土壤重金屬鎘、鉛、鋅脅迫對小白菜生長狀況的影響

何宇，楊山寧，萬冬梅，楊弘煜，段文俊

（閩江學院地理科學系，福建福州350108）

重金屬是一種對土壤環(huán)境危害嚴重的持久性污染物，其不能被微生物分解，影響周期長[1-3]，土壤一旦被重金屬污染，不僅會降低農(nóng)作物產(chǎn)量，作物品質(zhì)也會下降。同時，重金屬可在生物體內(nèi)富集，通過食物鏈影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，危及人類身體健康[4-5]。鎘（Cd）是環(huán)境中生物毒性和移動性最強的重金屬污染物[6]，工礦活動、不合理的灌溉、施肥、生活垃圾及大氣沉降等，都會導致土壤受到不同程度的Cd污染[7-10]。鉛（Pb）是土壤污染中最常見的重金屬元素之一，對人體神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育有重要影響，為學術界研究的熱點[11-12]。鋅（Zn）是植物所必需的營養(yǎng)元素，其通過形成RNA和DNA聚合酶，直接參與核酸和蛋白質(zhì)的合成[13]，土壤Zn是植物吸收的主要來源。土壤Cd、Pb、Zn污染的相關研究已得到越來越多科學工作者的重視[13]。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試品種。小白菜種子于福州春福種業(yè)有限公司購買。

1.1.2 供試土壤概況。采自于福建省福州市閩侯縣上街鎮(zhèn)農(nóng)田表層0~20 cm菜園土壤，土壤搗碎在自然條件下風干，過5 mm土壤篩，剔去植物殘體及雜質(zhì)，供盆栽試驗用。供試重金屬試劑乙酸鎘（C4H6CdO4·2H2O）、乙酸鉛（C4H6O4Pb·3H2O）、乙酸鋅（C4H6O4Zn·2H2O）（分析純）購自西隴化工股份有限公司。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計。供試土壤樣品以口徑23 cm塑料花盆作為盆栽容器，每盆裝風干土1.5 kg，施入4 g復合肥（N：15%；P2O5：5%；K2O：25%）作為底肥，復合肥融水與土壤均勻混合。試驗設4個重金屬添加水平，分別為：0 mg/kg Cd、Pb、Zn對照組；0.5 mg/kg Cd、200 mg/kg Zn、300 mg/kg Pb；5 mg/kg Cd、600 mg/kg Zn、1 000 mg/kg Pb；10 mg/kg Cd、2 000 mg/kg Zn、3 000 mg/kg Pb。分別標記為：CK、XP1、XP2、XP3，每個處理設置5次重復。重金屬以乙酸鉛（C4H6O4Pb·3H2O）、乙酸鎘（C4H6CdO4·2H2O）、乙酸鋅（C4H6O4Zn·2H2O）形式加入，試驗前融水加入供試土壤中，充分混合，靜置15 d，期間澆水保持土壤含水率均衡。

于2019年3月30日播種，每盆均勻散播8~10粒小白菜種子，移入溫室大棚，待幼苗長至2葉1心，每盆選擇3株長勢一致幼苗保留，拔除多余幼苗。盆栽選擇早、晚澆水，每次200 mL，澆水頻率視蒸發(fā)情況而定，保證每盆澆水量一致。

1.2.2 植株分析。2019年4月29日試驗完成，采收小白菜地上部，測量植株鮮重，大水沖洗干凈，保證無葉片遺漏，裝入信封袋，80℃烘箱中殺酶2 h，然后于65℃條件下烘干72 h，直至恒重，測量植株干重。

2 結(jié)果與分析

2.1 Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜生長速度的影響

2019年3月30日播種，4月1日XP1、XP2、XP3均有發(fā)芽，而對照組CK未見發(fā)芽跡象，XP1、XP2、XP3幼苗無明顯差異。4月4日，XP1、XP2、XP3幼苗均有2葉1心，而對照組CK長勢緩慢，只見少量發(fā)芽。4月10日，重金屬脅迫作用下，小白菜幼苗出現(xiàn)新葉變黃現(xiàn)象，XP3表現(xiàn)最為明顯，黃色由莖向葉端擴展，XP2偶有新葉變黃，CK長勢緩慢。4月20日，XP2、XP3均表現(xiàn)出生長緩慢，XP1長勢最佳，CK次之。

