葉面噴鋅對(duì)油菜體內(nèi)鎘積累的研究

陳 玟，趙 科，薛正林，袁 媛，李琳琳

（太原工業(yè)學(xué)院，山西 太原 030008）

引言

土壤作為人類賴以生存的自然環(huán)境以及農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)的重要資源，作物的產(chǎn)量、資源的多少和環(huán)境的好壞等問(wèn)題都與其息息相關(guān)。近幾年來(lái)，隨著社會(huì)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)的進(jìn)步，城市化進(jìn)程不斷加快，許多重金屬污染物被排入自然環(huán)境中，造成大片耕地土壤受到鎘（Cd）等重金屬的污染[1]。目前我國(guó)耕地面積中20%的作物受到重金屬污染，面積約2000 萬(wàn)hm2，其中受到Cd 污染的菜地已經(jīng)超過(guò)1 萬(wàn)hm2，嚴(yán)重影響了人們的生活與健康[2]。人長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)食含鎘的食物就會(huì)形成鎘中毒，鎘進(jìn)入人體，會(huì)造成人體的骨骼系統(tǒng)受損，使骨質(zhì)變脆易折，也就是人們所說(shuō)的“骨痛病”。對(duì)植物而言，鋅（Zn）使植物的光合作用加強(qiáng)，缺少鋅植株會(huì)變得矮小，葉片的生長(zhǎng)也會(huì)受到約束，鋅是植物生長(zhǎng)所必需的微量元素，由于Zn 和Cd 是同一族元素，因此二者具有相似的化學(xué)特性，所以Cd、Zn 在植物吸收過(guò)程中經(jīng)常會(huì)發(fā)生拮抗作用[3]。本文實(shí)驗(yàn)就是基于這樣的原理，研究通過(guò)噴施不同濃度的Zn 肥來(lái)使植物對(duì)Cd 的吸收降低。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試土壤取自太原市南固碾，基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1；供試作物為油菜，采購(gòu)于太原市農(nóng)科院；供試鋅肥為ZnSO4·7H2O。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)共設(shè)計(jì)有12 個(gè)處理方法，每個(gè)處理方法重復(fù)3 次：（1）1 mg/kg 鎘污染，不噴施鋅肥；（2）1 mg/kg鎘污染，噴施0.15 g/mL 鋅肥1mL；（3）1 mg/kg 鎘污染，噴施0.3 g/mL 鋅肥1mL；（4）1 mg/kg 鎘污染，噴施0.6 g/mL 鋅肥1mL；（5）2 mg/kg 鎘污染，不噴施鋅肥；（6）2 mg/kg 鎘污染，噴施0.15 g/mL 鋅肥1 mL；（7）2 mg/kg 鎘污染，噴施0.3 g/mL 鋅肥1 mL；（8）2 mg/kg 鎘污染，噴施0.6 g/mL 鋅肥1 mL；（9）5 mg/kg 鎘污染，不噴施鋅肥；（10）5 mg/kg 鎘污染，噴施0.15 g/mL 鋅肥1 mL；（11）5 mg/kg 鎘污染，噴施0.3 g/mL 鋅肥1 mL；（12）5 mg/kg 鎘污染，噴施0.6 g/mL 鋅肥1 mL。

1.3 樣品分析

1.3.1 生物量

收獲油菜地上部，用自來(lái)水和去離子水洗凈，稱量其鮮重。

1.3.2 土壤pH 值

油菜收取后，取根部附近土壤風(fēng)干，研磨過(guò)篩待用，稱取過(guò)篩土壤2 g 入5 mL 蒸餾水中，均勻攪拌，清除雜質(zhì)，使用pH 計(jì)測(cè)量各溶液pH 值。

1.3.3 測(cè)定土壤脲酶的活性

采用苯酚-次氯酸鈉比色法。

1.3.4 Cd、Zn 含量測(cè)定

植物地上部Cd、Zn含量分析采用HNO3-HClO4法（體積比3∶1）消解，原子吸收法測(cè)定。土壤中Cd、Zn 含量分析采用HNO3-HF-HClO4法消解，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定；有效態(tài)Cd、Zn 分析：取過(guò)2 mm 篩的土壤10 g 于50 mL 的0.1 mol/L HCl 浸提液中，土液質(zhì)量比為1∶5，25 ℃振蕩2 h，過(guò)濾，原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定[4]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用word2016 版軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 不同濃度Zn 肥的噴施對(duì)油菜生物量的影響

