土壤铜对空心菜生长的影响研究

杨丽丽，薛 楠，李文汇，高 欣，王 柳，陈玉贺

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159)



土壤铜对空心菜生长的影响研究

杨丽丽，薛 楠，李文汇，高 欣，王 柳，陈玉贺

(沈阳理工大学 环境与化学工程学院，沈阳 110159)

以原种改良空心菜为材料，研究土壤中不同浓度梯度铜对空心菜生长的影响，主要包括对空心菜株高、株粗、叶面积、根干重、根长、叶绿素等方面的影响。结果显示，土壤中微量的Cu会促进植物的生长，但当土壤中Cu浓度超过一定值，则会对植物的生长造成明显的胁迫。

空心菜；土壤Cu胁迫；植物生长

由于工业化水平的迅速提高，近年来，我国采矿、冶炼、印染、化工电镀等重金属污染企业遍布城乡，工业“三废”高铜畜肥、杀菌剂、杀虫剂以及城市垃圾的大量排放，使土壤铜污染日益严重[1-3]。蔬菜对土壤铜污染十分敏感，加上蔬菜需肥水量比较大，吸收能力强、产品采收期长，因此其铜中毒的几率大大增加[4]。土壤铜污染不仅造成蔬菜作物产量和品质下降，而且通过食物链传递危害 动物和人类的健康[5-6]。

铜是植物生长必需的一种微量元素，也是细胞中各种酶类的组分，参与植物的许多生理代谢过程，对植物生长、发育有重要的影响[7]。但是铜具有积累性，过量铜离子对植物细胞具有破坏作用，可引起水分代谢，光合作用，呼吸作用、营养吸收等各种代谢过程的紊乱[8-9]，最终会抑制植株的生长[10-11]。

空心菜，原名雍菜，又名藤藤菜、通心菜、无心菜等，是我国南方农村普遍栽培作蔬菜。由于其茎叶可食用，营养丰富，有一定药性功效，适应性强，因此在我国栽培十分广泛。因此，本实验以铜作为胁迫因子，研究铜对空心菜生长的影响。

1 试验材料与方法

1.1 试验材料

(1)供试植物：原种改良的空心菜。

(2)土壤：沈阳理工大学校园表层土(0～20cm)，取土后经自然风干、木棍压碎、剔除碎石、植物残体等杂物后，过100目筛，充分搅拌混匀。土壤pH值为7.2，有机质含量15%～20%，土壤中各重金属总含量如表1所示。

表1 供试土壤中各重金属的总含量 mg/kg

(3)试剂：CuSO4·5H2O，尿素，KH2PO4。

1.2 试验方法

根据中国土壤中铜浓度变化范围的实际情况，模拟各浓度梯度的铜污染土壤，试验确定9个污染级别，即以CuSO4溶液逐层喷洒、翻土混合的方式加至土壤中[12]，充分混匀，配制土壤中铜浓度(以Cu2+计)水平分别为0、100、200、400、600、800、1000、1500、2000mg/kg。加入基肥浓度为：N 200mg/kg(以尿素形式)，P 80mg/kg和K 100mg/kg(以KH2PO4形式)。每天翻动混匀，平衡一周，播种。同时设置3组平行样。气温为25～35 ℃。植物培养期间，每天早晚浇蒸馏水，生长35～40d后，进行各项测定。

2 结果与讨论

2.1 不同浓度铜对空心菜株高的影响

图1为土壤中不同浓度铜影响下空心菜平均株高的变化。可以看出100mg/kg铜浓度下空心菜的株高最大，为22.8cm。在铜浓度0～100mg/kg范围内，空心菜株高相比正常生长(即对照组)的植株有不同程度的增加。在200～2000mg/kg范围内，Cu对空心菜生长的抑制作用越来越明显，在Cu为2000mg/kg 时，空心菜株高仅5.6 cm。因此铜作为微量元素对植物生长是有促进作用的，但超过该限量，对植物生长就会出现抑制作用，这与很多研究结果一致[13]。

