有机肥对桃幼树铬胁迫缓解效果的研究

王娜娜+彭福田+张亚飞

摘要：以2年生‘鲁星/毛桃（ Amygdalus persica Linn.）为试材，通过盆栽模拟试验，研究不同浓度铬（0、100、200 mg/kg）胁迫下有机肥对桃幼树生长状况、土壤酶活性及桃幼树各部位对Cr吸收分配的影响。结果表明，随着外源Cr胁迫程度的加剧，桃幼树表现出叶绿素含量下降、光合作用减弱、干周增长速率减小、干物质积累量降低的趋势。施加有机肥可以不同程度地缓解Cr胁迫对桃幼树生长的影响，增大植株生物量。Cr胁迫下，土壤酶活性受到抑制，有机肥能缓解Cr对土壤酶活性的抑制作用，除蔗糖酶外，脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蛋白酶活性较未施有机肥处理显著提高。通过测定植株内Cr含量可知，Cr胁迫下桃幼树各部位Cr含量显著增加；施用有机肥对降低植株各部位Cr积累效果显著，重度Cr胁迫下，施加有机肥处理比未施有机肥处理桃幼树各部位Cr含量降低了39.2%～85.3%。可见，通过增施有机肥能够明显减缓Cr胁迫对桃幼树的伤害，增强植株对Cr的抵抗力。

关键词：桃树；有机肥；铬胁迫；缓解

中图分类号：S141.2：S662.1 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2016）11-0093-07

Abstract Using two-year-old ‘Luxing/wild peach（Amygdalus persica Linn.） as the research object， the pot experiment was conducted to study the effects of organic manure on plant growth， soil enzyme activities and Cr concentration in each part of peach trees under different levels of Cr stress （0， 100， 200 mg/kg）. The results showed that with the increase of Cr stress level， the peach trees showed a decreasing trend on the chlorophyll content， photosynthesis， growth rate of trunk girth and accumulation amount of dry mass. The application of organic manure could mitigate the impact of Cr stress on the growth of young peach trees to some extent and increase the plant biomass. Under the Cr stress， the activities of soil enzymes were inhibited. Applying organic manure could alleviate the inhibitory effects of Cr on soil enzyme activities. The activities of urease， phosphatase， catalase and protease except for invertase were significantly enhanced by applying organic manure than those of no organic manure treatment. The Cr concentration in plant samples were studied by ICP-Ms using microwave digestion. It showed that the concentration of Cr in various organs significantly increased under Cr stress. Organic manure could remarkably reduce the accumulation of Cr in plants under exogenous Cr stress. Under the high Cr dosage stress， the Cr concentration in each part of peach trees decreased by 39.2%～85.3% after organic manure application than those of no organic manure application. Above all， the application of organic manure could obviously mitigate the injury of peach trees by Cr stress and enhance the resistance of plants to Cr pollution.

Keywords Peach tree； Organic manure； Cr stress； Remission

土壤污染源中主要的污染物是有害金属和农药[1]。近年来，随着工业、农业和交通运输业的快速发展，通过各种途径进入土壤的重金属不断增加（如Hg、Cd、Pb、Cr 和 As 等），土壤的重金属污染问题及其危害已成为环境科学领域研究的热点问题。中国绿色食品发展中心发布的《绿色食品标准》，规定了不同类型土壤中汞、镉、铅、砷、铬5种有害物质和DDT、六六六2种有机氯农药的残留标准[2]。研究表明，土壤受镉污染后显著抑制水稻生长，降低生物量及其经济性状[3]。铅胁迫下黄瓜幼苗地上部POD活性均随铅浓度的增加而逐渐降低，SOD活性随铅浓度的增加先增大后急剧下降， CAT酶谱带无明显变化，而表达量存在差异[4]。因此，作物一旦受到重金属污染，就会直接影响其生理生化过程和生长发育，从而影响产量和品质。