隨著Cd 濃度的生長(zhǎng)，油菜生長(zhǎng)逐漸受到抑制。針對(duì)這種情況，采用Zn 肥處理該植被。Zn 是植物生長(zhǎng)發(fā)育中所需要的一種微量元素，這種元素可增強(qiáng)植物的光合作用，葉面噴鋅可有效降低植物中Cd含量，強(qiáng)化植物鋅營(yíng)養(yǎng)。如圖1 所示，不同濃度Zn 肥的噴施對(duì)油菜地上部生物量有不同程度的影響，葉面噴鋅處理后，油菜地上部生物量伴著噴施鋅濃度的提升而增加。1 mg/kg Cd 污染程度下，葉面噴施不同濃度鋅肥后油菜地上部鮮重增加了4.20%～11.55%；2 mg/kg Cd 污染水平下，葉面噴施不同濃度鋅肥后油菜地上部鮮重增加了2.19%～5.04%；5 mg/kg Cd 污染水平下，葉面噴施不同濃度鋅肥后油菜地上部鮮重增加了0.71%～2.84%（p＜0.05）。葉面噴施鋅肥后油菜生物量影響不大，可能導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因是由于土壤受到Cd 污染程度過(guò)于嚴(yán)重而導(dǎo)致噴施這些濃度的Zn 不足以緩解高濃度Cd對(duì)油菜生長(zhǎng)的抑制。董茹茵等[5]研究，噴施鋅肥可以使作物地上部生物量增高，增幅為15.8%～37.2%，但是只有低水平噴鋅處理增加產(chǎn)量的效果比較顯著。

圖1 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Zn 的噴施處理對(duì)油菜地上部鮮重的影響

2.2 不同濃度Zn 肥的噴施對(duì)油菜Cd 含量的影響

如圖2 所示，葉面噴鋅會(huì)顯著降低油菜地上部Cd 含量。葉面噴施鋅肥，Zn 可競(jìng)爭(zhēng)植物細(xì)胞Cd 的離子通道或某載體蛋白的結(jié)合位點(diǎn)，抑制Cd 轉(zhuǎn)運(yùn)至植物其他部位，減少植物中Cd 含量。1 mg/kg Cd污染水平下，噴施不同濃度鋅肥顯著降低了油菜中Cd 的含量，與對(duì)照（不噴鋅）相比，降幅為9.43%～24.32%；2 mg/kg Cd 污染水平下，噴施不同濃度鋅肥顯著降低了油菜地上部Cd 含量，與對(duì)照相比，降幅為7.62%～32.05%；5 mg/kg Cd 污染水平下，噴施不同濃度鋅肥顯著降低了油菜地上部Cd 含量，與對(duì)照相比，降幅為4.72%～31.1%（p＜0.05）。

圖2 不同質(zhì)量濃度Zn 肥的噴施對(duì)油菜Cd 含量的影響

應(yīng)金耀[6]研究表明，水稻植被分別在0.48、1.52、3.47 mg/kg Cd 污染濃度下，葉面噴施0.1%ZnSO4，水稻籽粒中的Cd 含量有不同程度的下降，與對(duì)照組相比，降幅分別為25.93%、20.51%、16.17%。Zn 與Cd 在化學(xué)周期表中位于同一族，有相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)[7]，這使得Zn 能夠競(jìng)爭(zhēng)植物細(xì)胞中Cd離子通道或載體蛋白，抑制根部Cd 轉(zhuǎn)運(yùn)至植物其他部位，減少地上部Cd 含量。

2.3 不同濃度Zn 肥的噴施對(duì)油菜Zn 含量的影響

鋅作為植物生長(zhǎng)中所需的微量元素之一，在作物體內(nèi)間接起著影響生長(zhǎng)素的合成的作用。如圖3，葉面噴施鋅肥能使油菜地上部Zn 含量顯著增加。土壤污染鎘含量1 mg/kg，噴施不同濃度的鋅肥后與對(duì)照組相比，鋅濃度的增幅為55.8%～79.40%；土壤污染鎘含量2 mg/kg，噴施不同濃度的鋅肥后與對(duì)照組相比，鋅濃度的增幅為46%～86.92%；土壤污染鎘含量5 mg/kg，噴施不同濃度的鋅肥后與對(duì)照組相比，鋅濃度的增幅為35.5%～71.42%（p＜0.05）。

圖3 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Zn 肥的噴施對(duì)油菜Zn 含量的影響

Haslett B S[8]認(rèn)為葉面施鋅可以使小麥籽粒中Zn 的含量增加，為小麥提供充足的鋅營(yíng)養(yǎng)，在小麥幼期，葉面噴施ZnSO4可明顯提升小麥籽粒中Zn 含量。索炎炎等[9]研究發(fā)現(xiàn)，葉面噴施鋅肥后，水稻不同部位鋅的含量不同程度地增加，莖、根、籽粒中Zn含量分別為對(duì)照（不施鋅肥）的3、2、1.4 倍。由此可以看出，葉面噴鋅可為植物提供鋅營(yíng)養(yǎng)，增加植物中Zn 含量。

