不同种植方式及施肥对镉污染油菜根系生长特性的影响

甘仙

摘    要：在盆栽條件下，研究了0.6 mg/kg和10.0 mg/kg两个Cd污染水平土壤中，单作、间作及不同施肥处理对油菜根系生长特性中主根长、根体积、根系活力的影响。结果表明，间作鹰嘴豆和施肥处理均能促进油菜根系生长，含Cl-氮钾肥处理对促进油菜主根长、根系体积增大效果要显著优于其他肥料处理;间作可显著提高根系活力。

关键词：镉;油菜根系;生长特性;影响

文章编号： 1005-2690（2021）02-0026-02       中国图书分类号： S565.4       文献标志码： B

1   材料与方法

1.1   试验材料

供试土壤采自兰州市安宁区蔬菜地，为黄土高原典型灰钙土，采集表层土壤（0～20 cm）自然风干、磨碎、混匀，过4 mm筛，备用。土壤的基本理化性状为：土壤pH值8.39，CEC 3.99cmol/kg，有机质含量12.43 g/kg，总Cd 0.205 mg/kg，有效态Cd 0.011 mg/kg，其土壤Cd含量符合国家土壤环境质量I级标准（ GB 15618—1995）[1]。

试验以油菜单作，或以油菜为主栽作物与鹰嘴豆间作。油菜品种为“四月慢”，种子由江苏省扬州市扬研种业科技有限公司提供;鹰嘴豆为普通食用型，由兰州长青农业科技有限公司提供。油菜采用直播;鹰嘴豆经10% H2O2溶液消毒10 min，用水冲洗干净，催芽后即可播种。

1.2   试验处理

盆栽用上口径28 cm、下口径20 cm、高20 cm的圆形PVC盆，每盆装干土7 kg，以溶液方式添加CdCl2·2.5H2O，使土壤Cd浓度分别为0.6 mg/kg（GB 15618—1995Ⅱ标准上限）、10.0 mg/kg（甘肃省污灌区土壤Cd含量均值），将土壤与Cd溶液充分混匀，保持土壤含水量为田间最大持水量的50%～70%，平衡150 d，制成模拟污染土壤样品[2]。

设5个肥料处理，为了避免肥料伴随阴离子（ SO42-、Cl-、NO3-） 或阳离子（Ca2+、Mg2+）影响土壤Cd的有效态，肥料处理分别为：①不施肥;②无伴随阴离子氮钾肥[CO（NH2）2、KHCO3];③含Cl-氮钾肥[NH4Cl、KCl];④含SO42-氮钾肥[（NH4）2SO4、K2SO4];⑤含NO3-氮钾肥[NH4NO3、KNO3]。肥料施用量为每千克干土补充N 0.3 g、K2O 0.3 g。所有肥料均为分析纯，先把钾肥与土壤充分混匀并湿润，静置5 d后再施用氮肥;搁置2 d后播入种子，出苗7 d 后间苗，单作处理保留油菜4株，间作处理保留油菜2株、鹰嘴豆2株。每处理设6个重复。花盆摆置采用随机区组设计，每天早晚按缺水情况浇水一次，为防止污染物淋溶渗漏损失，花盆用100目筛网垫底，并在盆下放置塑料托盘，必要时将渗漏液倒回盆中[3]。

1.3   测定方法

1.3.1   根系生长指标的测定

油菜播种75 d后收获，采集植物样品。样品用自来水充分冲洗以去除黏附于植物样品上的泥土和污物，然后再将根浸入20 mmol/L EDTA溶液中交换15 min，以去除表面吸附的金属离子，再用去离子水冲洗干净，用直尺测定主根根长、排水法测定根系体积。

1.3.2   根系活力的测定

根系活力采用TTC法测定。

1.4   数据处理

采用Excel 2010 和SPSS 17.0进行数据分析，采用Duncan检验法对各处理进行差异显著性检验（P<0.05）。

2   结果与分析

2.1   不同种植方式及施肥对镉污染油菜主根长的影响

试验结果表明，在两个Cd污染水平的土壤中，都是含Cl-的氮钾肥处理最能促进油菜主根长，两个Cd污染土壤中分别为21.0 cm和18.0 cm，提高了169.2%和95.7%;而不含伴随阴离子的处理促进作用最小，在两个Cd污染土壤中分别为15.7 cm和13.7 cm，提高了101.2%和48.9%，但仍显著高于无肥处理。间作鹰嘴豆能普遍提高油菜的主根长，仅在低Cd污染条件下的含Cl-处理中达显著水平，比单作显著提高10%。说明在低污染条件下，间作和Cl-处理使油菜具有更长的主根，吸收更深层的土壤Cd[4]。