目前，针对重金属污染的土壤修复方法主要有化学修复法、物理修复法和微生物修复法等。近年来，添加改良剂进行原位修复已成为改善重金属污染土壤新的研究重点，较传统方法具有成本低、操作简单、不影响土壤原有理化性质等优点，得到广泛实践和应用。改良剂的选择一般为具有吸附作用的活性无机物质和禽畜粪便等有机物料。有机肥本身含有大量有机质，可以通过络合作用将重金属固定，从而减少植物的吸收利用，同时还可提高土壤肥力，改良土壤环境，有利于植株生长。已有研究表明，施入有机肥可以不同程度缓解铅胁迫对小麦生长的影响，延缓小麦根系的衰老，促进根系的生长和发育，最终使小麦产量增加，籽粒铅含量降低[5]。冯圣东等[6]发现在高Hg胁迫下，施用有机肥可以使葡萄叶片相对电导率在整个生育期不同程度增大，通过增施有机肥能够明显减缓高Hg胁迫对葡萄叶片的伤害，增强葡萄树对Hg的抵抗力，尤其开花期抗性表现较为突出。但有机肥对不同浓度铬胁迫下植物生长的缓解效果尚少见报道。为此，本试验拟以桃幼树为试验材料，对外源铬胁迫下有机肥对其生长及铬吸收进行研究，以期为重金属污染区的农业生产提供有效参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验以2年生‘鲁星/毛桃（ Amygdalus persica Linn.）为试材，于2014年3-10月在山东农业大学试验站进行，采用上直径32 cm、下直径22 cm、高28 cm的塑料花盆进行试验，每盆装土10 kg。供试用土取自试验站未受重金属铬污染的桃园土壤，主要理化性质为：pH值6.5，碱解氮48.53 mg/kg，速效磷31.93 mg/kg，速效钾84.72 mg/kg，有机质12.68 g/kg。土壤全铬35.13 mg/kg。供试有机肥为未受铬污染的兔粪，其全氮含量7.81 g/kg，全磷（P2O5）16.02 g/kg，全钾（K2O） 3.46 g/kg，全铬39.7 mg/kg。

1.2 试验设计

采用裂区试验设计，主处理设置施有机肥（OF）和不施有机肥（CK）两种形式，副处理分别为：对照（0 mg/kg，Cr0）、中度铬胁迫（100 mg/kg，Cr1）和重度铬胁迫（200 mg/kg，Cr2）3个水平，外源铬以分析纯K2Cr2O7形式添加。有机肥施入按土重的5%（0.5 kg），共6个处理，每处理重复9次。按盆栽作物对养分的需求，基肥氮、磷、钾用量分别为N 4 g/kg土、P2O5 2 g/kg土、K2O 4 g/kg土。按照试验设计要求将土壤和肥料及外源铬混合均匀装盆，平衡两周后，在盆中定植生长势基本一致、无病虫害的桃树幼苗，栽后正常管理。试验期间保持田间持水量为60%，旺盛生长期测定各项生理指标，2014年10月对桃幼树整株解析后采样分析。

1.3 测定项目和方法

土壤脲酶用苯酚钠比色法测定；土壤蔗糖酶活性用3，5-二硝基水杨酸比色法测定；土壤酸性磷酸酶活性用磷酸苯二钠比色法测定；土壤蛋白酶活性用茚三酮比色法；土壤过氧化氢酶活性用高锰酸钾滴定法测定[7]。

将采集的桃树叶片擦净，剪碎去脉混匀，加入石英砂和碳酸钙及95%乙醇研磨后过滤，在652 nm下测定吸光度，计算叶绿素含量[8]。光合速率用英国PP System公司生产的CIRAS-3型光合仪测定。叶绿素荧光动力学参数采用英国Hansatech生产的PEA植物荧光仪测定，根据Strasser等[9]的方法进行叶绿素荧光诱导曲线及其参数的测定。

桃幼树样品采集后，先用自来水冲洗，再用超纯水洗净，然后将植株分为细根、粗根木质部、粗根韧皮部、主干木质部、主干韧皮部、新梢木质部、新梢韧皮部、叶8部分，105℃杀青后80℃烘干至恒量后测定干物质量。

将烘干的各部分桃树植株分别用不锈钢粉碎机粉碎，过0.5 mm筛。称取0.3 g植株样品（精确至0.0001）采用HNO3-H2O2混酸体系，用微波消解仪（Mars 6，CEM，美国）完全消解至浅黄色澄清溶液，再用超纯水稀释定容，用电感耦合等离子质谱仪（NexION 300X， PerKin Elmer，美国）测定全铬含量。

1.4 数据处理

试验数据采用Micorsoft Excel和DPS软件进行整理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 有机肥对铬胁迫下桃幼树营养生长的影响

试验结果表明，有机肥处理的植株长势均优于不施有机肥处理。无论施肥与否，桃幼树长势随铬浓度的增加而减弱，但在不同水平铬胁迫下减弱幅度不同，而且在不同生长时期的表现也有所不同。

