pb含量的增加，印度芥菜地上部和根系的干物重略有下降。但各含量处理之间差异不显著。这表明土壤中加入此量的CdCO3和PbCO3对印度芥菜生长没有明显的影响。从图1还可以看出，印度芥菜地上部生物量显著高于根系的生物量，这对其通过植物提取修复重金属污染土壤是非常有利的，因为它能把吸收的绝大部分重金属累积在地上部的茎叶中。表3 印度芥菜体内镉、铅分布特征及对土壤的净化率土壤加入Cd、Pb量/(mgkg-1)地上部吸Cd量占植株吸收的百分数地上部吸Pb量占植株吸收的百分数地上部移走土壤Cd的百分数地上部移走土壤Pb的百分数CdPb/%/%/%/%006026-510082171.250.051025079141.180.06205007891.060.0740100071110.830.04从图2印度芥菜体内Cd含量变化可以看出，此实验条件下，随土壤Cd含量的增加，印度芥菜地上部和根系中Cd含量显著增加。并且印度芥菜根系中Cd含量高于地上部的Cd含量，在土壤Cd含量超过10 mg/kg时，这种差异达到显著性水准。从图3印度芥菜体内Pb含量变化可以看出，随土壤Pb加入量的增加，印度芥菜根系中Pb的含量显著增加，但印度芥菜地上部Pb的含量则增加很缓慢。从图3还可看出，印度芥菜根系中的Pb含量显著高于地上部中Pb的含量，这种差异达几十倍，远远高于印度芥菜根系和地上部Cd含量的差异。2.3 印度芥菜体内Cd、Pb的分布特点及对土壤Cd、Pb的净化率差异表3为印度芥菜体内Cd、Pb分布特征及对本实验条件下模拟污染土壤的净化率。从表中结果可以看出，印度芥菜吸收的Cd 60%以上分布在植株的地上部，当土壤中人为加入Cd后，这种比例高达70%以上。印度芥菜体内Pb的分布则不同，其吸收的Pb只有26%以下分布在地上部，当土壤中加入外源Pb后，这种比例更低，只有9%17%。从印度芥菜对本模拟污染土壤的净化率可以看出，本实验条件下，印度芥菜地上部移走土壤Cd的比例为0.83%1.25%，而移走土壤Pb的比例只有0.04%0.07%，二者相差近20倍。3 结论（1）印度芥菜根际土壤中的DTPA提取的Cd含量显著高于非根际土壤。但根际与非根际土壤中的DTPA提取的Pb含量差异不显著。（2）中加入外源Cd、Pb数量的增加，印度芥菜体内Cd、Pb含量显著增加。印度芥菜地上部和根系中Cd含量差异较小，而Pb含量根系高于地上部几十倍。（3）壤加入外源Cd、Pb条件下，印度芥菜吸收的Cd 70%以上分布在地上部，而吸收的Pb 80%以上累积在根系。印度芥菜对模拟污染土壤中Cd的净化率高于对Pb的净化率。参考文献：1 王庆仁，崔岩山，董艺婷. 植物修复: 重金属污染土壤整治有效途径 J. 生态学报，2001，21（2）：326-331.2 KUMAR P B A N, DUSHENKOV V, MOTTO H, RASKIN I. 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