土壤重金属镉、铅、锌胁迫对小白菜生长状况的影响

何宇，杨山宁，万冬梅，杨弘煜，段文俊

（闽江学院地理科学系，福建福州350108）

重金属是一种对土壤环境危害严重的持久性污染物，其不能被微生物分解，影响周期长[1-3]，土壤一旦被重金属污染，不仅会降低农作物产量，作物品质也会下降。同时，重金属可在生物体内富集，通过食物链影响农产品质量安全，危及人类身体健康[4-5]。镉（Cd）是环境中生物毒性和移动性最强的重金属污染物[6]，工矿活动、不合理的灌溉、施肥、生活垃圾及大气沉降等，都会导致土壤受到不同程度的Cd污染[7-10]。铅（Pb）是土壤污染中最常见的重金属元素之一，对人体神经系统发育有重要影响，为学术界研究的热点[11-12]。锌（Zn）是植物所必需的营养元素，其通过形成RNA和DNA聚合酶，直接参与核酸和蛋白质的合成[13]，土壤Zn是植物吸收的主要来源。土壤Cd、Pb、Zn污染的相关研究已得到越来越多科学工作者的重视[13]。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试品种。小白菜种子于福州春福种业有限公司购买。

1.1.2 供试土壤概况。采自于福建省福州市闽侯县上街镇农田表层0~20 cm菜园土壤，土壤捣碎在自然条件下风干，过5 mm土壤筛，剔去植物残体及杂质，供盆栽试验用。供试重金属试剂乙酸镉（C4H6CdO4·2H2O）、乙酸铅（C4H6O4Pb·3H2O）、乙酸锌（C4H6O4Zn·2H2O）（分析纯）购自西陇化工股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 试验设计。供试土壤样品以口径23 cm塑料花盆作为盆栽容器，每盆装风干土1.5 kg，施入4 g复合肥（N：15%；P2O5：5%；K2O：25%）作为底肥，复合肥融水与土壤均匀混合。试验设4个重金属添加水平，分别为：0 mg/kg Cd、Pb、Zn对照组；0.5 mg/kg Cd、200 mg/kg Zn、300 mg/kg Pb；5 mg/kg Cd、600 mg/kg Zn、1 000 mg/kg Pb；10 mg/kg Cd、2 000 mg/kg Zn、3 000 mg/kg Pb。分别标记为：CK、XP1、XP2、XP3，每个处理设置5次重复。重金属以乙酸铅（C4H6O4Pb·3H2O）、乙酸镉（C4H6CdO4·2H2O）、乙酸锌（C4H6O4Zn·2H2O）形式加入，试验前融水加入供试土壤中，充分混合，静置15 d，期间浇水保持土壤含水率均衡。

于2019年3月30日播种，每盆均匀散播8~10粒小白菜种子，移入温室大棚，待幼苗长至2叶1心，每盆选择3株长势一致幼苗保留，拔除多余幼苗。盆栽选择早、晚浇水，每次200 mL，浇水频率视蒸发情况而定，保证每盆浇水量一致。

1.2.2 植株分析。2019年4月29日试验完成，采收小白菜地上部，测量植株鲜重，大水冲洗干净，保证无叶片遗漏，装入信封袋，80℃烘箱中杀酶2 h，然后于65℃条件下烘干72 h，直至恒重，测量植株干重。

2 结果与分析

2.1 Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜生长速度的影响

2019年3月30日播种，4月1日XP1、XP2、XP3均有发芽，而对照组CK未见发芽迹象，XP1、XP2、XP3幼苗无明显差异。4月4日，XP1、XP2、XP3幼苗均有2叶1心，而对照组CK长势缓慢，只见少量发芽。4月10日，重金属胁迫作用下，小白菜幼苗出现新叶变黄现象，XP3表现最为明显，黄色由茎向叶端扩展，XP2偶有新叶变黄，CK长势缓慢。4月20日，XP2、XP3均表现出生长缓慢，XP1长势最佳，CK次之。

2.2 Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜生物量的影响

2.2.1 Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜鲜重的影响。从表1可以看出，随着重金属Cd、Pb、Zn胁迫作用的增强，小白菜鲜重明显降低，表现为XP1>XP2>XP3，XP1小白菜鲜重为XP2的3.18倍，是XP3小白菜鲜重的52.3倍。而对照组CK小白菜鲜重略低于XP1，表明低浓度重金属胁迫作用并未对小白菜生长有明显抑制作用。

2.2.2 Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜干重的影响。Cd、Pb、Zn胁迫小白菜干重的影响表现出与鲜重相似的变化特征，总体表现为XP1>CK>XP2>XP3，XP1小白菜干重为XP2的2.47倍，是XP3的12.33倍，各处理组小白菜干重差异要明显低于鲜重差异。

表1 镉、铅、锌胁迫对小白菜鲜重、干重、含水率的影响

2.2.3 Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜含水率的影响。各处理组小白菜含水率变化表现出与小白菜鲜重、干重不同的变化特征，表现为CK>XP1>XP2>XP3，表明重金属胁迫作用对小白菜含水率有重要影响。虽然低浓度重金属胁迫作用对小白菜生物量无明显抑制作用，但对小白菜吸收土壤水分起到明显抑制作用。

3 结论与讨论

3.1 结论

通过温室大棚盆栽试验，研究不同浓度Cd、Pb、Zn复合污染土壤上，重金属胁迫作用小白菜生长状况及生物量的影响。Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜生长初期并未表现出明显抑制作用，而在小白菜生长中后期，抑制作用逐渐加强；重金属Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜含水率有重要影响；虽然低浓度Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜生长并未产生明显抑制作用，但可能影响小白菜对土壤水分的吸收。

3.2 讨论

在重金属污染土壤上，大多数作物的生长都会受到一定的抑制作用[14]。但在植物不同生长期，这种抑制作用会有不同表现，吴敏兰在其研究中发现，在烟草移栽初期，Cd胁迫处理与对照组相比无显著差异，而在烟草移栽第40天时，Cd胁迫处理株高较对照显著降低[15]。在该项研究中，重金属Cd、Pb、Zn胁迫对小白菜发芽及生长初期（1~10 d）并未表现出明显抑制作用，而在小白菜生长后期（11~30 d），胁迫作用逐渐体现，随着生长期延长，重金属对小白菜生长的抑制作用愈加明显，可见小白菜生长中后期是对Cd、Pb、Zn胁迫敏感期。

在重金属胁迫作用下，小白菜鲜重表现为XP1>XP2>XP3，随着Cd、Pb、Zn胁迫作用的增强，小白菜鲜重大幅减少。各处理组小白菜干重差异要明显低于鲜重差异，表明重金属胁迫对小白菜吸收土壤水分有重要影响，小白菜含水率对此有较好的指示，随着重金属胁迫作用的增强，总体表现为CK>XP1>XP2>XP3。

对照组CK小白菜生物量略低于XP1，表明在重金属Cd、Pb、Zn污染浓度较低条件下，小白菜生长并未受到明显抑制作用。在前人研究中对此也有体现，邱海源在对土壤重金属潜在生态危害的研究中发现，在一定时期内，土壤重金属污染并不会表现出对植物生长的危害性，但当其污染浓度达到一定限度，或土壤环境条件发生变化时，其生物毒性就可能被激活，从而造成严重的生态危害[16]。而小白菜含水率却表现为CK>XP1，表明虽然低浓度重金属胁迫作用对小白菜生物量影响较小，却可极大影响小白菜对土壤水分的吸收。