蚓粪配比对墨西哥玉米生长及重金属积累特性的影响

冯 萍，郭 丹，姚 武，贾秀英，朱维琴

（杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江杭州 310036）

蚓粪配比对墨西哥玉米生长及重金属积累特性的影响

冯 萍，郭 丹，姚 武，贾秀英，朱维琴

（杭州师范大学生命与环境科学学院，浙江杭州 310036）

采用盆栽法，研究了蚓粪配比对墨西哥玉米生长及Cu、Zn吸收积累特性的影响，结果表明，墨西哥玉米的茎叶及根系生长分别在蚓粪体积配比为50%和75%时相对最优；蚓粪体积配比为50%或75%时有利于墨西哥玉米茎叶Cu含量的提高，而对茎叶Zn含量无明显影响，但其根系Cu、Zn含量均随蚓粪比例提高而上升；当蚓粪体积配比为50%时，墨西哥玉米茎叶对Cu、Zn的积累量均较高，而当蚓粪体积配比为75%时则更利于墨西哥玉米根系对Cu、Zn的积累.因此，50%蚓粪体积配比相对利于墨西哥玉米修复蚓粪中的Cu、Zn复合污染.

蚓粪；墨西哥玉米；Cu；Zn

0 引 言

蚓粪是一种黑色、均一、物理化学及生物特性俱佳、有自然泥土味的细碎类物质，其主要由有机废弃物经蚯蚓肠道消化而成［1－3］，与原材料相比，其稳定性增加，通水透气性得到改善，养分有效性得到提高，因而被广泛应用于生物有机肥料及温室栽培基质.尚庆茂等［4］发现，蚯蚓粪与蛭石以3∶1（v∶v）的混合基质可以促进西瓜幼苗生长发育.Atiyeh等［5］发现，40%蚯蚓粪添加量时万寿菊生长和生产力都显著高于对照.然而，当添加100%（体积比）蚯蚓粪时则不利于万寿菊的生长，因此，适宜的蚓粪配比对植物生长具有重要意义.蚯蚓处理是畜粪资源化、无害化途径之一，然而，由于富含Cu、Zn饲料添加剂的应用致使畜粪亦存在重金属污染［6－7］，进而导致其蚓粪中亦含有大量的重金属并急需去除.目前，高丹草［8］、多年生黑麦草［9］、紫花苜宿［10］等牧草被用于重金属修复越来越受到关注，其中，墨西哥玉米适应性广，抗逆性较强，无论是红壤、黄壤和沙土性土壤都可栽培［11］，且修复过的墨西哥玉米可用于动物饲料［12］，为修复植物的后期处理提供了一个新渠道，然而迄今利用牧草修复重金属污染蚓粪的文献尚未见报道.因此，主要就蚓粪配比对墨西哥玉米生长及重金属吸收、积累特性的影响进行研究，以期为蚓粪重金属植物修复提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤采自杭州下沙某农场耕层土壤（0～20cm）.墨西哥玉米（EuchlaenaMexicanaSchrad，禾本科）种子购自北京鑫农丰农业技术研究所.蚓粪取自浙江省杭州市余杭区某养殖场的猪粪蚯蚓反应床（长10m，宽1m，深0.2m）所产生的腐殖质类物质，分别在蚯蚓反应床的上、中、下三层取样，每层设置取样点15个，将所取样品混合均匀，置于密封的塑料桶内，带回实验室备用，其基本理化性质见表1.

表1 供试土壤和蚓粪的基本理化性质Tab.1 Basic physical and chemical properties of selected soil and vermicompost

1.2 试验设计与实施

试验将蚓粪添加比例（V/V）按照0%、50%、66%、75%、83%、100%混合于土壤中作为植物生长底料，并分别用V0、V1、V2、V3、V4、V5表示，试验共5个处理，每个处理重复3次，共计15盆.试验采用上缘、底面直径和高度分别为24、16、24cm的塑料花盆将基质按上述配方进行混匀，调节含水量为田间持水量的70%，常温下平衡7d后播入浸泡24h后（25℃，中间换水1－2次）的墨西哥玉米种子，每盆播种30粒.待植物出芽后间苗，每盆留生长一致的墨西哥玉米幼苗20株.植物生长过程中，记录植物生长情况，植株生长40d后，采集植物地上部分及根系样品，洗净后烘干、磨碎后待测.

1.3 样品分析

将烘干植物样品在研钵中研碎，经HNO3－HClO4法消煮，用美国S系列原子吸收分光光度计测定不同部位Cu、Zn的含量.

1.4 数据处理

重金属积累量＝植物各部分生物量×植物体（根、茎、叶）内重金属含量；采用DPSS9.0中单因素方差分析法，用Ducan法进行多重比较.

