鎘、酸雨和農藥復合污染對小白菜產量和品質的毒性效應

王星輝，楊海君，顏丙花，唐美珍，羅 琳

（1.湖南農業大學生物安全科技學院，湖南 長沙 410128；2.湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128；3.曲阜師范大學生命科學學院，山東 曲阜 273165）

由于工業和交通的迅速發展，空氣中硫氧化物和氮氧化物含量增加，酸雨的影響范圍和程度進一步加深[1]。酸雨已成為一個全球性的環境問題，它對農作物的危害一直受到人們廣泛的關注。實驗數據顯示pH值為3.5時，小白菜的產量下降10%左右，營養品質也相應降低[2]。Cd是毒性最強的重金屬污染元素之一，在GB15618-1995中[3]，pH<6.5的土壤Cd的二級限量標準為:全Cd含量≤0.3 mg/kg。Cd是一種植物非必需的重金屬元素，如果大量的Cd在作物體內累積就會影響其對必需營養元素的吸收和運輸，破壞植物體的正常代謝。另外，它對作物的生長和繁殖也有一定影響[4]。由于工業采礦和污水、生活垃圾的排放，土壤中Cd污染日趨嚴重[5-9]。研究表明，植物在Cd脅迫下產生超氧陰離子自由基、羥自由基等活性氧[10-11]，能引起細胞脂質過氧化，破壞光合系統并加速植物衰老[12]。另外，重金屬在蔬菜可食部分積累，然后通過食物鏈進入人體，進而對人類健康構成威脅。敵殺死（Decis）是擬除蟲菊酯類農藥溴氰菊酯（Deltamethrin，DM）的主要農用劑型，在我國已廣泛應用于果樹、蔬菜等作物的蟲害防治。

目前，有關酸雨、重金屬和農藥單因素或酸雨和重金屬二因素復合污染對蔬菜毒性效應的研究較多，趙曉莉等[13]的研究表明隨著酸雨pH的降低，小白菜株高、葉片數及葉綠素含量等下降，且復合因子比單因子作用明顯。溴氰菊酯在蔬菜、水果等農作物上的殘留很普遍[14]。S Yan等[15]報道了受重金屬鎘污染的地區90%的小白菜樣品中鎘超標。然而，全球工農業迅速發展的一個嚴重后果是現實土壤中多種污染物的共存，由于很多環境效應無法用單一污染物的作用來解釋，故復合污染已逐漸被人們所重視，并成為環境科學研究發展的重要方向之一[16]。本試驗以小白菜為研究對象，探討了重金屬鎘、酸雨和農藥敵殺死聯合作用對小白菜的毒性效應，以期為該區域土壤－植物系統研究、環境質量評價等提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自曲阜市郊未受Cd2+和敵殺死污染的農田土壤（0～20 cm），風干后過3 mm篩，并檢測其理化性質[17]，其基本理化性質見表1。

表1 供試土壤的主要理化性質

小白菜（Brassica chinesis）由蘇州寒山種業有限公司提供。

供試農藥為25 g/L的敵殺死制劑，拜耳作物科學公司提供。

模擬酸雨的配制如下，模擬酸雨是根據山東省大氣監測結果（酸雨中含有 H+，Ca2+，Mg2+，NH4+，等），并參照有關資料配制[18]，在1升去離子水中加入CaCl214.34 mg，MgSO49.88 mg，NH4Cl 8.12 mg，然后用 H2SO4調成不同pH值模擬酸雨溶液，pH值分別為4.0，5.0，6.0。

1.2 試驗設計與實施

試驗采用3因素3水平的L9（34）型正交表，試驗因素和水平設計見表2。

表2 正交試驗水平表

小白菜種子經75%的酒精消毒后，在土壤中發芽生長，長出3片真葉后，選擇均勻一致的幼苗待移栽。用塑料盆（高20 cm×直徑25 cm）裝過3 mm篩孔土壤2.5 kg，按表2中的重金屬Cd的水平和正交試驗設計法，充分混勻穩定一周后移栽小白菜。試驗設置9個處理，每個處理3個平行。同時設置不加任何污染物的作對照。酸雨施用量根據山東省濟寧地區的年降水量（781 mm）進行模擬噴施，共噴兩次，每隔10 d噴淋一次。敵殺死于收獲前10 d施于作物上。收獲時測定小白菜干重及葉綠素含量。

1.3 測定方法[19-20]

葉綠素含量的測定,用對角線取樣法在每個試驗盆中取樣，選取均勻一致的葉片，洗凈，用吸水紙吸干，稱取10 g鮮葉，用熱丙酮提取，分光光度法測定。結果以單位鮮樣品中葉綠素的百分含量表示。

