海南風(fēng)吹楠對(duì)鉛、鎘脅迫的生長響應(yīng)及綜合評(píng)價(jià)分析

胡 倩，亢亞超，張博宇，王凌暉，滕維超

（廣西大學(xué)林學(xué)院，南寧 530004）

海南風(fēng)吹楠（Horsfieldia hainanensis）為肉豆蔻科（Myristicaceae）風(fēng)吹楠屬的常綠喬木，別名為海南荷斯菲木、海南霍而飛、水枇杷等，主要分布于我國云南、海南和廣西[1-2]。研究發(fā)現(xiàn)，海南風(fēng)吹楠種子含油量高，可用于機(jī)械潤滑油增黏降凝雙效添加劑和制皂[3-5]；海南風(fēng)吹楠不僅木材質(zhì)量好，其樹皮還可入藥，具有很高的經(jīng)濟(jì)和藥用價(jià)值[6-8]。除此之外，海南風(fēng)吹楠形態(tài)優(yōu)美，樹形高大，可作為園林綠化、美化樹種。近年來，學(xué)者對(duì)海南風(fēng)吹楠的研究主要集中在施肥、地理分布、化學(xué)成分及育苗技術(shù)等方面[9-12]，在重金屬脅迫領(lǐng)域研究甚少。因此，研究鉛、鎘脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠生長特性的影響具有重要意義，可為海南風(fēng)吹楠的栽培及綜合利用提供科學(xué)依據(jù)。

目前，大量學(xué)者對(duì)植物的重金屬脅迫進(jìn)行了研究。陳美靜等[13]通過研究鉛、鎘等重金屬對(duì)植物有機(jī)酸含量的影響，提出植物有機(jī)酸在重金屬脅迫下解毒的研究方向；張浩[14]、陳偉[15]、王萍[16]等對(duì)煙草、草坪、醉馬草進(jìn)行了重金屬脅迫研究，結(jié)果表明重金屬脅迫能抑制植物的生長發(fā)育，對(duì)其產(chǎn)生嚴(yán)重的毒害作用。本研究以海南風(fēng)吹楠為材料，研究鉛、鎘脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠的生長響應(yīng)，旨在為海南風(fēng)吹楠苗木的栽培及推廣提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在廣西南寧市廣西大學(xué)林學(xué)院苗圃教學(xué)實(shí)習(xí)基地進(jìn)行（108°17′E，22°51′N），地屬南亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，雨量充沛，無霜期長，年均氣溫21.6℃，非常適宜海南風(fēng)吹楠的生長。土壤全氮、全磷、全鉀、鉛、鎘含量分別為0.31 g/kg、0.15 g/kg、0.1 g/kg、15.21 mg/kg、0.1 mg/kg，pH為6.17。

1.2 試驗(yàn)材料

海南風(fēng)吹楠苗木由廣西欽州市林科所提供，為長勢(shì)均勻、健康、1年生實(shí)生苗，株高（21.04±0.74 cm），地徑（4.98±0.49 mm）。土壤基質(zhì)由沙壤土，土和沙以3∶1的比例混勻，于2017年4月18日栽植于直徑為23 cm、盆高20 cm的塑料盆中，并在盆下墊上托盤，每盆土壤重5 kg，每盆栽植1株。歷經(jīng)約1個(gè)月緩苗后，2018年5月10日對(duì)海南風(fēng)吹楠進(jìn)行鉛（Pb）、鎘（Cd）單一脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)中Cd來自 CdCl2·2.5H2O、 Pb來自 Pb（NO3）2，均采自南寧羽瑞生物試劑經(jīng)銷部。

1.3 試驗(yàn)方法

鎘、鉛單一脅迫濃度設(shè)置參考諶金吾[17]試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以不加CdCl2和 Pb（NO3）2的水溶液（清水）作為對(duì)照組（CK），鉛單一脅迫濃度為250、500、1 000、2 000 mg/kg，鎘單一脅迫濃度為10、25、50、100 mg/kg，共9個(gè)處理組，每個(gè)處理均設(shè)7個(gè)重復(fù)，共用63株海南風(fēng)吹楠。試驗(yàn)周期為6個(gè)月，前2個(gè)月對(duì)苗木進(jìn)行鉛、鎘單一脅迫處理，每次施加的量為總量的1/6，每10天處理1次，處理過程中，讓重金屬溶液與土壤充分混合，并及時(shí)把托盤中的溶液倒入盆栽中，防止流失。處理結(jié)束后，根據(jù)盆中水分情況和周圍環(huán)境對(duì)苗木進(jìn)行合理的澆水、除草、松土等管理，保證苗木正常生長需求。

1.4 指標(biāo)測(cè)定

2017年5月至2017年11月期間進(jìn)行株高、地徑測(cè)定。株高使用皮尺（150 cm，0.1 cm）測(cè)定，地徑使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺（0～200 mm）測(cè)定，每30 d測(cè)定1次，每組每株重復(fù)測(cè)定5次。