2 结果与分析

2.1 墨西哥玉米生长状况

表2 不同蚓粪配比对墨西哥玉米生物量影响Tab.2 Effect of the different vermicompost matrix on biomass of EuchlaenaMexicanaSchrad

植物生物量是反映植物生长的有效指标［13］.表2是不同处理下墨西哥玉米生长指标的变化.由表2可知，与V0处理相比，各蚓粪处理墨西哥玉米株高均呈下降趋势，其大小顺序为V0＞V1＞V2＞V4＞V3＞V5，且V0、V1、V2处理间差异未达显著水平，但均显著高于V3、V4和V5处理；墨西哥玉米的茎叶干物重大小顺序为V1＞V3＞V2＞V4＞V0＞V5，其中，V1、V2、V3的茎叶干重较之V0处理分别增加了22.5%、13.6%、16.7%，且V1、V2、V3处理间无显著差异.可见，随着蚓粪配比增高，墨西哥玉米的株高及茎叶干物重均呈明显下降趋势，且均以蚓粪配比为50%时相对最高.而对墨西哥玉米根系干物重而言，则以V3处理显著高于其他处理，达14.7mg·plant－1.可见，蚓粪配比差异会影响墨西哥玉米的生长，且墨西哥玉米茎叶生长以蚓粪配比为50%时相对最优，而其根系生长以蚓粪配比为75%时相对有利.相关文献也证明不同比例蚓粪复合基质可以影响植物的生长，如尚庆茂等发现蚯蚓粪与蛭石3∶1（V∶V）时育苗效果最佳［5，14］.柏彦超等发现污泥蚓粪与蛭石6∶4（V∶V）时，辣椒幼苗地上部分鲜重、干重最大［15］.

2.2 墨西哥玉米中Cu、Zn含量变化

不同植物对Cu、Zn的吸收不同，有研究发现小犬蕨植物叶片吸收2 000mg·kg－1Zn仍能生长良好［16］；基质配比对植物吸收重金属也有影响，有研究表明不同配比畜禽粪便与化肥配施对烤烟不同部位铜、锌含量的影响不同［17］.表3中Cu含量变化可见，与V0处理相比，各蚓粪处理墨西哥玉米茎叶中Cu含量均显著升高，其大小顺序为：V4＞V1＞V3＞V5＞V2＞V0，其中，V1、V3、V4处理较之V0处理分别增加了1194.1%、1176.5%和1247.1%，且V1、V3、V4处理间无显著差异.表3亦可见，蚓粪配比提高有利于墨西哥玉米根系Cu的吸收，墨西哥玉米根系中Cu含量的大小顺序为V5＞V4＞V3＞V1＞V2＞V0，各处理间差异均达显著水平，其中，V5处理墨西哥玉米根系中Cu含量相对最高，较之V0处理增加了5217.5%.可见，蚓粪配比对墨西哥玉米茎叶及根系中Cu含量均有重要影响，当蚓粪配比（V/V）为50%或75%时有利于墨西哥玉米茎叶Cu含量的提高，这可能与50%或75%配比时墨西哥玉米根系长势较好（根系干物重相对较高，见表1）促进了根系对Cu的吸收及向地上部分转运有关.

表3 不同蚓粪配比对墨西哥玉米茎叶和根系Cu和Zn含量影响Tab.3 Effect of different vermicompost matrix on contents of Cu and Zn in shoots and roots of the EuchlaenaMexicanaSchrad

由表3中Zn含量变化可见，与V0相比，V1、V2、V3、V4、V5各处理墨西哥玉米茎叶中Zn含量均显著增加，其中，V1处理墨西哥玉米茎叶中Zn含量最大，较之V0处理增加了491.5%.随蚓粪比例增加，墨西哥玉米根系中Zn含量亦显著上升，各处理根系中Zn含量大小顺序为V5＞V4＞V3＞V1＞V2＞V0，其中V5、V4处理的墨西哥玉米根部中Zn含量分别较之V0处理分别增加了860.8%和774.1%，且V5、V4之间差异未达显著水平.可见，墨西哥玉米对蚓粪中Zn具有一定的吸收能力，蚓粪配比差异对墨西哥玉米的茎叶Zn含量无显著影响，但蚓粪比例提高却能促进根系对Zn的吸收.

