苎麻吸收积累镉的季别差异研究

全芮萍，周倩文，杨瑞芳，崔国贤，佘玮

(湖南农业大学农学院，湖南 长沙 410128)

湖南是有色金属之乡，因开采有色金属矿山，导致大量土壤遭受Cd、Hg、Pb、As 等重金属污染[1]，其中农田重金属污染会导致农作物减产和品质下降，并通过食物链的富集作用进入人体而危害人类健康。Cd 是对植物毒性较大的重金属元素之一[2]，植物遭受Cd 毒害后生长会受抑制，严重时导致死亡。耕地重金属污染治理难度大，已成为世界性难题[3]。植物修复技术能在不破坏土壤生态环境，保持土壤基本结构和微生物生态下修复土壤[4]。

苎麻又名“中国草”，其韧皮部纤维主要作为纺织原料。苎麻生物产量高、根系庞大，每年地上部生物量高达30 t/hm2以上，具有较强的耐干旱、贫瘠等能力[5]。有研究指出，苎麻对Cd[6-8]、Hg[9]、Pb[10]、As[11]都有较强的耐性和富集作用，在轻、中度Cd 污染农田上种植苎麻，不仅可有效去除Cd，还能有效利用污染农田，带来经济效益的同时降低对人体的危害。苎麻每年正常收获3 次，以往都是单季别盆栽，没有开展年度间变化特征研究，因此不同季别苎麻对Cd 的吸收和积累对生产具有实际指导意义。为此，笔者以9 个苎麻品种为研究对象，设置盆栽试验模拟不同Cd 污染环境，分析季别间苎麻吸收积累Cd 的差异，为Cd 污染农田上种植苎麻原位修复土壤提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试苎麻材料来自湖南农业大学苎麻种质资源圃，具体品种及产地见表1。

表1 供试苎麻品种Table 1 Ramie tested varieties

1.2 试验方法

1.2.1 盆栽试验

试验用白色塑料花盆(内口径23 cm×18 cm、高25 cm)，培养基质为膨胀珍珠岩。珍珠岩经自来水冲洗后装于花盆中，选取长势一致的扦插苗(约30 cm)，洗去根部土壤，移入盛满珍珠岩的盆中，每盆3株，每周浇灌1/2 的Hoagland 营养液。Hoagland 营养液配方为(mol/L):KNO38.02×10-3、Ca(NO3)25.79×10-3、NH4H2PO41.35×10-3、MgSO44.17×10-3、MnSO48.90×10-6、CuSO40.20×10-6、ZnSO40.94×10-6、H3BO34.83×10-5、(NH4)2MoO40.015×10-6、Fe-EDTA 7.26×10-5，pH 值6.5(用NaOH 或HCl 调节)。

选取头麻(移栽当季)预培养，二麻出苗10 d 后开始镉胁迫，在营养液中设5 个处理浓度(CdCl2浓度分别为0、100、200、400、800 μmol/L，以0 μmol/L作为CK)，每处理重复3 盆，随机区组试验设计。试验于湖南农业大学温室进行。二麻、三麻和次年头麻正常成熟期收获地上部，称鲜质量，洗净后105 ℃杀青30 min，65 ℃烘干至恒重、粉碎，做好标记装袋备用。

1.2.2 镉测定与数据处理

植物样品用硝酸—高氯酸法消化[10]，于湖南农业大学分析测试中心采用SOLAAR M6 型原子吸收光谱仪测定Cd 含量。所有数据用Excel 记录，SPSS软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 不同季别生物量变化

试验结果表明，苎麻各品种平均地上部生物量季别间和各处理间均呈显著或极显著差异，各品种当年二麻平均地上部生物量最低。次年头麻收获时，1、2、3 号品种的平均地上部生物量显著高于当年二麻和三麻；当年二麻收获时，5、6 号品种的地上部生物量略低于当年三麻，当年三麻收获的生物量显著低于次年头麻；当年二麻收获时，4、7、8、9 号4个品种的地上部生物量显著低于后两次，而当年三麻的地上部生物量略低于次年头麻，但差异不显著(表2)。

表2 Cd 处理后不同季别苎麻平均地上部生物量变化Table 2 Changes of aboveground biomass of ramie treated with Cd in different seasons

2.2 不同季别地上部Cd 含量

如图1 所示，各处理间地上部Cd 含量差异显著，随着Cd 处理水平上升，地上部Cd 含量显著增加，而1、7、8 号品种在最高处理800 μmol/L 时的地上部Cd 含量低于400 μmol/L 处理时。9 个品种在200 μmol/L 处理时地上部Cd 含量为100 μmol/L处理时的1.46～2.01 倍，400 μmol/L 处理时的地上部Cd 含量为100 μmol/L 处理时的2.18～4.47 倍，800 μmol/L 处理时地上部Cd 含量为100 μmol/L处理时的2.81～5.70 倍。

