红托竹荪重金属形态及活性炭对其品质影响的研究

程志飞, 刘慧娟

(1.贵州农业职业学院, 贵阳 551400; 2.贵州医科大学, 贵阳 550025)

红托竹荪位列草八珍,有“菌中皇后”美誉,是贵州地理标志性产品。贵州特殊的喀斯特环境为竹荪生长发育提供了优良的自然条件。随着生活水平的提高,红托竹荪作为餐桌上的佳肴“飞入寻常百姓家”,但是红托竹荪中重金属含量超标直接影响该产品的出口和产业化种植。近年来,研究发现竹荪中重金属的含量主要来源于土壤[1],但是研究如何减少竹荪对土壤中重金属的吸收相对较少。活性炭作为有效的重金属污染土壤修复材料被广泛的研究,但活性炭对竹荪富集土壤中重金属的抑制规律报道较少[2]。笔者通过智能出菇房采取层载法栽培红托竹荪,分析了土壤和竹荪样品中Pb、Cd、Cr、Hg、As的总含量、土壤中Pb、Cd、Cr、Hg、As形态(交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态、残渣态)、土壤理化性质(pH、有机质、氮、磷、钾),全面了解重金属在竹荪子实体(菌盖、菌托、菌裙、菌柄)中的分布特征、富集特点,以期为贵州省红托竹荪产业提质增效。

1 阻抗试验与分析方法

1.1 活性炭改良剂红托竹荪栽培试验

选用1～2 cm孔筛对竹荪基地的土壤进行过筛,喷淋稀释500倍的吡虫啉和阿维菌素的混合液并用塑料封盖2～3 d,再使用台秤称量簸箕盛取处理后的100 kg土壤作为一份竹荪栽培土壤,分开堆放共计21份。活性炭与土壤分别按1 g/kg、2 g/kg、4 g/kg、6 g/kg、8 g/kg、10 g/kg的比例设置,每一个比例分别设置3个平行对照添加活性炭,标记编号Y1、Y2、Y3、Y4、Y5、Y6,混合均匀,并设置3个空白组,标记为Y0,备用。

1.2 样品采集及检测方法

1.2.1样品采集

采用智能出菇房层载方法进行竹荪栽培,采集分析Y0～Y6组土壤样和竹荪样。根据HJ/166-2004规定按照5点法采集活性炭改良剂处理前后的红托竹荪基质土壤,用于确定活性炭改良剂处理前后,土壤中Cd、Cr、Hg、Pb、As的含量变化规律,并对土壤重金属形态(交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化态、有机结合态、残渣态)和土壤理化性质(pH、有机质、氮、磷、钾)进行分析,并对不同组织(整株、菌帽、菌裙、菌柄、菌托)中Pb、Cd、Cr、Hg、As的含量进行测定。

1.2.2检测方法

具体检测方法见表1。

表1 检测方法

表2 土壤背景值及红托竹荪污染限值 单位:mg/kg

1.3 分析方法及标准

1.3.1富集系数

红托竹荪不同组织部位对重金属(Pb、Cd、Cr、Hg、As)的富集能力存在很大的差异[8],实验采用富集系数反映红托竹荪不同组织部位对重金属(Pb、Cd、Cr、Hg、As)富集的能力,公式如下:

式中:BAF为富集系数,C竹荪为重金属测量值,单位:mg/kg;C土壤为对应点位土壤重金属含量,单位:mg/kg。

1.3.2参考标准

1.4 数据的处理和分析

利用Excel软件对数据进行统计分析,采用Orining8.5软件进行绘图。

2 结果与讨论

2.1 红托竹荪土壤理化性质

土壤的理化性质对红托竹荪富集重金属的能力和子实体的品质至关重要[9],pH值直接影响土壤的养分、微生物和生物有效性,另外,pH值偏小会有利于重金属的释放,加剧大形真菌对重金属的富集。由表3可知,试验空白土壤的pH=6.73有利于红托竹荪对土壤微量元素的吸收。有机质能够络合重金属元素从而减少红托竹荪对重金属的可利用性,试验空白土壤的有机质含量为23.81 g/kg,相对比较好。氮磷钾是土壤肥力的重要指标[10],试验空白土壤氮含量为2.18 g/kg、磷含量为6 158.36 mg/kg、钾含量为7 259.17 mg/kg,说明土壤相对比较肥沃,有利于红托竹荪的生长发育。

