不同葡萄品種對重金屬吸收能力評價,土壤污染論文

不同葡萄品種對重金屬吸收能力評價,土壤污染論文摘要：在成熟期,測定土壤以及葡萄根、莖、葉和果實中Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、Zn、Hg、As等重金屬含量,討論其在植株不同部位分布特征及不同品種吸收能力。結(jié)果表示清楚:植株不同部位重金屬分布特征不一致,Cd主要積累在莖和根,As主要在根和葉,Zn、Cu、Hg主要在葉,Pb、Cr、Ni主要在根;葡萄對不同重金屬吸收能力差異較大,華而不實對Cd吸收能力最強(qiáng),具有富集能力,Zn吸收能力次之,具有一定富集能力,而Cu、Hg、Ni、Cr、As、Pb吸收能力相對很弱,基本無富集作用;不同品種吸收能力差異明顯,戶太8號較強(qiáng),其次為巨峰、醉金香和陽光玫瑰,茉莉香等綜合吸收能力較弱。本文關(guān)鍵詞語：葡萄;重金屬;吸收能力;差異性;Abstract：ThecontentsofPb,Cd,Cr,Ni,Cu,Zn,Hg,andAsinthesoils,roots,stems,leavesandfruitsofgrapetreesweredeterminedinmatureperiod,andthedifferencesinaccumulationdistributionofheavymetalsindifferentpartsofplantsandtheirabsorptivecapacitywasexplored.Theresultsshowedthatthedistributioncharacteristicsofheavymetalsindifferentpartsofgrapeplantswereinconsistent.Amongthem,Cdwasmainlyaccumulatedinstemsandroots.Aswasmainlyaccumulatedintherootsandleaves.Zn,CuandHgweremainlyaccumulatedinleaves.Pb,CrandNiweremainlyaccumulatedintheroots.Theabsorptivecapacityofheavymetalswasquitedifferent,amongthemCdhadthestrongestabsorptivecapacity,whichhadenrichmentability.TheabsorptioncapacityofZnwassecondtoCd,whichhadcertainenrichmentability.TheabsorptioncapacityofCu,Hg,Ni,Cr,AsandPbwasrelativelyweak,whichhadnoenrichmentbasically.Differentgrapevarietieshadobviousdifferencesintheabsorptioncapacityofheavymetals,andHutaiNo.8hadstrongabsorptivecapacity,followedbyKyoho,ZuijinxiangandShineMuscat,butMolixiangandothershadweakabsorptivecapacity.Keyword：grape;heavymetals;absorptivecapacity;difference;我們國家是葡萄生產(chǎn)大國,2021年葡萄種植面積為84.06萬hm2,占全世界種植面積的11%,產(chǎn)量居世界第一位,面積居第二位。但是隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展,以及含重金屬農(nóng)藥、化肥的不合理施用,使得我們國家土壤受重金屬威脅的范圍不斷加大[1]。當(dāng)重金屬積累到一定程度時會對生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生危害,并可能通過食物鏈等途徑危害人類生命和健康[2]。攝取過量的鉛、鉻等重金屬會引起慢性中毒[3]。植物在生長經(jīng)過中直接接觸土壤,極易從土壤中吸收重金屬等污染物。劉亨桂等[4]研究指出,葡萄等水果果實中重金屬含量在一定程度上與土壤中重金屬含量正相關(guān),在高含量地區(qū)葡萄中砷、鎘等均存在超無公害農(nóng)產(chǎn)品或綠色食品標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象?？