土壤铅污染对玉米干物质产量及铅吸收的影响

任秀娟,朱东海,吴海卿,吴大付

（1.河南科技学院,河南新乡453003;2.中国农业科学院农田灌溉研究所,河南新乡453003）

我国耕地资源正在不断削减,人民大众面临很大的粮食压力,加之随着经济社会的发展,土壤的重金属污染使粮食生产面临更加严峻的挑战.近年来关于玉米镉铅污染的报道较多[1-6].湖南矿产资源比较丰富,矿业发达,矿产开发和金属冶炼促进了当地经济的发展,但矿区的开采和金属冶炼产生大量废水、废渣和粉尘,严重污染了矿区周围土壤[7-10].本文以湖南矿区镉铅锌复合污染的土壤为桶栽基质,研究铅单一污染对玉米干物质产量的影响,以及铅在玉米根系、茎叶、穗轴、籽粒中的分配规律.

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米品种为农乐168；外源铅为Pb（CH3COO）2·3H2O（分析纯）.

供试土壤采自湖南郴州矿区农田0～20 cm耕作层,质地为壤土,土壤基本性质如下：有机质10.74 g/kg,全氮1.69 g/kg,pH 6.23,全磷0.93 g/kg,全钾0.45 g/kg,土壤全锌含量85.32 mg/kg,全镉含量0.86 mg/kg,全铅含量9.69 mg/kg.

1.2 试验处理与设计

桶栽试验在中国农田灌溉研究所新乡站防雨棚内进行,试验设置Pb单一污染4个质量分数梯度,分别为400、800、1200和1600 mg/kg,对照为9.69 mg/kg.每个处理重复4次.

栽培桶直径为30 cm,深40 cm,桶底部密封,防止水分下渗.将盆栽大桶放入提前挖好的土坑内,大桶上平面高出地面5 cm,然后用土填实桶与周围土壤的孔隙.污染土壤配置采用分批多次混匀的方式,根据处理要求将分别称好的分析纯醋酸铅磨碎后混入1 kg过5 mm筛的风干土中,接着把这1 kg混合土壤混入10 kg过5 mm筛的风干土中,最后把11 kg的土壤混入到104 kg过5 mm筛的风干土中,经过多次混匀后再装桶踏实,最后将桶内土壤灌水至饱和状态,平衡1周后种植玉米.

1.3 栽培与样品采集

2011年6 月每桶移栽4株玉米苗,底肥施用硫酸钾3 g,磷酸二铵5 g,尿素6 g,灌水采用地下水,田间管理同一般大田.2011年9月20日玉米成熟后,将玉米整株挖出带回实验室,用自来水冲洗后再用纯水冲洗,用不锈剪刀分为根（从根部密生不定根部位剪开）、茎叶、玉米穗3个部分,分别装入纸质样品袋,在105℃的烘箱中杀青10 min,在70℃下烘干至恒重；玉米穗烘干后称重,并分成穗轴和籽粒后分别称重,并记录数据,从籽粒中选择均匀的玉米籽粒100粒称重.

1.4 测定方法

土壤有机质：重铬酸钾容量法外加热法；全氮：半微量开氏法；全磷：NaOH熔融钼锑抗比色法；全钾：NaOH熔融火焰光度法；pH值：m（土）∶m（水）为1∶2.5的水浸提电位法[11].

原始土壤及各样品中铅含量测定采用ICP-AES法,分析时采用内插标样进行质量监控[12-13].

1.5 数据处理

用SPSS19对处理间数据进行独立t检验.

2 结果与分析

2.1 铅胁迫对玉米干物质产量的影响

不同处理玉米单株平均干物质产量见表1.