表3 土壤理化性质

2.2 红托竹荪土壤重金属形态

土壤中重金属的形态直接影响红托竹荪累积重金属的能力,因此研究基质土壤各重金属形态的分布及规律[11],有助于解析红托竹荪富集某重金属元素的能力受形态的影响,对竹荪栽培具有一定的指导意义。本研究对土壤Pb、Cd、Cr、Hg、As的5种形态进行分析,结果如图1所示。由图1可知,红托竹荪土壤重金属各形态所占比例各不相同,对Pb、Cr、As而言,残渣态>铁锰氧化物结合态>有机结合态>可交换态>碳酸盐结合态;对Hg而言,残渣态>有机结合态>铁锰氧化物结合态>可交换态=碳酸盐结合态。总体来看,Pb、Cd、Cr、Hg、As形态均以残渣态为主,碳酸盐结合态最小,Cd和Hg可交换态所占比例较高;Pb的铁锰氧化物结合态、有机结合态、可交换态、碳酸盐结合态均高于Cd、Cr、Hg和As所对应的形态;Cr的残渣态最大,Pb的可交换态最大可被生物直接利用吸收[12-13]。

图1 土壤中不同重金属形态所占百分比

2.3 红托竹荪不同组织中重金属含量

由图2可知,红托竹荪的不同组织部位中Pb、Cd、Cr、Hg、As的含量各不相同,从整体来看,Cd(1.75 mg/kg)>Cr(0.64 mg/kg)>As(0.58 mg/kg)>Pb(0.35 mg/kg)>Hg(0.09 mg/kg);就Pb而言,菌裙(0.68 mg/kg)>菌柄(0.47 mg/kg)>菌帽(0.29 mg/kg)>菌托(0.21 mg/kg);就Cr而言,菌托(1.25 mg/kg)>菌裙(0.71 mg/kg)>菌帽(0.57 mg/kg)>菌柄(0.43 mg/kg);就Cd而言,菌帽(1.92 mg/kg)>菌柄(1.87 mg/kg)>菌托(1.26 mg/kg)>菌裙(1.18 mg/kg);就Hg而言,菌柄(0.16 mg/kg)>菌裙(0.07 mg/kg)>菌帽(0.06 mg/kg)>菌托(0.04 mg/kg);就As而言,菌裙(1.68 mg/kg)>菌柄(0.54 mg/kg)>菌帽(0.39 mg/kg)>菌托(0.37 mg/kg)。从红托竹荪不同组织看,菌裙主要富集As和Cd,菌帽和菌柄主要富集Cd,菌托主要富集Cd和Cr。对比红托竹荪及木材基质中重金属含量发现除Pb外,红托竹荪中Cd、Cr、Hg和As的含量均高于木材。

图2 红托竹荪不同组织中重金属含量

2.4 改良剂添加量对红托竹荪土壤重金属的影响

由表4可知,栽培土壤中Pb、Cd、Cr、Hg、As的含量受活性炭的影响不大,但土壤的结构发生了变化,其基本的理化性质是否受到影响,对重金属的形态也存在一定的影响[14-16]。因此,子实体中重金属含量与改良剂添加量的关系有待进一步研究[17]。

表4 改良剂添加量对重金属含量的影响

3 结 论

Pb、Cd、Cr、Hg、As形态均以残渣态为主,碳酸盐结合态最小,Cd和Hg可交换态所占比例较高;Pb的铁锰氧化物结合态、有机结合态、可交换态、碳酸盐结合态均高于Cd、Cr、Hg和As所对应的形态;Cr的残渣态最大,Pb的可交换态最大,可被生物直接利用吸收。菌裙主要富集As和Cd,菌帽和菌柄主要富集Cd,菌托主要富集Cd和Cr。对比红托竹荪及木材基质中重金属含量发现,除Pb外,红托竹荪中Cd、Cr、Hg和As的含量均高于木材。栽培土壤中Pb、Cd、Cr、Hg、As的含量受活性炭的影响不大,但土壤的结构发生了变化,其基本的理化性质是否受到影响,对重金属的形态也存在一定影响。