镉在水芹不同器官中富集特性的研究

2013-11-12华大春徐文娟王昕

长江蔬菜 2013年18期

华大春，徐文娟，王昕

（安徽农业大学园艺学院，合肥，230036）

镉（Cadmium，Cd）是目前公认的对人体非常有害的重金属元素，是环境污染和食品卫生分析中必测的毒性元素之一。镉在体内的半衰期长达10～35 a，为已知的最易在体内蓄积的毒物，美国毒物管理委员会（ATSDR）已将其列为第六位危及人类健康的有毒物质[1～3]。而水生蔬菜栽培需要大量的灌溉用水，大都在主要水系周边区域种植，因此受到随水系扩散的重金属污染的可能性大于其他种类的农作物，研究镉在水芹产品器官内的积累特性，对于水芹卫生品质安全具有十分重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水芹苗为鄂水芹1号，取材于安徽省合肥市肥东建华水生蔬菜基地。栽培试验在安徽农业大学园艺学院试验中心进行，镉含量测定在安徽农业大学生物科技中心进行。

供试土壤取自安徽农业大学农萃园的菜园土，pH 值 7.32，有机质 27.1 g/kg，全氮 1.8 g/kg，有效磷 50.1 mg/kg，速效钾 159.8 mg/kg，镉 0.09 mg/kg（＜0.2 mg/kg，符合国家食用农产品产地土壤环境质量标准）[4]。

1.2 试验方法

选取10 cm左右高度的健壮水芹苗，用蒸馏水冲洗数次后，分别定植到相应塑料盆（直径80 cm，高 15 cm），每盆定植20株（每盆填入15 kg菜园土）。定植前1 d在盆中按浓度加入重金属镉，使用化学纯 CdCl2·2.5H2O充分溶解，一次性加入，使土壤含镉量（以纯镉计算）为 0.2，0.8，1.4，2.0 mg/kg，空白为对照（CK）。每个处理设 3次重复，于 2012年 10月11日定植。定植后保持各盆内的水位一致，常规栽培管理，于定植后50 d统一采收所有样本，并进行试验前样本处理。

1.3 测定方法与仪器条件

①叶片、叶柄（含茎）、根生物量的测定将水芹从试验盆中取出，根系用水冲洗干净，再在20 mmol/L乙二胺四乙酸钠（EDTA-Na2）溶液中交换30 min，以除去根系表面粘附的金属离子，再用去离子水冲洗干净，吸水纸吸干表面水分，将叶片、叶柄（含茎）、根分离开，105℃下杀青 2 h，然后再 60℃下烘干至恒重，测定叶片、叶柄（含茎）、根各部分的干物质量[5～6]。

②镉含量的测定取烘干的各部分样品，用不锈钢研磨机磨细，各称取0.5 g，采用国标GB/T 5009.15-2003《食品中镉的测定》中湿式消解法进行样品消解：加 HNO3-HClO4混酸（优级纯，4∶1）10 mL放置过夜，第二天于电热板上加热消解至样品清亮无色（白色或微黄），冷却后转移至 50 mL容量瓶，定容。待测液中Cd的含量采用ICP-MS（i-CAP 6000等离子体发射光谱仪，美国热电公司）方法测定[7]。

表1 不同浓度镉处理下水芹不同器官的生物量差异

1.4 数据分析

运用Excel 2007进行数据整理；SAS 9.0进行方差分析。

地上部生物量=叶柄（含茎）生物量+叶片生物量；富集系数=植物各部分镉质量分数/土壤中镉质量分数；地上部植物中元素质量分数=（叶干质量×质量分数+茎干质量×质量分数）/（叶干质量+茎干质量）；转运系数=地上部植物中元素质量分数/地下部植物中元素质量分数；转运量系数=（地上部植物中元素质量分数×地上部生物量）/（地下部植物中元素质量分数×地下部生物量）[8～13]。