德禰5]等在對葡萄中重金屬風(fēng)險評價時發(fā)現(xiàn),固然葡萄中鉛、鎘等單個重金屬含量水平并未超過國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),但就綜合污染指數(shù)來看鄯善縣等地鮮食葡萄是處于警戒線水平的,存在一定安全隱患。由于葡萄產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展,在一些山區(qū)、丘陵、礦產(chǎn)等地帶在逐步大力發(fā)展葡萄種植,但這些地區(qū)重金屬背景往往較高,不宜種植吸收能力強(qiáng)的品種。前人對植物中重金屬研究主要集中在小麥[6]、蔬菜[7,8]等一年生作物中,葡萄等多年生植物研究多限于葉片、果實重金屬含量測定,且多為單元素研究[9,10]。對葡萄植株中多個重金屬元素分布特征及品種差異鮮有報道。葡萄為多年生植物,其生長特性不同于一年生作物,且品種繁多,各個品種生產(chǎn)適宜性、品質(zhì)特性及抗逆性能等均有差異[11,12]。不同品種對鉛、鎘、汞、砷等重金屬污染物的吸收能力及分布特征不很清楚,適宜在重金屬背景值偏高的地區(qū)栽培的品種不明確。因此,挑選對重金屬不具富集能力的葡萄栽培品種,對于重金屬高背景地區(qū)葡萄產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。本研究以11個葡萄栽培品種為研究對象,測定園地土壤以及葡萄根、莖、葉、果實中Pb、Cd、Cr、Ni、Cu、Zn、Hg、As重金屬元素含量,分析葡萄植株不同部位重金屬累積分布差異性及其吸收特征。擬通過系統(tǒng)分析,弄清重金屬在葡萄植株不同部位的累積分布情況,并評價不同葡萄品種對重金屬吸收能力,以期為果樹對重金屬御性機(jī)理研究提供科學(xué)數(shù)據(jù),為重金屬背景值偏高的地區(qū)安全生產(chǎn)葡萄保駕護(hù)航。1、材料與方式方法1.1、試驗試材試驗于2021年至2021年在河南省南陽市方城縣葡萄基地進(jìn)行。試驗果園地處平原地帶,周圍無污染源,采取常規(guī)管理形式,平均每年施藥6～7次,施油餅肥一次,生物肥料2次,灌溉用水為深井水。試材為四年生的圣誕玫瑰、玫瑰香、茉利香、夏黑、醉金香、金手指、摩爾多瓦、戶太8號、陽光玫瑰、巨峰、巨玫瑰共11個葡萄栽培品種。圣誕玫瑰、茉利香、醉金香、金手指四個品種砧木為貝達(dá),其余為自根。1.2、樣品采集每個品種葡萄園中按S形布點選擇5～10棵樹,成熟期采集土壤和植株樣品。植株樣品包括根、莖、葉、果實等部位,單獨保存。帶回實驗室后先用自來水充分沖洗,以去除外表泥土、灰塵等,再用去離子水沖洗,根、莖、葉瀝去水分后分別裝牛皮紙袋。于105℃烘箱中殺青15min,再75℃條件下烘干,磨碎后過0.2mm尼龍篩備用。果實樣品直接勻漿后儲藏于-18℃冰箱備用。土壤取樣時避開施肥、田埂等特殊部位。用木質(zhì)或塑料工具采集0～40cm土壤,與選擇葡萄樹一致每個品種園取5～10個點,多點混合,經(jīng)風(fēng)干、磨碎、過篩后備用。1.3、分析方式方法根據(jù)GB/T17141、GB/T17139、GB/T17138、GB/T22105、HJ491規(guī)定測定土壤中Pb、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Cr;根據(jù)GB5009.12、GB5009.15、GB5009.138、GB5009.13、GB5009.14、GB5009.17、GB5009.11、GB5009.123規(guī)定測定植株樣品中Pb、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Cr。重復(fù)3次,采用土壤成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07401和生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10019進(jìn)行質(zhì)量控制。儀器設(shè)備:Pb、Cd、Cr、Ni用石墨爐原子吸收儀測定,Cu、Zn用火焰原子吸收儀(德國耶拿Z700)測定;Hg、As用原子熒光光度計(北京吉天AFS930)測定。