pbcd復合污染對水稻生長及磷有效性的影響

pbcd復合污染對水稻生長及磷有效性的影響

0環(huán)境激素研究領域重金屬pb是環(huán)境激素的一部分，它影響著身體的正常激素功能。它具有類似于雌激素的作用，能降低生殖功能和戰(zhàn)斗力，嚴重影響生育能力，影響胎兒性別，導致各種生理異常。近年來,許多國家的政府部門和研究機構高度重視環(huán)境激素問題。英國環(huán)境署對環(huán)境激素類物質(zhì)的生產(chǎn)和排放加以控制,并將此列為優(yōu)先研究領域。日本環(huán)境廳于1998年公布了環(huán)境激素戰(zhàn)略計劃。1998年,歐洲環(huán)境獨立和化學會年會將環(huán)境激素作為大會主題。環(huán)境激素污染問題日益成為人們關注的重大環(huán)境問題,在全球已探明的1000萬余種化學物質(zhì)中,已經(jīng)列入環(huán)境激素黑名單的物質(zhì)有70種,其中67種是有機物,另外3種是Cd、Pb和Hg。動物和人體中重金屬激素主要來源于呼吸入含有重金屬的塵埃,食用了被重金屬污染的水、糧食、蔬菜等。全世界Pb平均年排放為500萬T,Pb通過食物鏈,尤其是食用植物進入人體。為探明環(huán)境激素在作物體內(nèi)的遷移、積累的行為特性,本文研究土壤環(huán)境中Pb與Cd共存時,其對作物生長發(fā)育的影響及環(huán)境激素Pb在水稻體內(nèi)的分布特性,同時研究采用不同改良劑及生物技術修復Pb污染土壤。1實驗材料和方法1.1水稻土壤改良劑處理采集沈陽近郊的沈陽生態(tài)實驗站土壤樣品(草甸棕壤A層,土壤理化性質(zhì)見表1),將土壤自然風干,壓碎,剔除根系,過2mm篩。將含有一定濃度的Pb的化合物添加到2.5kg土壤中,并加入2.5g尿素和2.5g鉀肥,攪拌均勻,裝入能容納3.0kg土的瓷盆中,平衡兩周后,4月下旬栽種水稻。每盆栽水稻3穴,每穴5株,各實驗處理重復3次。水稻全生育期保持在淹水條件下,直到水稻完全成熟。1.2污染物的濃度以國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級標準為依據(jù)確定Pb濃度,Cd取二級標準5倍值,重金屬污染物處理及污染物濃度見表2。1.3水稻樣品的制備10月中上旬水稻成熟后,采集水稻不同部位(水稻根、莖葉、籽實)樣品,清洗根系去除泥土,莖葉及稻穗自然風干,根系及莖葉用植物樣品粉碎機粉碎,裝袋備用,水稻經(jīng)脫殼機脫殼,收集籽實裝袋備用。1.4環(huán)境激素pb對水稻生長發(fā)育的影響稱取一定量土壤樣品和植物樣品,加入12mL硝酸—高氯酸(體積比為3∶1),浸泡過夜,第2天在電熱板上濕法消化,液體消化至灰白色時用5%硝酸定容至25mL比色管中,靜置待測上清液,待測液用日立180-280原子吸收分光光度計測定吸光度。Pb進入植物的途徑主要是非代謝性被動地進入植物根系。積累在作物根系中的Pb能減緩根細胞的有絲分裂和水分吸收,使作物生長緩慢。同時,環(huán)境激素Pb可降低作物的光合作用及蒸騰作用,導致植物株高及產(chǎn)量下降,影響水稻的生長發(fā)育。土壤Pb含量為300mg/kg、Cd含量為1.5mg/kg時,水稻減產(chǎn)幅度為13.3%,投加單元素Pb的水稻減產(chǎn)10%,投加污染物質(zhì)與對照相比,差異極顯著(P<0.01)。投加單元素Pb及復合元素PbCd時,水稻株高與對照相比差異顯著(P<0.05)。在水稻全生育期內(nèi),投加不同濃度的Pb沒有觀察到對水稻的表觀毒害病癥(如植株枯萎、葉色不一致變化、抽穗期和成熟期推遲、籽實畸形等),表明水稻對Pb的吸收有極大的隱蔽性及耐性。2結果與討論2.1環(huán)境激素pb對水稻生長發(fā)育的影響土壤Pb含量為二級環(huán)境質(zhì)量標準(二級土壤環(huán)境質(zhì)量標準是為保障農(nóng)業(yè)生產(chǎn),維護人體健康的土壤限制值)時,對水稻生長發(fā)育的影響見表3。2.2cd對水稻籽實和糧食的影響一般植物體內(nèi)Pb的平均含量為0.5～3mg/kg。