cd、cu、zn復合污染下小麥富集特征的研究

cd、cu、zn復合污染下小麥富集特征的研究

土壤不僅是人類生存和發(fā)展的重要自然資源，也是農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要基礎。隨著科學技術的進步和工業(yè)的發(fā)展，進入土壤中的污染物無論是含量還是種類都在持續(xù)不斷地增加。土壤污染是農(nóng)產(chǎn)品不安全的源頭，土壤生態(tài)安全與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展是現(xiàn)代土壤學的根本任務。重金屬污染土壤面廣量多，大中城市郊區(qū)蔬菜的重金屬污染尤其嚴重。2000年有關部門對10個省會城郊農(nóng)產(chǎn)品質量調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有7個城市重金屬超標率達監(jiān)測總量的30%以上，北京市生產(chǎn)的蔬菜中30%的重金屬含量超標。我國的基本農(nóng)田保護區(qū)中重金屬超標量大于10%。土壤被重金屬污染后，輕則使土壤肥力下降，作物減產(chǎn)，重則使農(nóng)田顆粒無收，其毒害性質與土壤性質有一定的關系。隨著土壤中有毒物質不斷增加，首先會對植物體的生長發(fā)育產(chǎn)生影響，同時，重金屬會在土壤-植物體系中遷移，最終通過食物鏈來危害人體健康。因而，研究土壤中重金屬在植物中不同部位的遷移轉化規(guī)律對研究土壤中重金屬污染的毒害程度以及食品的安全性有著重要意義。本文選用小麥作為受試作物，研究Cd、Cu和Zn3種重金屬在小麥中不同部位的富集特征以及不同生長時期重金屬分布的變化規(guī)律。1試驗材料和方法1.1田間理化性質供試作物：蘇徐2號小麥。供試場地：中國礦業(yè)大學外某麥田一角，其理化性質見表1，長寬分別為6m和2m，分6個試驗區(qū)進行種植，各試驗區(qū)用雙層塑料薄膜相互分隔。并以旁邊農(nóng)田內(nèi)正常種植的小麥作為參照。1.2l-1znac2,8gl-1cdno3在實驗室配制50g·L-1CuSO4,100g·L-1Zn(Ac)2,8g·L-1Cd(NO3)2各1L備用。重金屬的投加采用逐層噴灑、翻土混合的方式加入，各個試驗區(qū)加入量參照表2。1.3樣品的采集和預處理在小麥的整個生長過程中的不同時期進行了4次樣品的采集，采樣用梅花形布點法，采集了每塊試驗區(qū)4角和中央5個點的樣混合成一個混合樣。樣品登記編號，用水洗凈根部土壤，在通風并且干燥的地方風干。將小麥的根、莖、葉、潁殼和麥粒分別碾碎，干灰化后用原子吸收分光光度計（TAS-990型）測試各部位中重金屬的含量。2小麥重金屬富集特征測定小麥于2004年10月20日種植，分別于幼苗期、生長期、抽穗期和成熟期采集小麥樣品，樣品經(jīng)預處理后對小麥的不同部位中Cu、Zn、Cd的含量進行測定，分別分析重金屬在小麥生長過程中不同部位的富集特征，每個樣品重復測試3次。2.1正常生長時期小麥根系中cd含量的變化對6個試驗區(qū)中不同生長時期小麥根系中重金屬含量進行監(jiān)測，結果見表3。各試驗區(qū)小麥根中Cu的含量基本上隨生長時間的增加而增加，但在抽穗期有所回落，低濃度試驗區(qū)回落得較大。試驗區(qū)1中抽穗期含量為生長期的64.2%，試驗區(qū)2中為66.8%，而試驗區(qū)3、4和高濃度區(qū)6中抽穗期含量增加到71.6%、97.6%和90.3%?？梢?，從總體上說，在生長發(fā)育旺盛的時期，小麥對重金屬的吸收也較多，而這種影響在低濃度區(qū)較大而高濃度污染區(qū)相對較少。同一生長時期不同重金屬污染水平試驗區(qū)小麥根部Cu的含量與重金屬投加量也不完全成正比，中等濃度時重金屬含量有所降低，而高濃度區(qū)含量又回升到較高含量。而Cd的含量隨生長時間的增加反而有所降低，在抽穗期達到最低值，成熟期較抽穗期有所回升。低濃度區(qū)（試驗區(qū)1）小麥根部重金屬含量在成熟期最大，為2.15mg·kg-1，隨著重金屬含量的增加，根系中Cd的含量在幼苗期最大，可見Cd對小麥的危害在幼苗期較大。對于同一生長時期不同污染水平重金屬試驗區(qū)小麥根中Cd的含量也不完全呈正比例關系，其中是等濃度區(qū)（試驗區(qū)3）幼苗根中Cd的含量在幼苗期最低，為1.59mg·kg-1，高濃度區(qū)（試驗區(qū)5）中含量最高，為10.77mg·kg-1，當重金屬濃度進一步提高后，根系中重金屬的含量反有所降低。小麥根系中Zn的含量基本上都是隨小麥的生長而降低，且隨著土壤中重金屬含量的增加，小麥根系中Zn的含量也有所增加，這是由于與Cu和Cd不同，Zn是植物生長的必需元素，尤其是在小麥生長的初期，對Zn的需求量較大。