重金属对香蕉生长影响的试验研究

林芗华，郭建辉，黄达斌



重金属对香蕉生长影响的试验研究

林芗华1，郭建辉2，黄达斌3

(1.漳州市农业检验监测中心，福建 漳州 363000；2.漳州市土壤肥料与生态能源站，福建 漳州 363000;3.漳州市芗城区经作站，福建 漳州 363000)

对香蕉园土壤与灌溉水添加Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu重金属元素，研究该重金元素对香蕉生长影响，以及香蕉叶片对该重金元素的富集能力。结果表明：当重金属的浓度累集到一定值时，会对香蕉的生长发育产生抑制作用，浓度太高会造成香蕉的生长停滞甚至死亡。随着土壤中Pb、Cd、As、Hg、Cr、Cu重金属含量的增加，香蕉叶片中富集的重金属含量和富集系数表现为正相关的递增，香蕉叶片富集系数为Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，重金属的添加量与香蕉叶片体内含量的相关系数(r)分别为0.9630～0.9994、0.9128～0.9983。

香蕉；土壤；灌溉水；重金属；富集系数

随着农业生产的发展和农业现代化的推进以及使用的农用化学物质种类和数量的增加，土壤重金属污染日益严重，由于重金属污染物在土壤中移动性差，滞留时间长，很难被微生物降解。土壤一旦受到重金属的污染，治理非常困难，其在一定期限内尚不表现出对环境和作物的危害，但累积量超过土壤的承受能力或土壤容量时就会对作物产生危害[1]。重金属的污染对作物的生产、产量和品质都有较大影响，重金属还能被作物富集吸收进入食物链，从而危害人体健康[1]。

香蕉()是我国南方四大水果，是漳州市的主要农业产业之一。在我国，目前已做了大量重金属对土壤系统污染的研究工作，但对蕉园土壤和灌溉水中重金属问题的研究不多，迄今，重金属含量对水果、蔬菜的生长影响前人有一些研究，但在香蕉上仅见林电等[2]针对海南省蕉区，开展过香蕉园土壤重金属研究报道。由于不同的作物种类、品种及同一品种的不同器官由于外部形态和内部结构不一，吸收重金属元素的生理生化机制各异，故其重金属的累积量差异较大[3]。本文通过在Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu复合污染土壤和灌溉水下的香蕉田间种植试验，观察、分析香蕉的生长状况及6种重金属元素在香蕉叶片中的富集能力，旨在了解Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu复合污染土壤和灌溉水对香蕉生长的影响程度。对防止重金属污染提高香蕉品质、生产无公害产品、改良蕉园土壤具有一定的意义。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试香蕉：天宝高蕉(台湾北蕉)组培苗(苗高20cm～25cm)。

1.1.2 供试重金属：镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)。

1.1.3 仪器设备：PE-AA700型原子吸收分光光度计，AFS-3100原子荧光分光光度计。

1.1.4 试剂及标准品：金属镉、氯化汞、三氧化二砷、硝酸铅、重铬酸钾、金属铜(均为分析纯)；镉(Cd)、汞(Hg)、砷(As)、铅(Pb)、铬(Cr)、铜(Cu)标准溶液(均由中国标准物质中心提供，浓度为1000mg/L)。

1.2 方法

2007年9月20日于漳州市芗城区水利灌溉试验站内的试验田进行。

1.2.1 土壤试验 试验设6个处理及1个空白对照土CK，（表1)，每个处理设3重复。为防止试验污染，试验地用红砖砌成长宽高为100 cm×80cm×60cm长方体为1个种植单元的，每个单元可填充土壤约1650kg，下设排水口；每个种植单元设1重复；各种植单元土壤添加如(表2)加入化学试剂量，溶于100L水中后均匀浇灌于相应种植单元的土壤中。在香蕉生长末期(2008年07月)取香蕉叶片(最下方老叶)和种植单元土壤样品。

表1 土壤试验各添加金属元素处理设计

1.2.2 灌溉水试验 试验设6个灌溉水处理及1个空白对照(水CK，表3)，每个处理设3重复。为防止试验污染，试验地用红砖砌成长宽高为100 cm×80cm×60cm长方体为1个种植单元的，每个单元可填充土壤约1650kg，下设排水口；每个种植单元设1重复；试验期间各处理小区田间所需的灌溉水，按表3添加金属元素的体积浓度的水进行灌溉。在香蕉生长末期(2008年07月)取香蕉叶片(最下方老叶)和种植单元土壤样品。

表2 各处理添加化学试剂配制量

表3 灌溉水试验各添加金属元素处理设计

注：先采用金属镉、硝酸铅、氯化汞、三氧化二砷、重铬酸钾分别配制成ρ(Cd)=50mg/L、ρ(Pb)=1000mg/L、ρ(Hg)=10mg/L、ρ(As)=500mg/L、ρ(Cr)=1000mg/L的灌溉水储备液后，再用该储备液配制成各处理的灌溉水处理体积浓度。