2 结果与分析

2.1 不同浓度镉处理水芹不同器官的生物量差异

由表1所知，不同浓度镉处理下，水芹的各器官生物量随着浓度的增大，总体呈先增大后减小的趋势。在镉浓度为0.2 mg/kg时，叶柄（含茎）、地上部分的生物量均达到最大，分别为0.572 0 g、0.801 9 g，浓度低于0.8 mg/kg时，各器官的生物量差异不显著，当镉浓度达到1.4 mg/kg时，叶柄（含茎）的生物量与0.2 mg/kg处理相比，下降达到显著水平；叶片的生物量与对照相比下降呈显著水平，其余处理间差异不显著。当镉浓度达到2.0 mg/kg时，根、叶柄（含茎）的生物量与0.2 mg/kg处理的呈显著水平，叶片的生物量与对照相比下降呈显著水平；且与对照相比，根、叶柄（含茎）、叶片、地上部分的生物量分别下降了19.43%、11.49%、33.69%、19.51%。

由上述分析可知，随着土壤中镉浓度的增高，叶柄（含茎）和叶片先表现出症状，随后是根；且在低浓度时，对水芹的生物量有一定的促进增长作用，但差异不显著。

2.2 不同镉处理下水芹不同器官的镉含量差异

由表2可知，水芹的各器官镉含量以根最高、叶柄（含茎）次之、叶片中最低。显然水芹根的富集作用最强，在最大浓度 2.0 mg/kg时，根中镉含量达到最大 12.74 mg/kg，且叶柄（含茎）和叶片也达到最大，分别为2.87 mg/kg、0.82 mg/kg，此时根中镉含量是叶片中镉含量的15.54倍，叶柄（含茎）中镉含量是叶片中镉含量的2.87倍。随着镉浓度的增大，水芹各器官中的镉含量均逐渐增大，呈正相关性，其中根镉含量与处理浓度呈显著正相关（相关系数为 0.900，P＜0.05）。除 0.8 mg/kg与 1.4 mg/kg处理叶片中隔含量差异显著外，其余各部分的处理间差异均达到极显著。

2.3 水芹的富集和转运特性

富集系数被用来反映土壤-植物体系中元素迁移的难易程度，这是植物将重金属吸收转移到体内能力大小的评价指标。根据表3可以得知，随着镉浓度的增大，水芹各部分的富集系数总体逐渐减小，富集能力在减弱。在隔浓度为0.2 mg/kg时，根的富集系数最大，达到19.65；但浓度升到2.0 mg/kg时，叶片的富集系数最小为0.41。根的平均富集系数＞叶柄（含茎）的平均富集系数＞叶片的平均富集系数。

转运系数是地上部某元素质量分数与地下部某元素质量分数之比，用来评价植物将重金属从地下部向地上部的运输和富集能力。由表3可知，随着镉浓度的增大，水芹的转运系数总体呈逐渐减小的趋势，平均转运系数为0.23，最大为对照组的0.4，最小为0.2 mg/kg处理组的0.13。转运系数在0.2 mg/kg处理出现最小，可能是由于在低浓度时，水芹的生长状况最好，根部富集能力最强，其在根部富集了较多的镉元素，而向叶柄（含茎）、叶片中的转运量增幅不大，造成0.2 mg/kg处理的转运系数小。

表2 不同镉处理下水芹不同器官的镉含量差异

表3 水芹不同器官的富集系数、转运系数和转运量系数

转运量系数能够较好地反映植物生长量和吸收量在地上和地下器官分布的规律。由表3可知，在0.2 mg/kg处理时转运量系数最小为0.23，验证了上述转运系数在0.2 mg/kg处理出现最小的问题。转运量系数总体也呈随镉浓度增大而减小的趋势，本试验中水芹的平均转运量系数为0.38，对照组的转运量系数最大，为0.73。说明土壤中镉浓度越高，镉在水芹地下器官的分布越多。