2017年11月試驗(yàn)結(jié)束后，采用烘干稱重法進(jìn)行生物量測(cè)定[18]。每個(gè)處理組挖取3株長勢(shì)均勻的海南風(fēng)吹楠進(jìn)行編號(hào)，用超純水清洗干凈，吸水紙吸掉植株水分，稱量根、莖、葉的鮮質(zhì)量，后放入105℃的烘箱內(nèi)殺青30 min，再將溫度調(diào)至75℃烘干至恒重，測(cè)定根、莖、葉的干質(zhì)量。

2017年11月試驗(yàn)結(jié)束后，使用Epson根系掃描儀進(jìn)行根系指標(biāo)的測(cè)定，每個(gè)處理選取3株海南風(fēng)吹楠破壞取樣，測(cè)定其根系的總根長和總根表面積。

苗木質(zhì)量指數(shù)[19]（QI）＝苗木總干重/[（苗高/地徑）+（徑干重根干重）]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Excel 2010進(jìn)行記錄、整理計(jì)算和作圖，方差分析用DPS、SPSS等進(jìn)行，多重比較用Duncan法等。

2 結(jié)果與分析

2.1 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠株高的影響

海南風(fēng)吹楠株高增長量的排序?yàn)镻b500＞Pb250＞CK＞Pb1 000＞Pb2 000（圖1A），其中，鉛濃度為500 mg/kg的處理組株高增長量最大（20.16 cm），250 mg/kg處理次之，2 000 mg/kg處理最小（13.90 cm），Pb500處理組的株高增長量為Pb2 000的1.45倍；海南風(fēng)吹楠株高增長量的排序?yàn)镃d25＞Cd10＞CK＞Cd50＞Cd100（圖1B），鎘濃度為25 mg/kg的處理組株高增長量最大（18.00 cm），10 mg/kg處理次之，100 mg/kg處理最小（13.93 cm），Cd25處理組的株高增長量為Cd100的1.29倍（圖1B）。總體來看，鉛、鎘單一脅迫下，海南風(fēng)吹楠的株高增長量均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，且在鉛濃度為500 mg/kg、鎘濃度為25 mg/kg時(shí)最高。

2.2 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠地徑的影響

海南風(fēng)吹楠地徑增長量的排序?yàn)镻b500＞Pb250＞Pb1 000＞CK＞Pb2 000（圖2A），其中，鉛濃度為500 mg/kg的處理組地徑增長量最大（3.09 mm），250 mg/kg處理次之，2 000 mg/kg處理最小（2.08 mm），Pb500處理組的地徑增長量為Pb2 000的1.49倍；海南風(fēng)吹楠地徑增長量的排序?yàn)镃d25＞Cd10＞CK＞Cd50＞Cd100，鎘濃度為25 mg/kg的處理組地徑增長量最大（2.90 mm），10 mg/kg處理次之，100 mg/kg處理最小（1.96 mm），Cd25處理組的地徑增長量為Cd100的1.48倍（圖2B）。總體來看，鉛、鎘單一脅迫下，海南風(fēng)吹楠的地徑增長量均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，且在鉛濃度為500 mg/kg、鎘濃度為25 mg/kg時(shí)最高。

圖1 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠苗木株高增長量的影響Fig.1 Effects of single stress of Pb and Cd on height increment of Horsfieldia hainanensis

圖2 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠苗木地徑增長量的影響Fig.2 Effects of single stress of Pb and Cd on ground diameter increment of Horsfieldia hainanensis

2.3 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠生物量的影響

圖3 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠苗木生物量的影響Fig.3 Effects of single stress of Pb and Cd on biomass of Horsfieldia hainanensis

海南風(fēng)吹楠生物量的排序?yàn)镻b500＞Pb250＞CK＞Pb1 000＞Pb2 000（圖3A），其中，鉛濃度為500mg/kg的處理組生物量最大（21.90g），250mg/kg處理次之，2 000 mg/kg處理最小（15.32 g），Pb500處理組的株高增長量為Pb2 000的1.43倍；海南風(fēng)吹楠生物量的排序?yàn)镃d25＞Cd10＞CK＞Cd50＞Cd100，鎘濃度為25 mg/kg的處理組株高增長量最大（19.44 g），10 mg/kg處理次之，100 mg/kg處理最小（16.84 g），Cd25處理組的株高增長量為Cd100的1.15倍（圖3B）。總體來看，在鉛、鎘單一脅迫下，海南風(fēng)吹楠的生物量均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，且在鉛濃度為500 mg/kg、鎘濃度為25 mg/kg時(shí)最高。

2.4 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠總根長和總根表面積的影響

圖4 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠苗木總根長和總根表面積的影響Fig.4 Effects of single stress of Pb and Cd on total root length and total root surface area of Horsfieldia hainanensis

