土壤铅处理对棉花铅吸收及累积的影响

任秀娟,王洪亮,朱东海,吴海卿,吴大付

（1.河南科技学院,河南新乡453003；2.中国农业科学院农田灌溉研究所,河南新乡453003）

由于工业生产的迅猛发展以及农田污灌,大量的镉（Cd）、铅（Pb）、锌（Zn）进入环境中,严重影响了植物生长[1],因此,研究Cd、Pb、Zn污染对植物的影响具有重要的理论和实践意义.Cd、Pb、Zn在小麦、玉米、水稻、大豆、花生等农作物体内的富集规律都有了广泛的研究[2-11],但针对棉花的相关研究则较少.棉花不同于粮食作物,其生物学产量（干物质）约500 kg左右[12],且经济产量为非直接食用产品,所以有必要研究Cd、Pb、Zn对棉花生长的影响及在棉花体内的富集规律,探讨将棉花种植于轻度重金属污染土地的可行性.基于此,我们以非粮食作物棉花为试验对象,研究棉花对重金属Pb的富集特征.

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤采自湖南郴州矿区农田0～20 cm耕作层,土壤质地为壤土.土壤基本性质如下：有机质10.74 g/kg,全N1.69 g/kg,全P 0.93 g/kg,全K0.45 g/kg,pH值7.19,土壤全Pb含量9.692 1 mg/kg.供试棉花品种为中棉50.土壤处理所用Pb的化学形态为Pb（CH3COO）2·3H2O（分析纯）.Pb混合标准溶液由德国Merck 公司提供,用 0.45 mol/L 硝酸逐级稀释为 0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 mg/L 的标准系列备用,试验用水为二次去离子水.

1.2 仪器设备

optima 2100DV型电感耦合等离子发射体（美国Perkin Elmer公司）.工作参数为：等离子体气流量15 L/min,辅助气流量0.2 L/min,雾化器气流量0.8 L/min,射频功率1 300 W,试样流量1.5 mL/min.Pb选择的分析线为220.367 nm.XT-9912型微波消解仪（上海新拓分析仪器科技有限公司）.

1.3 试验设计

试验设5个处理,Pb的质量浓度分别是10、400、800、1 200、1 600 mg/kg.每个处理重复3次.试验用土先过5 mm筛,污染土壤配置采用分批多次混匀的方式,根据处理要求先将称好的分析纯醋酸铅混入1 kg干土中,然后将该1 kg混合土壤混入10 kg干土中,最后把11 kg的土壤混入到104 kg干土中,经过多次混匀后装桶踏实,灌水至饱和状态.

1.4 棉花样品的种植、采集与处理

2010年4 月每桶移栽2棵棉苗,每桶施尿素12 g,灌水采用地下水,田间管理同一般大田.2010年10月11日将棉花整株拔出带回实验室,用自来水冲洗后再用纯水冲洗,分为根、茎、叶、棉絮4个组成部分,装入纸质样品袋,在105℃的烘箱中杀青10 min,在70℃下烘干至恒重,将根、茎、叶样品粉碎过40目筛备用；棉絮烘干后直接称量（棉絮烘干后无法用粉碎机粉碎）.

1.5 测定方法

根据文献[13-14]的方法对棉花样品进行处理和测定分析,称取样品0.500 0 g放入聚四氟乙烯消解罐,加入5 mL浓HNO3浸泡过夜,再加入3 mL H2O2,在微波消解系统中消解18 min,温度设置为3档,即室温～120℃,120～150℃,150～180℃,3档温度下的消解时间均为6 min.待消解完全后在电热板上赶酸至溶液为1～2 mL,用体积分数为2%的硝酸多次稀释后转移并定容至25 mL容量瓶中待测.

1.6 数据处理

数据处理与分析采用SPSS11.5软件.

2 结果与分析

2.1 Pb在棉花体内的分配规律

棉花不同部位的Pb含量见表1.

表1 棉花不同部位的Pb含量 mg/kg

由表1可知,随着土壤Pb浓度的增加,棉花根、茎、叶、棉絮中的Pb含量显著增加,各处理浓度下,均为棉絮的Pb含量最低.土壤Pb含量小于800 mg/kg时,Pb主要富集在棉花的叶片、茎和根系中,Pb在棉花体内分布特征为地上部含量大于根系含量,分布规律为叶片＞茎＞根＞棉絮.土壤Pb含量为1200mg/kg时,Pb在棉花体内的分布规律为叶片＞根＞茎＞棉絮.当土壤Pb含量达到1 600 mg/kg时,棉花根系的Pb含量最高为29.229 2 mg/kg,棉花叶片Pb含量次之为26.252 4 mg/kg.

2.2 棉花不同部位Pb富集系数

棉花不同部位铅富集系数见表2.

由表2可知,棉花不同部位的铅富集系数均小于1,当土壤铅含量为10 mg/kg时,棉花叶片的铅富集系数最高为0.453,其次为茎、根和棉絮.土壤铅含量大于400 mg/kg时,棉花各部分铅富集系数均小于0.1.

2.3 棉花不同部位Pb转运系数

植物对重金属的转运系数是表征其根系对某种重金属的转运能力及其地上部对重金属的富集能力的指标之一.棉花不同部位的Pb转运系数见表3.

由表3可知,茎、叶、棉絮的Pb转运系数随着土壤Pb含量的增加而降低.土壤Pb含量小于1 200 mg/kg时,棉花叶片的Pb转运系数都大于1.当土壤Pb含量为10 mg/kg时,棉花叶片的Pb转运系数最高为6.77,这说明在Pb浓度较低的情况下,棉花叶片对Pb具有一定的富集作用.

表2 棉花不同部位铅富集系数

表3 棉花不同部位铅转运系数

3 结论

重金属Pb在棉花体内的分布特征随土壤铅浓度的增加而呈现不同的规律.其总的分布趋势是随着土壤Pb浓度的增加,棉花根、茎、叶、棉絮中的Pb含量呈逐渐增加的趋势,其中以棉絮的Pb含量最低.土壤Pb含量小于800 mg/kg时,Pb主要富集在棉花的叶片、茎和根系中,含量自高至低依次为叶片＞茎＞根＞棉絮.棉花不同部位的Pb富集系数均小于1,当土壤Pb含量为10 mg/kg时,棉花叶片的Pb富集系数最高为0.453.当土壤Pb含量为10 mg/kg时,棉花叶片的Pb转运系数最高为6.77,这说明在Pb浓度较低的情况下,棉花叶片对铅具有一定的富集作用.

棉花为双子叶植物,Pb在棉花体内的分布表现出以下特征：当土壤Pb浓度较低时棉花根系吸收转运Pb至茎叶,土壤Pb浓度较高时在棉花根系有较多积累,但同时棉花叶片中仍然有较高的Pb富集.

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