表1 铅胁迫对玉米单株平均干物产量的影响Tab.1 The impact of lead pollution on the maize average biological yieldg

由表1可知,随土壤铅含量的增加,玉米百粒重、穗轴重没有明显变化,玉米根干重、茎叶干重、果穗重量、生物产量、果穗籽粒重量逐渐降低.土壤铅含量为400 mg/kg时,玉米根干重、茎叶干重、果穗重、生物产量、穗轴重、果穗籽粒重分别为对照的64%、87%、98%、89%、79%、101%；土壤铅含量为1600 mg/kg时,上述指标分别为对照的57%、75%、84%、77%、74%、86%.其中玉米果穗重、生物产量与土壤铅含量呈显著负相关,相关性方程为：

y=-0.0087x+90.085 R2=0.948**（y：果穗重g,x：土壤铅含量mg/kg）

y=-0.0279x+191.27 R2=0.8917**（y：生物产量g,x：土壤铅含量mg/kg）

2.2 铅胁迫对玉米铅吸收的影响

铅胁迫对玉米铅吸收的影响见表2.

表2 铅在成熟期玉米体内的分布特点Tab.2 Partition of lead in maize at ripening stagemg/kg

由表2可知,土壤铅污染处理中,随着土壤铅含量的增加玉米根系、茎叶、穗轴、籽粒铅含量呈显著增加趋势,铅在玉米各器官的分配特点为根＞茎叶＞穗轴＞籽粒.铅单一污染条件下土壤铅含量为800 mg/kg时籽粒铅含量已超过国家规定的粮食卫生标准（≤0.2 mg/kg,GB2715—2005）.

3 小结

本研究表明,土壤铅污染条件下,玉米果穗重、穗粒重、生物产量随土壤铅含量的增加而显著降低,铅污染对玉米穗轴重、百粒重无显著影响.所有处理中,玉米各部位铅分配规律为根系＞茎叶＞穗轴＞籽粒,玉米各部位对铅的吸收随土壤铅含量的增加而显著增加.

[1] 曹莹,赵艺欣,刘洋,等.铅镉复合胁迫对不同耐性玉米衰老特性的影响[J].玉米科学,2011,19（6）：70-73.

[2] 曹莹,赵艺欣,刘玉莲,等.不同玉米品种子粒中富集镉、铅特性的比较[J].玉米科学,2011,19（3）：94-97.

[3] 李勇,黄占斌,王文萍,等.重金属铅镉对玉米生长及土壤微生物的影响[J].农业环境科学学报,2009,28（11）：2241-2245.

[4] 宇克莉,孟庆敏,邹金华.镉对玉米幼苗生长、叶绿素含量及细胞超微结构的影响[J].华北农学报,2010,25（3）：118-123.

[5] 曹莹,黄瑞冬,王国骄,等.铅和镉复合胁迫对玉米吸收铅特性及产量影响[J].玉米科学,2007,15（3）：91-94.

[6] 刘云惠,魏显有,王秀敏,等.土壤中铅镉的作物效应研究[J].河北农业大学学报,1999,22（1）：24-28.

[7] 黄铭洪,骆永明.矿区土地修复与生态恢复[J].土壤学报,2003,40（2）：161-169.

[8] Li J,Xie Z M,Xu J M,et al.Risk assessment of heavy metals contaminated soil in the vicinity of a lead/zincmine[J].Journal of Environmental Science,2005,17（6）：881-885.

[9] 廖晓勇,陈同斌,武斌,等.典型矿业城市的土壤重金属分布特征与复合污染评价：以“镍都”金昌市为例[J].地理研究,2006,25（5）：843-852.

[10] 李静,俞天明,周洁,等.铅锌矿区及周边土壤铅、锌、镉、铜的污染健康风险评价[J].环境科学,2008,29（8）：2327-2330.

[11] 鲍士旦.土壤农化分析[M].3版.北京：中国农业出版社,2005.

[12] 赖志辉,徐晓铭,管艳艳,等.微波消解ICP-AES法测定市售丹参中的微量元素[J].广西大学学报：自然科学版,2010,35（3）：497-501.

[13] 张磊,宋凤斌.土壤施锌对不同镉浓度下玉米吸收积累镉的影响[J].农业环境科学学报,2005,24（6）：1054-1058.