海南風(fēng)吹楠總根長的排序?yàn)镻b500＞Pb250＞Pb1 000＞CK＞Pb2 000，（圖4A），其中，鉛濃度為500 mg/kg的處理組總根長最大（1 739.24 cm），250 mg/kg處理次之，2 000 mg/kg處理最小（1 377.76 cm），Pb500處理組的總根長為Pb2 000的1.26倍；海南風(fēng)吹楠總根長的排序?yàn)镃d25＞Cd10＞CK＞Cd50＞Cd100，鎘濃度為25 mg/kg的處理組總根長最大（1 716.33 cm），10 mg/kg處理次之，100 mg/kg處理最小（1 412.46 cm），Cd25處理組的總根長為Cd100的1.22倍（圖4B）；海南風(fēng)吹楠總根表面積的排序?yàn)镻b500＞Pb250＞CK＞Pb1 000＞Pb2 000（圖4C），其中，鉛濃度為500 mg/kg的處理組總根表面積最大（64.52 cm2），250 mg/kg處理次之，2 000 mg/kg時(shí)最小（53.12 cm2），Pb500處理組的總根表面積為Pb2000的1.24倍；海南風(fēng)吹楠總根表面積的排序?yàn)镃d25＞Cd10＞Cd50＞CK＞Cd100（圖4D），其中，鎘濃度為25 mg/kg的處理組總根表面積最大（66.94 cm2），10 mg/kg處理次之，100 mg/kg處理最小（57.93 cm2），Cd25處理組的總根表面積為Cd100的1.16倍。總體來看，海南風(fēng)吹楠在鉛、鎘單一脅迫下，各處理組的總根長和總根表面積均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，且均在鉛濃度為500 mg/kg、鎘濃度為25 mg/kg時(shí)最高。

2.5 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠苗木質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)

運(yùn)用苗木質(zhì)量指數(shù)對(duì)海南風(fēng)吹楠進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，Pb500處理組綜合排序第一，苗木質(zhì)量最佳，Cd25次之，而Cd100和Pb2 000排名最為靠后（表1），表明低濃度的鉛（500 mg/kg）、鎘（25 mg/kg）能促進(jìn)海南風(fēng)吹楠的生長，而高濃度的鉛（2 000 mg/kg）、鎘（100 mg/kg）不利于海南風(fēng)吹楠的生長。

表1 鉛、鎘單一脅迫對(duì)海南風(fēng)吹楠苗木質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)Tab.1 Comprehensive evaluation of Horsfieldia hainanensis under single stress of Pb and Cd

3 結(jié)論與討論

鉛、鎘等重金屬并不是植物生長所需的必需元素，當(dāng)土壤中重金屬濃度過高時(shí)會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，嚴(yán)重時(shí)可致其死亡。本研究結(jié)果表明，海南風(fēng)吹楠的株高增長量、地徑增長量、生物量、總根長及總根表面積均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，且均在鉛濃度為500 mg/kg、鎘濃度為25 mg/kg時(shí)達(dá)到最大值，在鉛濃度為2 000 mg/kg、鎘濃度為100 mg/kg時(shí)最小。說明海南風(fēng)吹楠能夠適應(yīng)一定濃度的鉛、鎘重金屬脅迫，高濃度的鉛、鎘則會(huì)抑制海南風(fēng)吹楠的生長

劉柿良等[20]研究長春花發(fā)現(xiàn)，高濃度的鎘（≥25 mg/kg）會(huì)抑制長春花（Catharanthus roseus）的生長和生物量的積累，本研究結(jié)果表明，鎘濃度為25 mg/kg時(shí)海南風(fēng)吹楠的生長狀況最佳，而隨著鎘濃度的持續(xù)增大，其生長會(huì)受到抑制，兩者研究結(jié)果較為接近；溫瑀等[21]在研究鉛、鎘對(duì)綠化植物的影響中發(fā)現(xiàn)，隨著鉛、鎘濃度的逐漸增加，紅瑞木（Swida alba）的生長指標(biāo)均呈先上升后下降的變化趨勢(shì)，與本研究結(jié)果基本一致；蔣霞[22]研究金花茶（Camellia nitidissima）發(fā)現(xiàn)，低濃度的鉛能夠促進(jìn)金花茶生長，而高濃度的鉛則會(huì)抑制其生長，與本研究中對(duì)海南風(fēng)吹楠進(jìn)行的鉛脅迫結(jié)果一致；劉碧英等[23]研究發(fā)現(xiàn)，低濃度Pb脅迫能夠促進(jìn)藿香薊（Ageratum conyzoides）生物量的積累，與本研究結(jié)果較為一致；本研究中，低濃度的鉛、鎘單一脅迫均促進(jìn)了海南風(fēng)吹楠的生長，與曾俊[24]對(duì)月季的研究結(jié)果相似。

綜上所述，低濃度的鉛（500 mg/kg）、鎘（25 mg/kg）能夠促進(jìn)海南風(fēng)吹楠的生長，高濃度的鉛（2 000 mg/kg）、鎘（100 mg/kg）則會(huì)對(duì)其生長產(chǎn)生毒害作用，說明海南風(fēng)吹楠對(duì)鉛、鎘脅迫具有一定的耐性，可為海南風(fēng)吹楠苗木的栽培及抗性研究等相關(guān)領(lǐng)域提供科學(xué)依據(jù)。