金盏菊和龙葵对土壤中镉的耐受性和富集特征研究①

韦春媛， 严 青

（1.广西生态工程职业技术学院，广西 柳州 545006； 2.广西柳州市市政公用事业发展中心，广西 柳州 545000）

当前我国土壤重金属污染较为严重，其中镉污染因其危害程度高，受到了极大关注。 镉广泛应用于合金制备、原子堆反应、电镀等行业［1］。 进入土壤中的镉容易附着在农作物上，通过食物链进入人体，对人体造成伤害［2］。 植物修复重金属污染土壤是一种高效经济的方法。 研究发现，部分植物对重金属有超强的富集能力，是一般植物的几倍甚至几十倍，这些植物被称为重金属超富集植物［3-4］。 龙葵是一种典型的镉超积累植物，有研究表明，龙葵在高浓度镉作用下植物生长并未受到抑制［5-7］。 金盏菊对镉有很强的耐性，用于镉污染土壤修复有较好效果［8-9］。 本文通过盆栽实验，探究金盏菊和龙葵对土壤中镉的耐受性和富集特征，为土壤修复治理提供参考。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

实验所选取植物为龙葵和金盏菊。 实验土壤为某矿山实验基地表层土壤，土壤理化性质如表1 所示。

表1 实验土壤理化性质

1.2 实验方法

实验采用温室盆栽方法，土壤中Cd2＋浓度分别设定为0，5，25，50，100 mg／kg，每个处理样品设定4 个平行组，即用Cd（NO3）2配置成相应浓度溶液，一次性施入土壤中，其中Cd2＋浓度为0 的土壤施入自来水（无Cd 检出），设定为对照组。 将实验土壤风干过筛后，取3 kg 装入实验塑料盆中，按照设定浓度加入对应量的Cd（NO3）2，充分混合均匀后加入蒸馏水调节土壤湿度至田间持水量的80%左右，静置平衡1 个月后待用。将龙葵种子和金盏菊种子进行育苗，出苗后选取长势一致的植株移栽至实验盆中，每盆移栽2 株，置于温室中进行培育，温度25 ℃左右，生长期间保持水分的补充，60 d 左右长成，长成后测量植株高度并记录，采收后将植株分为地上和地下两个部分，自来水冲洗干净后再用蒸馏水淋洗5 次，晾干水分后烘干至恒重，分别对地上部分和地下根部称重、记录，对植株各部分粉碎过筛后用HNO3-HClO4法进行消解，消解后用原子吸收分光光度法测定Cd 含量。

1.3 数据处理

采用Excel 2009、SPSS23.0 等软件进行数据处理、显著性检验等分析。

地上部分／根部Cd 富集系数=植株地上部分（根部）Cd 含量／土壤中Cd 含量。

转移系数=植株地上部分Cd 含量／植株根部Cd含量。

2 实验结果和讨论

2.1 土壤中Cd 浓度对2 种植物株高的影响

不同土壤Cd 浓度下龙葵和金盏菊的株高变化如图1 所示。 图中不同字母表示差异显著，相同字母表示差异不显著，下同。 龙葵株高随着土壤中Cd浓度增加呈增长趋势，4 组含镉样品与对照组均有显著性差异（P＜0.05）（P＜0.05 表示数据间有显著差异，P＞0.05 表示数据间无显著差异），相比于对照组，土壤中Cd 浓度为5、25、50 和100 mg／kg 时，龙葵株高分别增加12.93%、15.04%、23.75%、31.40%。 低浓度处理组（5 mg／kg、25 mg／kg）间无显著性差异（P＞0.05），高浓度处理组间（50 mg／kg、100 mg／kg）存在显著性差异（P＜0.05）。 实验结果表明龙葵对镉的耐受性很强，在高的Cd 浓度下，仍然对其生长有促进作用。 当土壤中Cd 浓度为5 mg／kg 时，金盏菊株高有一定增加，但与对照组并无显著性差异（P＞0.05）；当土壤中Cd 浓度为25 mg／kg、50 mg／kg 时，相对于对照组株高明显增加（P＜0.05），分别增加19.53%、16.80%；再继续提高土壤中Cd 浓度至100 mg／kg，金盏菊株高略有下降。 说明对于金盏菊，在较低Cd 浓度下对其有促进生长的作用，同时在较高Cd 浓度下也不会对其生长造成抑制，对镉有很好的耐受性。