2.2   不同种植方式及施肥对镉污染油菜根体积的影响

试验结果表明，施肥同样能增加油菜根系体积。在Cd含量为0.6 mg/kg的土壤中，油菜根系体积以含Cl-处理增幅最大，为13.33 cm3，是无肥处理的3.22倍。无伴随阴离子次之，为3.16倍，NO3-处理最弱，为2.44倍。在Cd含量为10.0 mg/kg的土壤中，含SO42-处理油菜根系体积显著高于其他处理，为17.50 cm3，是无肥处理的3.89倍;NO3-次之，为3.26倍;Cl-最低，为2倍[5]。间作还能普遍增加油菜的根系体积，在无肥处理中增幅最高，两个Cd污染水平分别为49.19%和34.07%，所以，在高Cd污染条件下，间作和含SO42-、NO3-处理的油菜具有更大的体积，可增加与土壤的接触面积，提高对Cd的吸收效率。

2.3   不同种植方式及施肥对镉污染油菜根系活力的影响

试验结果表明，在两个Cd污染水平的土壤中，根系活力均以无肥处理最高，分别为1090 μg/g·h和594 μg/g·h。各施肥处理中，只有高污染条件下的含NO3-处理对油菜根系活力产生显著的促进作用。间作鹰嘴豆也可显著提高油菜根系活力，在Cd含量为0.6 mg/kg的土壤中，各施肥处理以含NO3-处理油菜根系活力最高，比单作提高了94.18%;含SO42-处理次之，提高了70.81%;含Cl-处理较差，提高了6.77%。在Cd含量为10.0 mg/kg的土壤中，各施肥处理根系活力提升以含SO42-（37.80%）>NO3-（7.17%）>Cl-（2.64%）[6]。

3   結论与讨论

3.1   结论

（1）含Cl-、SO42-、NO3-等阴离子的肥料能促进Cd污染土壤中油菜主根长，其中，Cl-的促进作用最强，而Cl-对根体积的增加随土壤Cd浓度升高迅速减弱;含NO3-肥料在促进油菜根系活力方面更有优势;SO42-在Cd污染严重条件下在促进油菜根体积方面具有优势。

（2）油菜与鹰嘴豆间作比油菜单作对主根长、根体积、根活力的促进作用更强，尤其是低污染下，间作对根系活力有显著提高，其中Cl-处理的间作比单作高94.18%[7]。

3.2   讨论

施肥能显著增加油菜的主根长[8-11]。含 Cl-、SO42-或NO3-等氮钾肥对油菜根长的促进作用受有效态Cd含量的影响。

熊礼明研究认为含Cl-肥料，与其他阴离子相比，Cl-的络合作用特别强，Cl-可与Cd形成络合物，增加土壤中Cd的可溶性与移动性。尤其在高Cd污染条件下，对油菜根长的促进作用有不同程度的减弱，试验以含Cl-肥料处理最为明显，NO3-处理影响最小。

在低Cd污染条件下，施肥对油菜根系体积以含Cl-处理增幅最大，但与无伴随阴离子肥料对比未能产生显著差异，这证明在不含Cl-、SO42-或NO3-等伴随阴离子的情况下，施肥使油菜根系分化出更多的须根[12];在高污染条件下，根体积以含SO42-处理最高，NO3-次之，Cl-最低，但都显著高于无伴随阴离子处理，从而增加与土壤的接触面积，提高对Cd的吸收效率[13]。Sirguey等研究表明，土培条件下施用适量的含硫肥料可以提高遏蓝菜对Cd的修复效率。间作还能增加油菜的根系体积，在无肥处理中增幅最高，分别为49.19%和34.07%，在低Cd污染条件下差异显著。

参考文献：

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[ 12 ] 吴启堂.根系分泌物对镉生物有效性的影响[J].土壤，1993，25（5）：257-259.

[ 13 ] Baker，A.J.M.，McGrath，et al.The possibility of in situ heavy metal decontamination of polluted soils using crops of metal-accumulating plants[J].Resources Conservation and Recycling，1994，11（1-4）：41-49.