图1 土壤中Cu对空心菜株高的影响

2.2 不同浓度铜对株粗的影响

图2为土壤中不同浓度铜影响下空心菜平均株粗的变化。铜浓度在0～2000mg/kg范围内，空心菜株粗表现出先增大后减小的趋势，在100mg/kg浓度时的株粗为最大值0.7cm。当土壤中的铜浓度为1000mg/kg时，株粗为0.5cm，浓度再增大，株粗达到最小值0.3cm。极差0.4cm，说明平均株粗之间的差异也很显著。

图2 土壤中Cu对空心菜株粗的影响

2.3 不同浓度铜对空心菜叶面积的影响

图3为土壤中不同浓度铜影响下空心菜叶面积的变化。随着土壤中铜浓度的增加，空心菜叶面积先变大后变小，在100mg/kg时叶面积达到最大值46.3cm2；但当Cu浓度达到2000mg/kg时，空心菜的叶面积为最小值6.1cm2。

2.4 不同浓度铜对空心菜株干重的影响

图4为土壤中不同浓度铜影响下空心菜株干重、根长的变化。空心菜株干重在1000mg/kg浓度范围内比较集中，保持在0.3g左右，在1500、2000mg/kg的浓度下，株干重锐减至0.05g。

图3 土壤中Cu对空心菜叶面积的影响

图4 土壤中Cu对空心菜株干重、根长的影响

2.5 不同浓度铜对空心菜根长的影响

图4中根长在1000mg/kg以内时长度都集中在8cm左右，而在1500、2000mg/kg的浓度下，根长明显变短，仅4cm。

2.6 不同浓度铜对叶片叶绿素含量的影响

图5为土壤中不同浓度铜影响下空心菜叶绿素的变化。随着土壤中铜浓度的增加，叶片叶绿素a含量从1.4702mg/g降低到0.3466mg/g，整体呈下降趋势；叶绿素b含量从0.5035mg/g变化到0.1778mg/g，从图中看出趋势变化不太明显；叶片中的叶绿素总量(a+b)从1.9737mg/g降低到0.5873mg/g，整体呈下降趋势。本实验结果显示，在重金属铜胁迫的情况下，空心菜叶片叶绿素含量随着重金属Cu浓度的升高而降低，说明Cu污染在一定程度上影响了叶绿素的积累。这是因为植物体内叶绿素含量的高低与光合作用水平的强弱密切相关，铜的污染毒害会引起植株失绿，叶绿素总量下降。乔琳等[14]的研究表明，大白菜幼苗的叶绿素含量均随着重金属处理浓度的提高呈现先增后降的变化趋势。本试验结果没有出现先增后降的趋势，或许是因为本试验中土壤铜浓度范围更大的原因。

图5 土壤中Cu对叶绿素含量的影响

3 结论

(1)土壤中微量Cu会促进空心菜的生长，但当Cu浓度超过一定值时，过量的Cu则会对植物生长产生胁迫，使空心菜植株细矮，叶片失绿，叶面积变小，株干重和根长也随之下降。

(2)铜胁迫下，空心菜叶片叶绿素含量随着重金属Cu浓度的升高而降低，说明过多铜影响了叶绿素的合成和积累。

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[14]乔琳,盛东风,邓艳.重金属铜、锌、铁、铅污染对白菜幼苗鲜重及叶绿素含量的影响[J].广东农业科学，2010(2)：34-36,41.

(责任编辑：马金发)

Study on the Effect of Water Spinach Growth in Copper Soil

YANG Lili，XUE Nan，LI Wenhui，GAO Xin,WANG Liu,CHEN Yuhe

(Shenyang Ligong University，Shenyang 110159，China)

The test plant is protospecies modified water spinach,the effect of soil copper with different concentration gradient on the water spinach growth was studied,which mainly included effects of plant height,plant diameter,leaf area,dry root weight,root length,chlorophyll and so on.Results indicated that low concentration soil copper could promote the growth of plants,but when soil copper concentration exceeded a certain value,the high concentration soil copper could inhibit the growth of plants.

water spinach;soil copper stress;plant growth

2015-11-13

国家自然科学基金资助项目(51504154)；辽宁省教育厅科技研究一般项目(L2014081)

杨丽丽(1979—)，女，副教授，博士，研究方向：环境监测及污染物治理。

1003-1251(2016)04-0068-03

X835

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