图1 不同处理间地上部Cd 含量比较Fig.1 Cd concentration of ramie under different Cd treatments

由表3 可知，除2、7 号外的7 个品种平均地上部Cd 含量季别间呈显著或极显著差异，所有品种Cd 处理间均呈极显著差异。当年三麻收获时，1、2、3、9 号4 个品种平均地上部Cd 含量略高于次年头麻，显著低于当年二麻；7 号品种的平均地上部Cd含量略低于当年二麻，显著高于次年头麻；而其余4个品种的平均地上部Cd 含量显著低于当年二麻，略高于次年头麻。

表3 不同季别苎麻平均地上部Cd 含量比较Table 3 Comparison of Cd content in shoot of ramie in different seasons

2.3 不同季别地上部Cd 积累量

苎麻地上部重金属含量高，生物量大即地上部重金属积累量大。相关性分析表明，季别与地上部Cd 积累量无显著相关。如表4 所示，苎麻各品种间Cd 积累量存在一定差异，可大致分为3 类:第一类为1 号品种，当年二麻地上部Cd 积累量显著高于后两次收获时地上部Cd 积累量；第二类为2、3、6 号品种，当年二麻和当年三麻的地上部Cd 积累量较低，次年头麻地上部Cd 积累量最高；第三类为4、5、7、8、9 号品种，当年三麻地上部Cd 积累量显著高于当年二麻和次年头麻地上部Cd 积累量。

表4 不同季别苎麻平均地上部Cd 积累量比较Table 4 Comparison of average aboveground Cd accumulation of ramie in different seasons 10-3mg·盆-1

3 讨论

有研究表明，不同品种苎麻受镉胁迫时生长变化不同，对镉的敏感程度不同[12]。本试验通过连续3 季调查发现，随着盆中Cd 含量减少，苎麻的生物量提高，而地上部Cd 含量下降，苎麻地上部Cd 积累量没有随着收获次数(依次为当年二麻、当年三麻和次年头麻)的增加而减少，说明连续收获苎麻地上部能有效吸收土壤中的镉。不同植物、品种、基因型对Cd 耐性和积累能力存在很大差异[13]。在二麻收获时，石阡竹根麻平均地上部Cd 积累量高于后两次收获时平均地上部Cd 积累量，大红皮2 号、湘苎3 号、宜春红心麻、中苎1 号和川苎1 号在三麻收获时平均地上部Cd 积累量高于二麻和次年头麻，富顺青麻、小鲁班和湘苎2 号在次年头麻地上部Cd 积累量高于前两次，表明这3 个品种吸收和转运Cd 能力较强。富顺青麻平均地上部Cd 积累量高于其它品种，且稳定性好，可用于持续吸收重金属Cd。但本实验具有一定的局限性，如实验是在温室中进行，也只对地上部进行指标测定，下一步将进行田间实验，指标的测定将扩展至整株，以更能客观、全面地反应苎麻吸收镉能力。

在Cd 污染土壤上种植苎麻，能起到一定的土壤净化作用，避免Cd 进入食物链对人体造成危害。原麻中的Cd 在精炼过程中有90%以上被脱除，残留于精干麻中的Cd 非常少，因此Cd 通过原麻和精干麻途径向外扩散的绝对量很少[14]。脱胶废水中的Cd 可通过化学沉淀法、离子树脂交换法、生物吸附—沉降法等多种途径进行治理[15]。但苎麻有落叶现象，因此在污染土壤实际修复应用中需注意收集处理落叶，避免二次污染。

4 结论

(1)随收获季别数的增加，苎麻地上部生物量逐渐提高，地上部Cd 含量下降，苎麻地上部Cd 积累量则不随收获次数的增加而减少，说明连续收获苎麻地上部能有效地吸收土壤中的镉。

(2)苎麻地上部镉含量和镉积累量品种间存在显著差异。富顺青麻平均地上部Cd 含量与积累量最高，湘苎3 号平均地上部Cd 含量最低，大红皮2号平均Cd 积累量最低，富顺青麻较湘苎3 号平均Cd 含量高65.09%、较大红皮2 号平均Cd 积累量高79.06%。

(3)富顺青麻、小鲁班和湘苎2 号在次年头麻的地上部Cd 积累量高于前两次，分别较头年二麻增加30.03%、28.28%、35.56%，表明其有较强的Cd 吸收能力。