土壤重金属镉、铅、锌胁迫对小白菜生长状况的影响

2021-05-26 08:40何宇杨山宁万冬梅杨弘煜段文俊
园艺与种苗 2021年3期
关键词:乙酸小白菜含水率

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。

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