1.4、重金屬富集系數(shù)重金屬富集系數(shù)(bioaccumulationcoefficient,BCF)是衡量植物對重金屬吸收能力大小的一個重要指標(biāo)[13]。植物對某種重金屬富集系數(shù)越大,表示清楚該種植物越易從土壤中吸收該種重金屬,其吸收能力就越強(qiáng)。當(dāng)BCF1時,表示清楚該種植物對重金屬有強(qiáng)富集作用。本研究以根、莖、葉、果實等不同部位重金屬富集系數(shù)表示植株的吸收能力,按公式(1)進(jìn)行計算:式中:C為植物體中(根、莖、葉、果實等)重金屬含量;C土為土壤重金屬含量。1.5、數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用MicrosoftExcel2007和SPSS21.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行分析和制圖。2、結(jié)果與分析2.1、葡萄果實中重金屬質(zhì)量安全評價參照我們國家(食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量〕(GB2762-2021)[14]和農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(綠色食品溫帶水果〕(NY/T844-2021)[15]對重金屬等污染物的限量規(guī)定,本研究11個葡萄品種葡萄果實重金屬含量水平及限量標(biāo)準(zhǔn)見表1。能夠看出所研究葡萄果實的重金屬元素含量符合我們國家相關(guān)重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)。鉛、鎘平均含量遠(yuǎn)低于上述兩個標(biāo)準(zhǔn)的限量要求,鎳、鋅、銅、汞平均含量也遠(yuǎn)低于GB2762-2021限量要求,講明試驗品種葡萄在重金屬方面是安全的,能夠放心食用。表1葡萄果實中重金屬含量水平(mg/kg)2.2、重金屬累積分布特征及吸收能力分析2.2.1、葡萄植株不同部位重金屬累積分布特征葡萄植株不同部位重金屬分布差異性見表2。能夠看出,研究范圍內(nèi)不同重金屬在植株不同部位含量差異較大,分布特征不一致。各類重金屬主要集中在根、莖或葉中,果實中含量均很少。多數(shù)品種果實中的重金屬含量要低于其它部位含量一至兩個數(shù)量級。表2葡萄植株中重金屬分布差異性(mg/kg)注:表中每列數(shù)據(jù)右上角英文字母反映不同部位間的差異，字母不同表示差異顯著(p=0.05);含量均以干基計。2.2.2、不同品種葡萄對重金屬吸收能力分析重金屬吸收能力差異性見表3。能夠看出,葡萄植株對重金屬吸收能力差異顯著。華而不實:對Cd吸收能力最強(qiáng),具有富集作用。富集系數(shù)范圍0.6744～4.3331,平均1.66;對Zn吸收能力僅次于Cd,具有一定富集作用。富集系數(shù)范圍為0.5742～2.0843,平均接近1.00;對Cu、Hg、Ni、Cr、As、Pb吸收能力相對很弱,基本無富集作用。Cu富集系數(shù)范圍0.3422～0.5414,Hg和Ni富集系數(shù)范圍分別為0.1162～0.3541和0.0495～0.1562,均遠(yuǎn)小于0.50。Cr、As、Pb富集系數(shù)范圍分別為0.0139～0.0836、0.0137～0.0322和0.0030～0.0108,均缺乏0.10。綜上分析,葡萄植株對重金屬吸收能力因重金屬本身特性及植物品種而異。11個品種葡萄植株對重金屬平均富集系數(shù)大小順序為CdZnCuHgNiCrAsPb。平均富集系數(shù)Cd1.66,Zn接近1.00,Cu接近0.500,Hg遠(yuǎn)小于0.50,而Ni、Cr、As和Pb富集系數(shù)均缺乏0.10。據(jù)此判定,對Cd吸收能力最強(qiáng),具有富集能力;對Zn吸收能力次之,具有一定富集能力;而對Cu、Hg、Ni、Cr、As、Pb吸收能力相對很弱,基本無富集作用。表3葡萄植株對不同重金屬富集系數(shù)注:表中每列數(shù)據(jù)右上角英文字母反映品種間吸收能力的差異,字母不同表示差異顯著(p=0.05)。2.3、不同葡萄品種對重金屬吸收能力評價圖1不同葡萄品種重金屬吸收能力聚類分析圖Figure1Treepatternofheavymetalabsorptivecapacityindifferentgrapevarieties本研究中各品種葡萄生長環(huán)境一致,不同品種間重金屬含量差異來自于其對不同重金屬的吸收能力。