图1 不同土壤Cd 浓度下龙葵和金盏菊的株高变化

2.2 不同土壤Cd 浓度下2 种植物的生物量变化

生物量是指某一时刻单位面积内实存生活的有机物质（干重）（包括生物体内所存食物质量）总量，生物量可反映植物生长发育情况。 在不同土壤Cd 浓度下，龙葵生物量变化如图2 所示。 龙葵地上部分生物量干重随着土壤中Cd 浓度增加表现出先增加后减少的趋势，在低浓度时（5 mg／kg、25 mg／kg），地上部分生物量干重显著性增加（P＜0.05），相较于对照组增加了10.87%、6.52%，在高浓度（50 mg／kg 、100 mg／kg）下，相较于低浓度样品，地上部分生物量干重显著下降（P＜0.05），Cd 浓度100 mg／kg 样品与对照组也有显著性差异（P＜0.05），相较于对照组下降了8.7%。 土壤中Cd 浓度分别为5 mg／kg、25 mg／kg、50 mg／kg时，龙葵根部生物量干重相较于对照组均呈显著性增加（P＜0.05），分别增加了4.49%、11.24%、13.48%。当土壤中Cd 浓度为100 mg／kg 时，相对对照组根部生物量显著下降，下降了2.25%。 生物量变化情况表明，龙葵对镉有一定的耐受性，较低浓度的镉对龙葵生长有一定促进作用，但高浓度镉则对龙葵生长有抑制作用。

图2 不同土壤Cd 浓度下龙葵的生物量变化

在不同土壤Cd 浓度下，金盏菊生物量变化如图3所示。 4 组含镉土壤栽培的金盏菊地上部分生物量相较于对照组均略有上升，但无显著性差异（P＞0.05），各处理组间也无显著性差异，表明镉对金盏菊地上部分的生长发育无较大影响。 土壤中Cd 浓度5 mg／kg 时，金盏菊地下部分生物量相较于对照组显著增加（P＜0.05），增加了3.57%，其他处理组与对照组没有显著差异（P＞0.05）。 结果表明，镉对金盏菊根部的生长发育无较大影响，低浓度镉对根部生长还有一定程度的促进作用。

图3 不同土壤Cd 浓度下金盏菊的生物量变化

2.3 不同土壤Cd 浓度下2 种植物的Cd 含量变化

不同土壤Cd 浓度下，龙葵各部分Cd 含量变化如图4 所示。 随着土壤中Cd 浓度增加，龙葵地上部分和根部中Cd 含量不断增加，与对照组差异显著（P＜0.05），各组间也存在显著性差异（P＜0.05）。 在实验范围内，土壤中Cd 浓度100 mg／kg 时，龙葵地上部分和根部Cd 含量均达到最大，分别为589.6 mg／kg 和409.7 mg／kg。龙葵对镉有很好的富集能力，地上部分的Cd 含量大于根部的Cd 含量。

图4 不同土壤Cd 浓度下龙葵各部位Cd 含量变化

不同土壤Cd 浓度下，金盏菊各部分Cd 含量变化如图5 所示。 金盏菊地上部分和地下部分Cd 含量随着土壤中Cd 浓度增加呈上升趋势，与对照组之间存在显著性差异（P＜0.05），在实验范围内，土壤中Cd 浓度100 mg／kg 时，金盏菊地上部分和根部Cd 含量均达到最大，分别为269.7 mg／kg 和1 289.6 mg／kg。 金盏菊体内Cd 含量与土壤中Cd 浓度成正比，金盏菊对镉有很好的吸收作用，能富集土壤中的镉，根部的Cd 含量大于地上部分的Cd 含量。

图5 不同土壤Cd 浓度下金盏菊各部位Cd 含量变化

2.4 不同土壤Cd 浓度下2 种植物的Cd 积累量变化

不同土壤Cd 浓度下龙葵的Cd 积累量变化如图6所示。 土壤Cd 浓度增加，龙葵地上部分、根部以及植株Cd 的总积累量均呈显著上升（P＜0.05），各处理样品组之间也有明显差异（P＜0.05），当土壤中Cd 浓度100 mg／kg 时，地上部分、根部和植株积累量达到最大值，分别为2 389.38 μg、358.96 μg 和2 748.34 μg。 每个样品中地上部分的Cd 积累量都比根部积累量多，表明对于龙葵来说，其地上部分是镉的主要积累部位。