盡管Pb不是植物生長發(fā)育的必需元素,但在被Pb污染的土壤中,水稻被動地吸收Pb,水稻不同部位(根、莖葉、籽實)對Pb的吸收和積累含量變化見表4。由表4可知,無論是單元素Pb還是復合元素PbCd處理的水稻,根、莖葉、籽實中的Pb含量與對照相比,都有不同程度的增加,水稻根系積累Pb的量最多,占植株總積累量的98%,莖葉的占總積累量1.52%,籽實的僅占總積累量0.117%,根系Pb含量是籽實的69.03～839.00倍,是莖葉的2.77～64.69倍。這表明,水稻根系可作為一種屏障或過濾器,阻止Pb向秸稈和籽實中遷移。農(nóng)作物的根系和秸稈是由植物纖維組成的,而籽實的主要成分是淀粉,可知水稻中的Pb主要殘留在纖維中,而籽實中Pb的殘留量很少。有研究表明,植物可能具有某種防御機制,阻止Pb進入生殖器官。在投加復合元素PbCd實驗中,水稻籽實中的Pb含量超過了食品衛(wèi)生標準(糧食中鉛的食品衛(wèi)生標準為0.4mg/kg),共存離子Cd促進了水稻籽實對Pb的吸收,Cd對Pb在植物體的代謝起了增效劑作用。當人們食用了Pb污染的糧食,Pb被人體吸收進入血液,血液中的Pb可迅速被組織吸收,干擾人體內(nèi)分泌功能,對生殖系統(tǒng)危害嚴重,可導致男性性功能減退,改變女性的生殖功能,影響種族延續(xù)。此外,Pb可與體內(nèi)一系列蛋白質(zhì)、酶和氨基酸內(nèi)的官能團(如巰基)結合,干擾機體許多方面的生理和生化活動,Pb對神經(jīng)系統(tǒng)、骨骼系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)以及造血系統(tǒng)危害嚴重。長期食用含有Pb污染的稻米會對人體造成不可逆的傷害。3土壤中激素pb污染的恢復3.1水稻根系對pb的去除水稻秸稈、根系還田于土壤能增加土壤有機質(zhì)含量、提高農(nóng)作物產(chǎn)量,但Pb含量高的水稻根系殘留在土壤中不利于污染土壤的修復。因此,可從土壤中移走根系以除去Pb。在Pb污染的土壤區(qū)域內(nèi)栽培水稻,水稻根系吸收土壤中的Pb,反復多次,即可逐漸降低土壤中Pb的含量,達到改善土壤環(huán)境的目的。表4中水稻根系吸收Pb的結果表明,無論是單元素還是復合元素PbCd處理,水稻根系Pb含量在280～425mg/kg,占植物體總吸收量的98%以上,水稻根系對土壤Pb的年吸收率(指根系吸收的Pb總量占土壤中Pb總量的百分率)達到1.69%～7.9%(每盆水稻根系重0.0453kg)。3.2復合元素pbcd和cagp肥處理對根系吸收量的影響施用改良劑能有效地降低重金屬的水溶性、擴散性和生物有效性,減少進入植物體的重金屬量,減輕對生態(tài)環(huán)境的危害,實驗結果見表5。由表5可以看出,土壤投加復合元素PbCd時,水稻根系吸收Pb的量最多,而復合元素PbCd+石灰或復合元素PbCd+石灰+CaMgP肥處理時,根系的吸收量較復合元素PbCd處理根系吸收量有所下降。有研究表明,低石灰水平,有利于土壤有機質(zhì)與Pb結合,降低其活性。投加石灰可提高土壤的pH值,理論上講,pH值越高,土壤中有效態(tài)Pb含量越低。施加CaMgP能使土壤中的Pb形成難溶性的化合物,首先,鈣可與Pb競爭,而Pb被吸收在酶化學結構中不重要的位置上而不起毒害作用;其次,植物根部的磷酸鹽與Pb發(fā)生固定作用而使Pb延緩向葉中遷移,磷有解Pb毒的作用,可與細胞液中極少量的Pb形成沉淀,因此,施加CaMgP減低了土壤中Pb的有效性及其在植物體內(nèi)的毒性。4對土壤中pb的吸收利用對水稻1)在實驗投加的Pb濃度范圍內(nèi),從外觀上沒觀察到其對水稻的毒害,但影響了水稻的產(chǎn)量及株高;投加PbCd復合物使水稻減產(chǎn)13.3%,單元素Pb處理水稻減產(chǎn)10%,過量的環(huán)境激素Pb影響了水稻的正常生長發(fā)育。2)水稻對Pb的吸收表現(xiàn)出明顯的分異性,Pb主要殘留在水稻的根部,占植株總積累量的98%,莖葉積累量占1.52%,籽實積累量僅占0.117