由表1可知，施有机肥的桃幼树叶绿素含量均高于不施有机肥处理，提高幅度在2.2%～10.7%，但随铬浓度的增加，处理间叶绿素含量逐渐降低。Cr0OF各时期桃树叶片叶绿素含量增幅不明显，在2%～4%之间。Cr1OF增幅大于Cr0OF，Cr2OF对叶绿素含量的提高效果在8月下旬比Cr2CK高10.7%。Cr0处理下，施有机肥与否对桃树净光合速率在各生长期的影响基本不明显。在 Cr1胁迫下，施用有机肥后桃树净光合速率在6-8月份比未施有机肥的处理提高了6.97%～12.85%。在Cr2胁迫下，施用有机肥比未施有机肥提高了11.8%～24.8%。由此可见，土壤高Cr胁迫时，施加有机肥可使桃树叶片光合作用显著增强，这说明施加有机肥可以有效增强桃幼树对逆境的适应能力，缓解外源铬污染对植株的毒害。在Cr0处理下，施用有机肥显著提高了干粗增长量；中浓度铬胁迫下，在8月份有机肥显著提高了干粗增长量；高浓度铬胁迫下有机肥的改良作用不明显。

2.2 有机肥对铬胁迫下桃幼树叶片荧光参数的影响

叶绿素荧光特性是PSⅡ光化学过程的指示器。ΦPSⅡ反映了叶片光照条件下光合系统Ⅱ反应中心部分关闭时的实际光化学效率，体现光下植物叶片用于电子传递的能量占所捕获光能的比例，常用于表示植物光合电子传递速率快慢。由图1A可见，施有机肥提高了桃树叶片的ΦPSⅡ，由低到高Cr浓度下分别为未施有机肥处理的1.16、1.19、1.35倍。Fv/Fm代表了PSⅡ的最大光化学量子产量，图1B显示未施有机肥处理下随着Cr浓度的升高，桃树叶片Fv/Fm明显降低。这表明重金属Cr离子使PSⅡ反应中心受损，从而抑制了光合作用的原初反应，阻碍了光合电子的传递过程。但在相同的Cr浓度下，施加有机肥处理有效提高了胁迫作用下桃树叶片的Fv/Fm值，为对照的1.22～1.53倍。qP为光化学猝灭系数，它在一定程度上反映了PSⅡ反应中心的开放程度，由图1C看出，随着Cr浓度的增加，桃幼树叶片的qP明显下降，同等胁迫条件下，施加有机肥处理的桃叶片qP值远高于不施加有机肥处理。图1D显示，随着Cr浓度的升高，施与不施有机肥处理的PSⅡ潜在活性Fv/Fo 均呈下降趋势，但有机肥处理均比未施有机肥的桃树叶片Fv/Fo值大，在Cr0、Cr1、Cr2处理下，分别为未施有机肥的1.04、1.12、1.02倍，其中Cr2胁迫下有机肥效果最明显。由此可见，有机肥的添加在一定程度上可以减缓重金属Cr对桃树叶片PSⅡ反应中心的不可逆或可逆的破坏，促进桃幼树生长。

2.3 有机肥对不同浓度铬胁迫下桃幼树干重的影响

不同浓度Cr胁迫下有机肥对桃幼树地上部干重和根部干重的影响不同。由图2可知，有机肥处理后桃幼树干重均与对照存在显著差异。地上部和根部干重在未施有机肥时表现出随Cr浓度的升高而明显减少的趋势，Cr1、Cr2胁迫下地上部干重分别比对照（Cr0）下降了31.9%和 49.0%，根部干重比对照下降了29.2%和35.1%。施加有机肥后在Cr1、Cr2胁迫下显著提高了桃树干重，与未施加有机肥的相同浓度Cr处理相比，地上部干重分别提高了58.1%和45.6%，根部干重提高了54.4%和12.7%。有机肥提高桃幼树干重的效果在中度Cr胁迫条件下效果最明显。