图6 不同土壤Cd 浓度下龙葵的Cd 积累量变化

不同土壤Cd 浓度下金盏菊的Cd 积累量变化如图7 所示。 土壤Cd 浓度增加，金盏菊地上部分、根部以及植株总的Cd 积累量都显著上升（P＜0.05），当土壤中Cd 浓度100 mg／kg 时，地上部分、根部和植株积累量达到最大值，分别为860.34 μg、1 444.35 μg 和2 304.69 μg。

图7 不同土壤Cd 浓度下金盏菊的Cd 积累量变化

2.5 不同土壤Cd 浓度下2 种植物的富集系数变化

富集系数的大小代表了植物对相应重金属的积累能力，富集系数越大，植物对重金属的积累能力就越高，通常富集系数大于1 代表植物为重金属的高积累植物，富集系数小于1 则代表植物为重金属的一般积累植物。

不同土壤Cd 浓度下龙葵的富集系数变化如图8所示。 龙葵地上部分和根部的积累系数在不同土壤Cd 浓度下积累系数均大于1，表明龙葵是镉的高积累植物。 龙葵根部积累系数随着土壤中Cd 浓度增加呈现先增加后减少的趋势，在土壤中Cd 含量5 mg／kg时，龙葵根部积累系数最高，达到11.14，与其他样品差异显著（P＜0.05）。 龙葵地上部分积累系数总体上随着土壤中Cd 浓度增加而逐渐下降，4 个不同土壤Cd浓度下栽培的龙葵积累系数均显著小于对照组（P＜0.05），当土壤中Cd 浓度100 mg／kg 时，富集系数最低，为4.13。

图8 不同土壤Cd 浓度下龙葵的富集系数变化

不同土壤Cd 浓度下金盏菊的富集系数变化如图9所示。 金盏菊地上部分和根部的积累系数在不同土壤Cd 浓度下均大于1，表明金盏菊同样是镉的高积累植物。 金盏菊地上部分积累系数随着土壤中Cd 浓度增加呈现先增加后减少的趋势，当土壤中Cd 浓度5 mg／kg时，金盏菊地上部分积累系数最高，达到15.56，与其他处理组差异显著（P＜0.05），其他样品的根部积累系数有所下降，但高于空白对照组（P＜0.05）。 金盏菊根部积累系数随着Cd 浓度增加先增加后减小，当土壤中Cd 浓度5 mg／kg 时，根部积累系数最高，达到8.72，与其他处理组差异显著（P＜0.05），此后龙葵根部积累系数开始下降且均显著小于对照组（P＜0.05），当土壤中Cd 浓度100 mg／kg 时，富集系数最低，为2.69。

图9 不同土壤Cd 浓度下金盏菊的富集系数变化

2.6 不同土壤Cd 浓度下2 种植物的转移系数变化

不同土壤Cd 浓度下龙葵和金盏菊的转移系数如表2 所示。 龙葵的转移系数随着Cd 浓度增加先增加后减少，在Cd 浓度5 mg／kg 时转移系数最大，为3.98，与其他组均有显著性差异（P＜0.05）。 金盏菊的转移系数随着Cd 浓度增加显著减少（P＜0.05）， Cd 浓度增加会抑制Cd 由根部向地上部分转移。

表2 不同土壤Cd 浓度下龙葵和金盏菊的转移系数

3 结 论

1） 龙葵和金盏菊2 种植物都表现出对镉良好的耐受性。 从栽培过程的株高变化来看，龙葵随着土壤中Cd 浓度增加呈增长趋势；低Cd 浓度下明显促进金盏菊生长。 从生物量变化来看，土壤中较低的Cd 浓度对龙葵生长有一定促进作用，但高浓度Cd 对龙葵生长有抑制作用；Cd 浓度对金盏菊根部的生长发育无较大影响，低浓度Cd 对根部生长有一定程度促进作用。

2） 金盏菊和龙葵地上部分和地下部分Cd 含量均随着土壤中Cd 浓度增加呈上升趋势。

3） 金盏菊和龙葵都是镉的高积累植物，地上部分和根部的积累系数均大于1。 龙葵转移系数随着土壤中Cd 浓度增加呈现先增加后减少的趋势，最大为3.98。 金盏菊转移系数随着土壤中Cd 浓度增加显著下降，Cd 浓度增加会抑制Cd 由根部向地上部分转移。