2.2小麥莖葉和葉片中重金屬含量的變化在不同生長時期監(jiān)測小麥莖和葉中重金屬的含量，由于小麥生長前期莖葉沒有完全分離，因而幼苗期和生長期測定的是莖葉混合樣，抽穗期和成熟期小麥的莖和葉是分別測定的，結果見表4。小麥莖葉中Cd的含量總體而言隨小麥的生長而降低，在成熟期有所回升，但總體而言在幼苗期含量最高，不同生長時期Cd含量的變化率在生長早期變化較大，生長期莖葉中Cd的含量幾乎為幼苗期的一半，而后變化率較小，這是由于莖葉生長量較大，遠遠超過了對營養(yǎng)物質的吸收量。小麥莖和葉片中Cd的含量相差不大，但基本上是葉片中大于莖的含量。小麥莖葉Cd的含量基本上隨土壤中重金屬的含量升高而增加，但在中等濃度時增加率有所降低。小麥莖葉中Cu的含量隨小麥生長而升高，抽穗期大部分Cu由莖中遷移到葉片中，到了成熟期莖葉中的含量有較大程度的降低，且莖葉中分配基本相同。隨著土壤相中重金屬含量的增加，小麥莖葉中重金屬的含量也遵循低濃度（試驗區(qū)1、2）時高，中等濃度時（試驗區(qū)3、4、5）較低，而土壤濃度高到一定程度時，Cu的濃度又有所提高的規(guī)律。莖葉中Zn的含量與生長時間成反比，從小麥幼苗期到生長期，Zn的含量變化較小，而抽穗期和成熟期降低的幅度較大。Zn在小麥莖和葉片中的分配基本相同，且葉片中的含量略大于莖中的含量。小麥莖葉對Zn吸收的抑制區(qū)出現(xiàn)在試驗區(qū)5，這也是由于Zn作為植物生長的必需元素，因而植物對其抑制作用也相對較小。3中低濃度試驗區(qū)小麥籽實中cd、zn的含量將不同試驗區(qū)成熟期小麥不同部位中重金屬的含量進行匯總，并將籽實中的重金屬含量與我國無公害食品標準進行比較，結果見表5。從圖1可見，成熟期的小麥植株中Cd主要富集在根部，少量向地上部分遷移。重金屬在小麥植株不同部位的含量為根>葉片>莖>穎殼>果實，說明重金屬在植物體內(nèi)的分布規(guī)律是在新陳代謝旺盛的器官蓄積量較大，而營養(yǎng)儲存器官如果實、籽粒中蓄積量較少。較之無公害食品標準，小麥中重金屬最大允許濃度為Cd為0.2mg·kg-1(GB15201—94），小麥籽實中Cd的含量均達到或超過無公害食品標準。在中低濃度試驗區(qū)小麥籽實中的Cd隨土壤中重金屬含量的增加而增加，而高濃度區(qū)小麥籽實中含量又有所回落，這是由于土壤中低濃度的重金屬會刺激小麥吸收，而較高濃度時則會抗頡重金屬的吸收。Cu在成熟期小麥中的分布規(guī)律為根>籽實>莖>葉片>穎殼，大部分Cu富集在小麥根中，向地面部分遷移的Cu量較少，地面部分籽實中富集量相對較大，其他幾部分分布差別較小。當土壤中重金屬含量較低時，根系中Cu的富集量較高，而隨著土壤重金屬含量的增加，根系中的Cu的含量有所下降，而土壤重金屬含量進一步升高（試驗區(qū)4后）后，根系中Cu的含量又升高，而在籽實中Cu的含量隨土壤中重金屬含量的增加呈拋物線形狀，中等重金屬濃度小麥試驗區(qū)中Cu的含量最高，而重金屬濃度更高或更低時，Cu的含量都較低，見圖2。與無公害食品標準Cu為10mg·kg-1(GB14935—94）相比，各試驗區(qū)小麥籽實中Cu的含量均未超標。Zn作為小麥生長所必需的營養(yǎng)元素，小麥對其吸收量也較大，Zn在成熟期小麥中的分布規(guī)律為根>籽實>穎殼>葉片>莖，且向地面部分遷移的Zn的量較多，個別試驗區(qū)（4、5）小麥籽實中Zn的含量（33.25、42.75）較根系中的含量（32.15、37.70）高。小麥根系中Zn的含量在低濃度重金屬區(qū)逐漸提高，試驗區(qū)4中含量有所下降，而后又進一步升高；籽實中Zn的含量先隨土壤重金屬含量升高而增加，到試驗區(qū)5達到最高值，試驗區(qū)6中又有所回落，見圖3。與無公害食品標準Zn為50mg·kg-1(GB13106—91）相比，各試驗區(qū)小麥籽實中Zn的含量也都在標準之內(nèi)。4小麥幼苗期和發(fā)育時期(1）各試驗區(qū)小麥根中Cu的含量基本上隨生長時間的增加而增加；而Cd的含量隨生長時間的增加反而有所降低，在抽穗期達到最低值，成熟期較抽穗期有所回升；小麥根系中Zn的含量基本上都是隨小麥的生長而降低。(2）小麥莖葉中Cd的含量隨小麥的生長而降低，在成熟期有所回升，但總體而言在幼苗期含量最高；Cu的含量隨小麥生長而升高，抽穗期大部分Cu由莖中遷移到葉片中，到了成熟期其莖葉中的含量有較大程度的降低，且莖葉中分配基本相同；Zn的含量與生長時間成反比，從小麥幼苗期到生長期，Zn的含量變化較小，而抽穗期和成熟期降低的幅度較大。(3)Cd在成熟期小麥植株不同部位的含量為根>葉片>莖>穎殼>果實，Cu的分布規(guī)律為根>籽實>莖>葉