2.4 不同濃度Zn 肥的噴施對(duì)土壤有效態(tài)Cd、Zn 含量的影響

由第23 頁(yè)圖4、圖5 可見(jiàn)，在Cd 含量1、2、5mg/kg污染的土壤中，與對(duì)照（不噴施鋅肥）相比，葉面噴施不同濃度鋅肥對(duì)土壤有效態(tài)Cd 含量有一定影響，伴著Zn 濃度的增加，土壤有效態(tài)Cd 有細(xì)微的減少，但減少的數(shù)值并不明顯。在1mg/kg Cd 污染水平下，噴施15%、30%、60%Zn 降幅分別為2.38%～7.74%；在2 mg/kgCd 污染水平下，噴施15%、30%、60%Zn降幅為7.32%～12.20%；在5 mg/kgCd 污染水平下，噴施15%、30%、60%Zn 降幅為3.49%～10.47%（p＜0.05）。由圖5 可知，在Cd 含量1、2、5 mg/kg 污染土壤中，噴施鋅肥的濃度逐漸增加，土壤有效態(tài)Zn含量有顯然的提升，與對(duì)照組（不噴鋅）相比，葉面噴施不同濃度鋅肥，土壤有效態(tài)Zn 含量的增幅不同，其中，1 mg/kg Cd 污染水平下噴施15%、30%、60% Zn增長(zhǎng)值為22.22%～29.56%；2 mg/kg Cd 污染水平下噴施15%、30%、60%Zn 增長(zhǎng)值為25.24%～33.89%；5 mg/kg 污染水平下，噴施15%、30%、60%Zn 增長(zhǎng)值為20.17%～34.92%（p＜0.05），則土壤有效態(tài)Zn含量的最大增長(zhǎng)幅度為34.92%。

圖4 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Zn 肥的噴施對(duì)土壤有效態(tài)Zn 含量的影響

圖5 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)Zn 肥的噴施對(duì)土壤有效態(tài)Cd 含量的影響

應(yīng)金耀等[6]認(rèn)為對(duì)水稻噴施ZnSO4·7H2O 并不影響土壤有效Cd 含量。董如茵[5]等研究也發(fā)現(xiàn)，葉面噴施鋅肥，土壤有效態(tài)Cd 含量沒(méi)有顯然的變化，這也間接說(shuō)明葉面噴施鋅肥降低植物中鎘積累的機(jī)理主要是抑制根部Cd 向植物頂部轉(zhuǎn)運(yùn)，而并非鈍化土壤中Cd、減少土壤中有效Cd 含量。

2.5 不同濃度Zn 肥的噴施對(duì)土壤pH 的影響

如表2，葉面噴施鋅肥對(duì)土壤pH 影響不大，只有略微的增加（0.1 左右)；1 mg/kg Cd 污染水平下，葉面噴施不同濃度鋅肥后與對(duì)照相比pH 增幅為0.012～0.072；2 mg/kg Cd 污染水平下，葉面噴施不同濃度鋅肥后與對(duì)照相比pH 增幅為0.049～0.116；5 mg/kg Cd 污染水平下，葉面噴施不同濃度鋅肥后與對(duì)照相比pH 增幅為0.108～0.23（p＜0.05）。這與張良運(yùn)等[10-11]的研究結(jié)果一致，張良運(yùn)等認(rèn)為葉面噴施ZnSO4·7H2O 并未明顯影響土壤pH 值，推測(cè)原因可能為噴施ZnSO4·7H2O 的量太少，不足以影響土壤固相性質(zhì)。

表2 油菜葉面噴施不同濃度Zn 肥對(duì)土壤pH 的影響

2.6 不同濃度Zn 肥的噴施對(duì)土壤脲酶活性的影響

圖6 可知，葉面噴施鋅肥處理后土壤脲酶活性呈不同程度增加，1 mg/kg Cd 污染水平下，葉面噴施不同濃度鋅肥后與對(duì)照組相比土壤脲酶活性增幅為2.36%～11.48%；2 mg/kg Cd 污染水平下，葉面噴施不同濃度鋅肥后與對(duì)照組相比土壤脲酶活性增幅為4.54%～10.82%；5 mg/kg Cd 污染水平下，葉面噴施不同濃度鋅肥后與對(duì)照組相比土壤脲酶活性增幅為4.26%～7.00%（p＜0.05）。土壤脲酶參與土壤氮循環(huán)，為植物提供無(wú)機(jī)氮化物，是構(gòu)成土壤肥力的重要因素[12]，說(shuō)明噴施鋅肥在一定程度上改善了土壤質(zhì)量，緩解Cd 對(duì)土壤的毒害作用。

圖6 不同濃度鋅肥的噴施對(duì)土壤脲酶活性的影響

3 結(jié)論

1）油菜生物量不僅與噴施鋅肥濃度有關(guān)，而且與土壤所受Cd 污染程度有關(guān)。噴施鋅肥能增加油菜地上部鮮重。

2）不同濃度鋅肥的噴施均可顯著降低油菜地上部Cd 含量。

3）不同濃度鋅肥的噴施能顯著提高油菜地上部Zn 含量。

4）葉面噴施Zn 肥對(duì)土壤pH 的影響不是很大，無(wú)顯著變化。

5）噴施鋅肥在一定程度上可改善土壤質(zhì)量，提高土壤脲酶活性。