喷施锌肥对油菜吸收镉的影响

吴 华，李 娜，肖 柯，蒋 杰，李超凡

(太原工业学院，山西 太原 030008)

引 言

随着工业化迅速发展，导致环境污染问题日益严重，尤其是土壤环境，重金属污染物通过多种途径进入土壤，造成土壤污染[1-3]。Cd是其中最首要且毒性最强的重金属污染物之一，在土壤中活性较强，对人体健康产生严重危害。根据我国环境保护部与国土资源部公布的全国土壤污染调查公报，目前我国Cd污染土壤面积已达2×105km2,占总耕地面积的1/6[4-7]。

通过研究发现，植物必需的微量元素Zn与Cd离子结构相似，理论上会竞争植物体内的吸附位点，表现出拮抗作用[8-9]。基于这一原理，许多研究通过施用Zn肥来降低植物Cd吸收。本次课题就以盆栽实验，研究喷施不同浓度Zn肥对油菜生长及对Cd污染土壤的修复能力的影响。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试土壤取自山西省太原市南固碾正常菜地土壤，土壤类型为褐土，基本理化性质如表1。供试油菜品种是常规种。供试锌肥为ZnSO4·7H2O。

表1 供试土壤基本理化性质

1.2 试验方法

人工污染土制备：供试土壤经风干、粉碎,然后分别加入不同浓度的Cd(NO3)2固体，加入适量水搅拌均匀，使土壤达到高、中、低3种浓度Cd污染。再次风干后，将3种浓度Cd污染土装入塑料盆中，每盆装250 g，每种浓度装5盆。

试验采用二因子组合设计盆栽试验，因子一为土壤Cd污染浓度，分别为低、中、高浓度。因子二为喷施次数，分别为0次；1次：移栽后4 d；2次：移栽后8 d；3次：移栽后12 d；4次：移栽后16 d。除对照处理，其余处理完全重合，每个处理3个重复。

用盆随机区组排列。供试土壤风干后过2 mm筛，装入塑料花盆中，每盆装土250 g，油菜种子在装有人工土蛭石的塑料秧盘中育苗30 d。将育好的油菜秧苗移栽至装有250 g镉污染土壤的塑料盆内。采用微型喷雾喷施Zn肥，为避免Zn溶液渗入土壤，喷施Zn肥时用塑料薄膜覆盖于盆口。

1.3 样品分析

成熟油菜收获后，用去离子水洗净称量鲜重。将其自然风干，称量干重，粉碎备用。植物样Cd、Zn含量分析采用HNO3-HClO4法(体积比3:1)消解，待测液中的重金属含量均采用原子吸收光谱仪测定。土壤基本理化性质按土壤农化常规分析方法测定。

1.4 数据处理

实验所用数据采用Miscrosofit Excel2010和spss19软件进行统计分析

2 结果及讨论

2.1 施用Zn肥对油菜生物量的影响

对图1进行分析，不同浓度Zn处理对油菜生物量影响不同。与对照数据相比，土壤低浓度镉污染下不同次数处理，增幅为1.48%～10.37%，低水平处理效果最好，增幅为10.37%；土壤中浓度镉污染下不同次数处理，降幅为8.21%～44.10%，高水平处理效果最好，降幅为8.21%；土壤高浓度镉污染下不同次数处理，增幅为1.1%～29.55%，低水平处理效果最好，增幅最大为29.55%。其中，土壤高浓度镉污染时，油菜生物量变化较为显著。

图1 施用Zn肥对油菜生物量的影响

Zn是植物营养必需的微量元素之一，是植物体内多种酶的活性组分和激活剂，在叶绿素合成、基因表达、细胞生长和增殖中发挥重要作用，促进植物生殖器官发育，提高植物抗性。对于锌含量低、土壤活性低的土壤，加入适量锌肥可提高土壤锌含量，促进作物锌营养，进而促进作物生长发育。在镉污染土壤中，施用锌肥，Zn/Cd的拮抗作用可缓解Cd的毒害，提高油菜生物量。

2.2 施用Zn肥对油菜Cd含量的影响

对图2进行分析，植物Cd含量整体上降低。土壤低浓度镉污染下不同次数处理，降幅为3.45%～41.38%，中水平喷施处理油菜镉含量最低；土壤中浓度镉污染下不同次数处理，降幅为3.64%～36.36%，中水平喷施处理油菜镉含量最低；土壤高浓度镉污染下不同次数处理，其降幅为5.19%～34.07%，中水平喷施处理油菜镉含量最低。可看出，对不同浓度镉污染土壤生长的油菜，中水平喷施锌肥降低镉含量效果最好，油菜体内Cd积累最低。

Zn和Cd离子结构相同，化学性质相似，二者在植物-土壤系统中呈复杂的交互作用，具体表现为拮抗、协同或者独立，但交互作用主要体现在拮抗作用上：1) 对土壤离子交换吸附位点相同，在土壤中，Zn和Cd产生竞争，表现拮抗作用，Zn抑制Cd的吸附，降低Cd积累量。2) Zn、Cd竞争植物细胞膜表面的吸收位点和细胞内的转运蛋白，表现为拮抗作用，Zn抑制植物对Cd的吸收或转运。因此，在镉污染土壤上喷施锌肥可通过Zn/Cd的拮抗作用，促进油菜生物量，降低镉积累量。

图2 施用Zn肥对油菜Cd含量的影响

2.3 施用Zn肥对油菜Zn含量的影响

对图3进行分析，总体上植物Zn含量显著提升。土壤低浓度镉污染时，进行不同次数喷施处理，增幅为18.18%～205.19%，中水平喷施处理效果最好，增幅最大为205.19%；土壤中浓度镉污染时，增幅为23.94%～254.93%，中水平喷施处理效果最好，增幅最大为254.93%；土壤高浓度镉污染时，增幅为10.29%～213.24%，中水平喷施处理效果最好，增幅最大为213.24%。

图3 施用Zn肥对植物Zn含量的影响

从图3中得出，喷施次数为4时，无论土壤镉污染为多少，油菜Zn含量无太大变化,初步推测，是因为后期植物已停止生长，导致植物体内锌含量并无明显变化。

2.4 施用Zn肥对土壤有效Cd含量的影响

对图4进行分析可知，土壤中的有效镉含量没有明显变化。

图4 施用Zn肥对土壤有效Cd含量的影响

试验发现，土壤有效镉含量主要通过作物对土壤元素的吸收来影响。作物镉积累主要受根部吸收和由根部向地上部转运两个过程的控制。施加锌肥，Zn/Cd的拮抗作用抑制作物镉积累，使土壤中有效镉含量没有明显变化。

3 结论

1) 喷施锌肥可有效提高Cd低积累油菜的地上部生物量；与对照相比，最大地上部生物量增加为10.37%。

2) 喷施锌肥可有效降低Cd低积累油菜的地上部镉含量；与对照相比，最大有效降幅为41.38%。

3) 喷施锌肥可提高Cd低积累油菜锌含量。中水平喷施处理效果最好，增幅最大为213.24%。