2.2 Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜生物量的影響

2.2.1 Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜鮮重的影響。從表1可以看出，隨著重金屬Cd、Pb、Zn脅迫作用的增強，小白菜鮮重明顯降低，表現(xiàn)為XP1>XP2>XP3，XP1小白菜鮮重為XP2的3.18倍，是XP3小白菜鮮重的52.3倍。而對照組CK小白菜鮮重略低于XP1，表明低濃度重金屬脅迫作用并未對小白菜生長有明顯抑制作用。

2.2.2 Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜干重的影響。Cd、Pb、Zn脅迫小白菜干重的影響表現(xiàn)出與鮮重相似的變化特征，總體表現(xiàn)為XP1>CK>XP2>XP3，XP1小白菜干重為XP2的2.47倍，是XP3的12.33倍，各處理組小白菜干重差異要明顯低于鮮重差異。

表1 鎘、鉛、鋅脅迫對小白菜鮮重、干重、含水率的影響

2.2.3 Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜含水率的影響。各處理組小白菜含水率變化表現(xiàn)出與小白菜鮮重、干重不同的變化特征，表現(xiàn)為CK>XP1>XP2>XP3，表明重金屬脅迫作用對小白菜含水率有重要影響。雖然低濃度重金屬脅迫作用對小白菜生物量無明顯抑制作用，但對小白菜吸收土壤水分起到明顯抑制作用。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

通過溫室大棚盆栽試驗，研究不同濃度Cd、Pb、Zn復合污染土壤上，重金屬脅迫作用小白菜生長狀況及生物量的影響。Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜生長初期并未表現(xiàn)出明顯抑制作用，而在小白菜生長中后期，抑制作用逐漸加強；重金屬Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜含水率有重要影響；雖然低濃度Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜生長并未產(chǎn)生明顯抑制作用，但可能影響小白菜對土壤水分的吸收。

3.2 討論

在重金屬污染土壤上，大多數(shù)作物的生長都會受到一定的抑制作用[14]。但在植物不同生長期，這種抑制作用會有不同表現(xiàn)，吳敏蘭在其研究中發(fā)現(xiàn)，在煙草移栽初期，Cd脅迫處理與對照組相比無顯著差異，而在煙草移栽第40天時，Cd脅迫處理株高較對照顯著降低[15]。在該項研究中，重金屬Cd、Pb、Zn脅迫對小白菜發(fā)芽及生長初期（1~10 d）并未表現(xiàn)出明顯抑制作用，而在小白菜生長后期（11~30 d），脅迫作用逐漸體現(xiàn)，隨著生長期延長，重金屬對小白菜生長的抑制作用愈加明顯，可見小白菜生長中后期是對Cd、Pb、Zn脅迫敏感期。

在重金屬脅迫作用下，小白菜鮮重表現(xiàn)為XP1>XP2>XP3，隨著Cd、Pb、Zn脅迫作用的增強，小白菜鮮重大幅減少。各處理組小白菜干重差異要明顯低于鮮重差異，表明重金屬脅迫對小白菜吸收土壤水分有重要影響，小白菜含水率對此有較好的指示，隨著重金屬脅迫作用的增強，總體表現(xiàn)為CK>XP1>XP2>XP3。

對照組CK小白菜生物量略低于XP1，表明在重金屬Cd、Pb、Zn污染濃度較低條件下，小白菜生長并未受到明顯抑制作用。在前人研究中對此也有體現(xiàn)，邱海源在對土壤重金屬潛在生態(tài)危害的研究中發(fā)現(xiàn)，在一定時期內(nèi)，土壤重金屬污染并不會表現(xiàn)出對植物生長的危害性，但當其污染濃度達到一定限度，或土壤環(huán)境條件發(fā)生變化時，其生物毒性就可能被激活，從而造成嚴重的生態(tài)危害[16]。而小白菜含水率卻表現(xiàn)為CK>XP1，表明雖然低濃度重金屬脅迫作用對小白菜生物量影響較小，卻可極大影響小白菜對土壤水分的吸收。