綜合不同品種葡萄植株重金屬分布特征及對重金屬元素富集系數(shù)大小,對不同品種葡萄進(jìn)行聚類分析。圖1顯示,按植株對Pb、Cd、Ni、Cu、Zn、Hg、As、Cr吸收能力,在與聚類中心距離為5時,11個葡萄栽培品種可分為3類:第1類是戶太8號,對重金屬綜合吸收能力較強(qiáng),Cd、Cr、Pb的富集系數(shù)均居11個葡萄品種之首,對As的吸收能力僅次于圣誕玫瑰。第2類是巨峰、醉金香和陽光玫瑰,對重金屬綜合吸收能力僅次于戶太8號。第3類是茉莉香、玫瑰香、圣誕玫瑰、摩爾多瓦、夏黑、巨玫瑰和金手指,華而不實茉莉香、玫瑰香、圣誕玫瑰吸收能力又較強(qiáng)于其它品種,而摩爾多瓦、夏黑、巨玫瑰和金手指對重金屬綜合吸收能力最弱。3、討論本研究中Cd主要積累在葡萄的莖和根,As主要積累在根和葉,Pb、Cr、Ni主要積累在根,Zn、Cu、Hg主要積累在葉,而果實中積累重金屬相對很少,表示清楚不同重金屬在葡萄植株不同部位分布特征不一致。李小紅等[10]和李洪敬等[16]的研究結(jié)果均表示清楚葡萄植株各器官中Cd含量有從地下根到地上葉片呈梯度性下降趨勢。但也有研究指出Cd在不同葡萄品種根、莖、葉中的分布與累積總體呈現(xiàn)根葉莖的規(guī)律[17]。Cd、As、Pb、Cr、Ni在根部與莖部積累相對較多,反映出這些重金屬元素在葡萄植株中移動性較小[11],具有較強(qiáng)的積累特征。進(jìn)入植物體內(nèi)以后這些重金屬元素以不具生物活性的形式存在,如結(jié)合到細(xì)胞壁上、離子主動運輸進(jìn)入液泡、與某些蛋白質(zhì)或有機(jī)酸絡(luò)合等[18,19],使得這些元素不易轉(zhuǎn)移到植株葉部及果實,減少重金屬污染的危害。Zn、Cu在葉部含量較高,主要原因是這兩種元素是植物生長經(jīng)過中必不可少的微量營養(yǎng)元素,反映了植物的生理需求[18,20]。而Hg主要積累在葉,反映出植株本身對重金屬的耐性,通過本身耐性機(jī)理對重金屬離子吸收的阻止和控制。富集系數(shù)可較好地反映植株對土壤重金屬的富集能力和重金屬從土壤向植株的遷移積累強(qiáng)度,本研究中重金屬平均富集系數(shù)大小順序為CdZnCuHgNiCrAsPb。這與別人對土壤-植株系統(tǒng)中重金屬富集特征的研究結(jié)果基本一致[13,21,22],尤其是陳燕等研究結(jié)果表示清楚楊桃對Cd的富集能力遠(yuǎn)高于Hg、Ni、Cr等元素[23]。Cd平均富集系數(shù)為1.66,表示清楚具有較強(qiáng)富集能力,Zn接近1.00,富集能力較弱,其余重金屬元素基本無富集作用,這種差異與各元素在土壤中的賦存形態(tài)和含量有關(guān),也與植物對元素的需求量及植物對土壤中元素的選擇吸收有直接關(guān)系[20,24]?？梢奀d、Zn、Cu較易被葡萄植株吸收與富集,Zn、Cu是植物生長必需的營養(yǎng)元素,而Cd是有害元素具有較強(qiáng)的潛在生態(tài)風(fēng)險,在實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)經(jīng)過中應(yīng)控制該重金屬的外源性輸入。不同葡萄品種對重金屬吸收能力差異明顯,表示清楚在一樣環(huán)境下的不同植物類型,由于其本身的構(gòu)造和生理特征,對重金屬元素的積累能力存在一定差異。本研究11個葡萄品種中,戶太8號對重金屬綜合吸收能力強(qiáng)于巨峰、醉金香和陽光玫瑰,而后者又強(qiáng)于其余品種,這與別人研究指出的品種差異是影響植物對重金屬元素吸收的主要因素[25,26]結(jié)果相吻合。由于葡萄品種不同,作物形態(tài)構(gòu)造和生理特性產(chǎn)生差異,導(dǎo)致其對重金屬元素的吸收和分配存在很大差異。從本研究結(jié)果能夠看出,在重金屬背景值較高地區(qū)不宜種植戶太8號、巨峰、醉金香、陽光玫瑰等品種葡萄,而摩爾多瓦、夏黑、巨玫瑰和金手指幾個品種則能夠作為重金屬抗性品種的初步挑選對象。但由于沒有系統(tǒng)進(jìn)行不同葡萄砧木的重金屬吸收能力研究,因此重金屬抗性品種的挑選工作還有待于進(jìn)一步研究,進(jìn)而為研究果樹對重金屬御性機(jī)理提供技術(shù)支撐。4、結(jié)論基于本研究綜合分析,可獲得下面結(jié)論:(1)不同重金屬在葡萄植株不同部位分布特征不一致。