1.3 测定方法

1.3.1 Cd、Pb 土壤样品按GB/T 17141-1997 土壤质量铅、镉的测定；水样品按GB/T 7475-1987水质铜、锌、铅、镉的测定。

1.3.2 As 土壤样品按GB/T 17134-1997 土壤质量总砷的测定；水样品GB/T 7485-1987 水质总砷的测定。

1.3.3 Hg 土壤样品按GB/T 17136-1997土壤质量总汞的测定；水样品GB/T 7468- 1987 水质总汞的测定。

1.3.4 Cr 土壤样品按HJ 491-2009 土壤总铬的测定；水样品GB/T 7467-1987 水质六价铬的测定。

1.3.5 Cu 土壤样品按GB/T 17138-1997 土壤质量铜、锌的测定。

1.4 试验试剂配制方法

1.4.1 镉（Cd）溶液配制〔ρ（Cd）=50mg/L〕：称取金属镉0.05g溶于1:1盐酸溶液转入1L容量瓶中定容。

1.4.2 铅（Pb）溶液配制〔ρ（Pb）=1000mg/L〕：称取硝酸铅1.598g溶于0.1mol/mL硝酸溶液转入1L容量瓶中定容。

1.4.3 汞（Hg）溶液配制〔ρ（Hg）=10mg/L〕：称取氯化汞0.0135g溶于5%硝酸溶液转入1L容量瓶中定容。

1.4.4 砷（As）溶液配制〔ρ（As）=500mg/L〕：称取三氧化二砷0.675g溶于水中转入1L容量瓶中定容。

1.4.5 铬（Cr）溶液配制ρ（Cr）=1000mg/L〕：称取重铬酸甲2.829g溶于水中转入1L容量瓶中定容。

2 结果与分析

2.1 土壤添加重金属的试验结果

2.1.1 土壤重金属含量对香蕉生长的影响 根据试验观测可知(表4)，在土K1、土K2、土K3等3个土壤重金属浓度处理水平，香蕉的生长发育与对照株(CK)相比差异不明显；土K4土壤重金属浓度处理水平的香蕉生长发育趋缓；土K5土壤重金属处理水平的香蕉生长发育受到明显抑制，表现为植株生长停滞。表明了随着土壤各种重金属含量的增加，香蕉的生长状况会受到抑制。

2.1.2 土壤重金属含量与香蕉植株体内金属含量的相关性 相关系数是变量之间相关程度的指标，根据土壤和植株取样的检测结果(表4)显示，随着土壤中各种重金属含量的增加，香蕉叶片中富集的重金属含量也呈正相性地逐渐增加，相关系数()为0.9630～0.9994。重金属富集系数是指植物某一部位的元素含量与土壤中相应元素含量之比，富集系数一方面反应了植物对重金属富集程度的高低或富集能力的强弱，另一方面在一定程度上反应土壤～植物系统元素迁移的难易程度了[4]。从表5可知，香蕉叶片对重金属的富集系数Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，说明香蕉叶片对Cr、Cd的富集效应最高。

2.2 灌溉水添加重金属的试验结果

2.2.1 灌溉水重金属含量对香蕉生长的影响 根据试验观察可知(表6)，在香蕉生长前期五个处理植株生长状况与对照株相比无明显差异，说明前期土壤中重金属累积量还比较少，对植株的生长还未造成较大影响。在生长后期，随着灌溉水使用总量的增加，土壤中富集的各种重金属含量的增加，各处理间香蕉植株的生长状况就表现出差异；在水K1、水K2、水K3灌溉水重金属浓度处理水平香蕉的生长发育与对照株(CK)相比差异不明显，水K4、水K5灌溉水重金属浓度处理水平香蕉的生长速度放慢，其中水K5表现的更为明显，由此显示随着土壤各种重金属含量的增加，香蕉的生长状况会受到抑制。

表4 土壤试验土壤、叶片分析结果

表5 土壤试验香蕉叶片对重金属的富集系数

表6 灌溉水试验土壤、叶片分析结果

2.2.2 灌溉水重金属含量与香蕉植株体内金属含量的相关性 根据土壤和植株取样的检测结果(表7)可以看出，随着灌溉水中各种重金属含量的增加，土壤重金属浓度的富集，香蕉叶片富集的重金属浓度表现为正相关地递增，=0.9128～0.9983。香蕉叶片对重金属的富集系数Cr＞Cd＞Hg＞Pb＞As，说明香蕉对Cr、Cd的富集效应最高。

表7 灌溉水试验香蕉叶片对重金属的富集系数

3 讨论

本研究表明当土壤和灌溉水中复合重金属的浓度累集到一定值时，香蕉的生长会受到抑制，因此对香蕉园重金属污染应引起足够的重视。目前，国际上尚没有成熟的重金属污染治理方法，因此，重金属的预防和监测对农作物的生产显得尤为重要[5]。