1.4 統計分析

小白菜葉綠素含量的變化以葉綠素含量平均值±標準誤（mean±SD）給出（n=3），t-test檢驗試驗組與對照組之間的差異顯著性，p＜0.05被認為是在α=0.05水平上顯著差異。

2 結果與分析

重金屬Cd、酸雨、農藥敵殺死復合污染對小白菜的效應見表3，正交試驗方差分析見表4。各污染因子水平配對比較見表5。

表3 酸雨、Cd和敵殺死復合污染對小白菜的效應

2.1 復合污染對小白菜產量的影響

由表3可以看出，受污染鎘濃度為5 mg/kg，酸雨pH值為5，敵殺死濃度為2 250 ml/ha的處理比對照干重減少32.0%，這與以往研究[21]有些不同。原因可能是在復合污染條件下，小白菜對極小濃度的鎘敏感[22]。當鎘濃度達15 mg/kg，酸雨pH值為6，敵殺死濃度為1 500 ml/ha時，小白菜干重由對照2.197 6 g/20株上升到2.678 3 g/20株，比處理5增加73.2%，明顯促進小白菜的生長。由此表明，供試土壤在復合污染條件下，低量的鎘對小白菜生長有抑制作用，濃度大于5 mg/kg土時，表現為促進作用。

表4 正交試驗方差分析表

表5 配對比較表

復合污染時，小白菜的干重與單獨污染明顯不同。當金屬鎘維持在較低濃度時，隨著酸雨pH值的變化和敵殺死濃度的升高，小白菜干重減少并不明顯。保持酸雨pH值為5，在鎘和敵殺死濃度變化過程中，敵殺死起主導作用，當其濃度達到2 250 mL/ha時，小白菜的產量最低，僅為1.494 3 g/20株。較高濃度的敵殺死條件下，小白菜產量均低于對照組，并隨著鎘濃度的增大表現為先抑制后促進的效應。

2.2 復合污染對小白菜葉綠素含量的影響

重金屬可以導致植物的黃化癥已經被許多研究所證實，這種黃化癥的主要原因是葉綠素合成受阻，因為植物光合作用主要靠其中心的葉綠素分子[23]。由表3、表4可知，重金屬鎘對小白菜葉綠素含量的影響是極顯著的，表現為低濃度時，隨鎘濃度的增加葉綠素含量降低。當鎘的濃度達到5 mg/kg時，葉綠素的含量達到最小值0.15%，之后隨鎘濃度的增加葉綠素含量呈增加趨勢。然而，當重金屬鎘濃度升高時，酸雨pH值的上升使鎘在土壤溶液中的溶解度降低，毒性降低[24]。從表5可以看出，鎘處理水平2與水平1和水平3差異顯著，說明5 mg/kg的鎘濃度是小白菜鎘中毒的臨界值。

小白菜葉綠素含量隨酸雨pH值的上升有增加的趨勢，其原因可能是：酸雨污染對小白菜生長過程中葉片葉綠素的合成具有抑制作用，因而影響植物的光合作用，阻礙植物生長[25]。相關研究表明[26]，單因素酸雨對小白菜葉綠素含量的影響表現為隨著污染因子濃度的增加，小白菜葉綠素含量呈明顯下降的趨勢。本試驗中酸雨對小白菜葉綠素含量有一定影響，但未達到顯著性水平。

從小白菜的生長狀況可以發現，施農藥后，小白菜生長受到了不同程度的抑制，且抑制程度與農藥濃度正相關，顯示明顯的濃度劑量關系。農藥敵殺死對小白菜葉綠素有破環作用，其含量下降14.06%，原因可能是：在植物細胞正常代謝過程中，活性氧可由多種途徑產生，如葉綠體、線粒體和質膜上的電子傳遞產生了一個不可避免的后果，即電子傳遞至分子氧上，隨著產生活躍的、具有毒性的活性氧，生物和非生物脅迫的介入都可使活性氧的水平升高[27]。過多的的活性氧對細胞極為有害，可直接作用于生物大分子，導致超微結構嚴重破壞。農藥對小白菜葉綠素含量的影響作用是顯著的，顯著性水平達0.001，且從表5可以看出，農藥敵殺死3個水平之間的差異也是顯著的。

3 小結與結論

鎘、酸雨和敵殺死復合污染對小白菜葉綠素含量均會造成不同程度的影響，對小白菜葉綠素含量影響最大的污染因子的水平組合為鎘（2）酸雨（2）敵殺死（3）。

近年來，蔬菜的污染水平和質量安全備受關注。為了消費者的健康和生命安全，研究復合污染條件及其對蔬菜的毒性效應，在揭示蔬菜污染的時空變化規律上具有重大意義。

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