2.3 墨西哥玉米中Cu、Zn积累量变化

由表4可见，墨西哥玉米茎叶中Cu积累量的大小顺序为V1＞V3＞V4＞V2＞V5＞V0，各蚓粪处理墨西哥玉米茎叶Cu积累量均显著高于V0处理，其中，V1、V3处理墨西哥玉米茎叶中Cu积累量较之V0处理分别增加了14.6倍和13.9倍，且V1、V3之间差异未达显著水平；而V5处理墨西哥玉米茎叶中的Cu积累量相对较低，较之V0处理仅增加了10.3倍.墨西哥玉米根系中Cu积累量的大小顺序为V3＞V5＞V4＞V1＞V2＞V0，且V0、V1、V2、V3、V4、V5间差异均达显著水平，其中，V3、V5处理的墨西哥玉米根系中Cu积累量最高，较之V0处理分别增加了51.0倍和47.2倍.可见，不同蚓粪配比处理的墨西哥玉米对蚓粪中Cu均具有较强的积累能力，当蚓粪配比为50%或75%时，墨西哥玉米茎叶对Cu的积累量较高，这与蚓粪配比为50%或75%时墨西哥玉米茎叶Cu含量相对较高具有一致性；而当蚓粪配比为75%时，墨西哥玉米根系对Cu的积累量最高.

表4 不同蚓粪配比对墨西哥玉米茎叶和根系Cu和Zn积累量的影响Tab.4 Effect of different vermicompost matrix on accumulation of copper and zinc in shoots and roots of the Euchlaena MexicanaSchrad

另由表4中Zn积累量变化可见，墨西哥玉米茎叶中Zn的积累量大小顺序为V1＞V2＞V3＞V4＞V5＞V0，其中V1处理墨西哥玉米茎叶中Zn积累量显著高于其它处理，此后随着蚓粪配比提高，墨西哥玉米茎叶Zn积累量呈下降趋势，这可能与高蚓粪配比下墨西哥玉米茎叶生长受抑明显有关（表2所示）.墨西哥玉米根系Zn的积累量大小顺序则为V3＞V4＞V5＞V1＞V2＞V0，其中V3处理的墨西哥玉米根系Zn积累量较高，为269.7μg·pot－1，但V3与V4、V5处理间的差异不显著.可见，当蚓粪配比为50%时，墨西哥玉米茎叶对Zn的积累量较高；而当蚓粪配比为75%时，墨西哥玉米根系对Zn的积累量最高.

3 结 论

（1）蚓粪配比差异会影响墨西哥玉米的茎叶及根系生长，其茎叶生长以蚓粪配比为50%时相对最优，而其根系生长以蚓粪配比为75%时相对有利.

（2）蚓粪配比差异对墨西哥玉米茎叶Cu含量具有重要影响，但对其茎叶Zn含量无显著影响，当蚓粪配比为50%或75%时有利于墨西哥玉米茎叶Cu含量的提高，蚓粪比例提高均能促进根系对Cu和Zn的吸收，且墨西哥玉米根系对Cu和Zn的吸收高于茎叶.

（3）当蚓粪配比为50%时，墨西哥玉米茎叶对Cu、Zn的积累量均较高；而当蚓粪配比为75%时则更利于墨西哥玉米根系对Cu、Zn的积累，且墨西哥玉米茎叶对Cu、Zn的积累量高于根系.基于重金属复合污染蚓粪的植物修复出发，50%蚓粪配比（V/V）相对更为适宜.

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The Effects of Vermicompost Proportion to the Growth and Heavy Metal Accumulation ofEuchlaenaMexicanaSchrad

FENG Ping，GUO Dan，YAO Wu，JIA Xiu－ying，ZHU Wei－qin

（College of Life and Environmental Science，Hangzhou Normal University，Hangzhou 310036，China）

The paper researched on the effects of vermicompost proportion to the growth as well as Cu，Zn absorption and accumulation characteristics ofEuchlaenaMexicanaSchradwith pot experiment.The results show that the stems and leaves as well as roots develop optimally in the vermicompost with proportion respectively 50%and 75%.The vermicompost with proportion 50%or 75%is beneficial to the copper content of the stems and leaves ofEuchlaenaMexicanaSchrad，but has little influence on the zinc content，the copper and zinc content of roots increase along with the raise of vermicompost proportion.The copper and zinc accumulation of the stems and leaves are both high when the proportion is 50%，however，it is better for roots to accumulate the copper and zinc when the proportion is 75%.Therefore，the vermicompost proportion 50%is relatively conducive forEuchlaenaMexicanaSchradto repair the combined Cu，Zn pollution existed in vermicompost.

vermicompost；EuchlaenaMexicanaSchrad；Cu；Zn

X53

A

1674－232X（2012）05－0403－04

11.3969/j.issn.1674－232X.2012.05.004

2012－02－16

浙江省自然科学基金项目（Y306160）；杭州师范大学中青年培育基金项目（2010QN17）；杭州师范大学国家级一般项目培育基金（2011PYJJ12）.

朱维琴（1975—），女，副教授，博士，主要从事农业废弃物污染修复及资源化利用研究.E－mail：zhwq－2000＠tom.com