華而不實Cd主要積累在莖和根,其次是葉;As主要積累在根和葉,其次是莖;Zn、Cu、Hg主要積累在葉,其次是根和莖;Pb、Cr、Ni主要積累在根,其次為莖和葉;而果實中積累重金屬相對很少。(2)葡萄植株對重金屬吸收能力因重金屬本身特性而差異顯著。對Cd吸收能力最強(qiáng),具有較強(qiáng)富集能力。對Zn吸收能力次之,具有弱富集能力。而對Cu、Hg、Ni、Cr、As、Pb吸收能力相對很弱,基本無富集作用。(3)不同葡萄品種對重金屬吸收能力差異明顯。本研究11個葡萄品種中,戶太8號對重金屬綜合吸收能力較強(qiáng),巨峰、醉金香和陽光玫瑰僅次于戶太8號,而其余品種相對較弱。以下為參考文獻(xiàn)[1]肖明,董楠,呂新.農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的生態(tài)觀認(rèn)識[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2021,26(8):2571-2580.[2]孔曉樂,吳重陽,曹靖,等.干旱地區(qū)設(shè)施土壤和蔬菜重金屬含量及人體健康風(fēng)險-以白銀市為例[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2020,28(1):92-97.[3]MatthewOmoniyiIsinkaye.DistributionofheavymetalsandnaturalradionuclidesinselectedmechanizedagriculturalfarmlandswithinEkitiState,Nigeria[J].ArabianJournalforScienceandEngineering,2020,37(5):1483-1490.[4]劉亨桂,陵軍成.碳化硅冶煉集聚區(qū)對周邊葡萄建園地重金屬含量和果實品質(zhì)產(chǎn)量的影響[J].林業(yè)科技通訊,2021(1):56-58.[5]康露,帕爾哈提克依木,趙多勇,等.新疆產(chǎn)區(qū)葡萄和桃中重金屬含量特征及風(fēng)險評價[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2021,32(1):147-154.[6]李舒琦,高卓,臧飛,等.外源Cd在施污黃土-小麥系統(tǒng)中的富集遷移規(guī)律[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2021,31(12):123-128[7]廖琴,王勝利,南忠仁,等.干旱區(qū)綠洲土壤中Cd、Pb、Zn、Ni復(fù)合污染對芹菜的影響及其富集遷移規(guī)律[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2018,25(7):173-177.[8]龐瑜,趙轉(zhuǎn)軍,南忠仁,等.干旱區(qū)綠洲土壤中胡蘿卜對Pb-Zn污染的響應(yīng)及重金屬累積特征[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境,2021,31(6):166-172.[9]張望舒,蔡沖,周瑛華,等.鎘脅迫對不同品種葡萄葉片生長的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2021,44(1):171-173.[10]李小紅,陶建敏,陳劍東,等.鎘脅迫對不同砧穗組合葡萄植株鎘吸收規(guī)律和果實品質(zhì)的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報,2018,19(5):1082-1086.[11]張偉.銅、鎘脅迫下葡萄的生理響應(yīng)及吸收富集規(guī)律研究[D].山東:山東農(nóng)業(yè)大學(xué),2021:29-31.[12]邵小杰,楊洪強(qiáng).氯化鎘脅迫下葡萄根系生理反響的品種差異[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2018,43(12):2485-2490.[13]劉強(qiáng),呼麗萍,魚潮水.土壤-櫻桃系統(tǒng)重金屬累積和櫻桃食用健康風(fēng)險評價[J].中國土壤與肥料,2021(2):161-169.[14]GB2762-2021,食品安全國家