根据对漳州市香蕉园土壤重金属污染情况的调查分析[5]可知：以福建省土壤背景值、土壤环境质量二级标准为评价标准，评价结果表明了漳州市蕉园土壤虽然受到不同程度的重金属污染(主要是Cd、Hg、Pb污染)，但还在安全生产范围内，本研究结果显示了香蕉对Cr、Cd的富集效应最高。因此，根据以上分析，漳州市香蕉园土壤、灌溉水重金属污染主要是在于控制好Cd的污染。

张亚丽等[6]研究表明，施用石灰等碱性物质提高土壤pH，可以增加土壤对Cd的吸附，同时生成碳酸镉沉淀，使其活性降低；施用有机肥不仅可以改变土壤的理化性状，增加土壤的肥力，而且可以影响重金属在土壤中的形态，使土壤重金属离子与其形成有机络合物，增加土壤对重金属的吸附能力，从而提高土壤对重金属的抗性。根据化学性质相近的重金属间可能产生颉颃作用的原理，可通过调节土壤金属元素的比重来降低重金属的污染，如土壤中适宜的Cd/Zn比可以抑制植物对Cd的吸收[7]。已有研究表明漳州市蕉园土壤pH的变幅为3.78～6.97，平均为4.72，其中pH＜4.5的土样占38.52%，pH4.5～5.5的占52.46%，其中pH＞5.5的仅占9.02%，说明漳州蕉园土壤pH普遍偏低[8]。为此，漳州蕉园合理施用石灰等碱性物质，增施有机肥等科学施肥的应对措施，将有利于减少蕉园土壤及灌溉水因富含Cd等重金属对香蕉产品安全生产的威胁。

4 结论

通过本次土壤和灌溉水试验可以看出，当土壤和灌溉水中重金属的浓度累集到一定值时，会对香蕉的生长发育产生抑制作用，浓度太高会造成香蕉的生长停滞甚至死亡。随着土壤中各种重金属含量的增加，香蕉叶片中富集的重金属含量和富集系数也逐渐增加，表现为正相关。在本次试验的Cd、Pb、Hg、As、Cr、Cu6种重金属中，香蕉叶片富集系数Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb，对Cr、Cd的富集效应最高。

[1] 李仁英，张民，杨浩.2002年山东省主要果园土壤中Cu、Zn的形态含量及分布.农业生态环境[J].2002，18（4）：41-44.

[2] 林电,等.海南香蕉园土壤重金属现状及变化趋势分析[J].安全与环境学报,2006，6(6):54-58.

[3] 许嘉琳，杨居容.陆地生态系统中的重金属[M].北京：中国环境科学出版社，1995.

[4] 康立娟，赵明宪，庄国成.铜的单元及复合污染中水稻对铜系数累计规律的研究[J].农业环境科学学报，1997,8（1）:110-112.

[5] 林芗华，刘佳敏.福建漳州市香蕉园土壤重金属污染调查分析[J].亚热带植物科学，2011，40（1）：31-33.

[6] 张亚丽,等.有机物对镉污染改良效应[J].土壤学报,2001,38(2):212-218.

[7] 顾继光,等.土壤重金属污染环境的治理途径及其研究进展[J].应用基础与工程科学学报,2003，11(2):143-151.

[8] 庄绍东．漳州香蕉园土壤肥力状况分析[J]．福建农业学报，2003，18（3）：168-172．

Research on The Effects of the Heavy Metals on the Banana Growth

LIN Xiang-hua1，GUO Jian-hui2, HUANG Da-bin3

（1. Zhangzhou Agricultural Test and Inspection Centre, Zhangzhou, Fujian 363000, China 2. Zhangzhou Agricultural Ecology and Energy Station ,Zhangzhou, Fujian 363000, China 3. Zhangzhou Xiangcheng Economic Crop Pupularization Station, Zhangzhou ,Fujian 363000, China）

The Effect of heavy metal elements( such as Cd、Hg、As 、Pb、Cr、Cu) on banana growth and the collection capacity of heavy metal ions by the banana leaves were studied by adding them into the soil and irrigation water in the banana plantations. Results showed that banana growth and development may be inhibited by a certain concentration of the heavy metal elements and halted or killed by the excessive heavy metals in the banana plantations. With the increase of the heavy metal contents, the collection capacity and coefficient of heavy metal ions by the banana leaves increased positively correlated and progressively. The collection coefficients of different heavy metal ions by the banana leaves follow this order: Cr＞Cd＞Hg＞As＞Cu＞Pb. The correlation coefficients (r) of the additive amount of the haevy metal elements to the soil and the irrigation water in the banana plantations and the contents of them on the banana leaves were 0.9630~0.9994, 0.9128~0.9983 respectively.

Banana; soil; irrigation water; heavy metals; enrichment coefficients

2011－07－26

福建省农业科技计划重点项目(2007N0067)

林芗华（1972－），男，高级农艺师，本科，从事农产品质量安全研究。

S59

A

1673-1417（2011）03-0028-06

（责任编辑：季平）