2.4 有机肥对不同浓度铬胁迫下土壤酶活性的影响

由图3可知，在无重金属铬污染的土壤中，施加有机肥提高了土壤中脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蛋白酶的活性，但对蔗糖酶无影响。添加外源Cr后土壤酶活性受到抑制。在中度Cr胁迫下有机肥提高土壤脲酶活性效果最佳，与未施有机肥处理相比提高了33.3%。土壤蔗糖酶活性随外源Cr浓度的增大而减小，但变化不显著。中度Cr胁迫时，施加有机肥对土壤酸性磷酸酶活性提高效果不显著，重度Cr胁迫时，有机肥处理的土壤磷酸酶活性是未施有机肥的1.48倍。中、重度Cr胁迫下，施加有机肥均提高了土壤过氧化氢酶和蛋白酶的活性，比未施有机肥提高了15.4%～28.6%。有机肥在土壤受到Cr污染时对土壤酶活性提高有明显作用。

2.5 有机肥对不同浓度铬胁迫下桃幼树各部位铬含量的影响

有机肥处理对不同浓度Cr胁迫下桃幼树植株各部位铬分配的影响不同。由表2可知，未施加有机肥处理中，随着Cr浓度的增加，桃幼树各部位Cr含量明显升高，表现为根>主干>叶>新梢，且韧皮部>木质部。重度Cr胁迫下各部位Cr含量达到对照的16.3～77.02倍。在无Cr处理中，桃幼树各部位Cr含量很少，施加有机肥对减少Cr含量效果不显著。在同等浓度Cr胁迫条件下，施加有机肥的则可降低桃幼树各部位Cr含量。在中度Cr胁迫下，施加有机肥处理后桃幼树叶、新梢、主干、根分别比对照降低了39.3%、66.8%～69.7%、31.8%～63.1%、25.3%～70.8%。在重度Cr胁迫下，施加有机肥处理后桃幼树叶、新梢、主干、根分别比对照降低了56.4%、54.0%～71.5%、39.2%～58.0%、55.6%～85.3%。由此可以看出，有机肥对Cr污染土壤有一定的改良效果，可减少Cr胁迫下桃树对Cr的吸收分配。

3 讨论

有研究表明，植物在受到Cr胁迫时生理生化反应会发生一系列变化，如光合作用减弱[10]，植物根细胞分化受抑制[11]，从而导致植株矮小、叶片失绿、生物量降低等。乔莎莎等[5]研究发现，施用有机肥可缓解小麦在Pb胁迫下表现出的株高下降、长势减弱等毒害症状。本研究结果表明，添加外源高浓度Cr（200 mg/kg）后桃幼树叶片的叶绿素含量、净光合速率和桃树干周粗度增长量都显著降低，说明外源Cr对桃幼树产生了严重的胁迫毒害作用，降低了桃树叶片叶绿素合成及植株生长。本研究发现，同等浓度Cr胁迫下，施加有机肥处理的桃幼树叶片叶绿素含量、净光合速率及桃树干周粗度增长量均高于未施有机肥处理，两者之间差异显著，表明施加有机肥可以有效减弱Cr对桃幼树的毒害作用，促进叶片叶绿素的合成，加强桃树光合作用的进行，增大桃树的生长速率。这与前人的研究结果一致。

叶绿素荧光分析技术是研究和探测植物在逆境胁迫条件下生理状况的理想探针[12]。本试验中，Cr胁迫引起桃幼树ΦPSⅡ、Fv/Fm、qP及Fv/Fo下降，暗示了Cr使桃树光合系统受到破坏，阻碍了PSⅡ电子传递的过程，进而导致了光抑制的发生。同等Cr胁迫条件下，施加有机肥不同程度地减小了荧光参数的下降幅度。说明有机肥对桃幼树在Cr胁迫下叶绿素荧光特性的伤害具有一定的缓解作用。

土壤酶是土壤的重要组成部分，在土壤的物质和能量转化过程中发挥着至关重要的作用[13]。植物受重金属胁迫时，土壤酶的活性中心会受重金属离子的作用，结合形成较为稳定的络合物，从而降低酶活性；同时外源重金属的加入还会改变土壤原有的理化性质，破坏土壤微生物的生长环境，抑制其生长，进而降低酶活性[14，15]。张国庆等[16]研究发现，土壤脲酶等在一定程度上可表征土壤Cr污染的程度。邓波儿等[17]研究发现，改良剂的添加可以固定土壤中重金属离子，改变土壤微生物活性，使土壤酶活性升高，所以土壤酶活性的变化也可作为修复重金属污染土效果的指标。本试验研究表明，在Cr胁迫下，施加有机肥在相同浓度Cr处理下可以提高土壤脲酶、磷酸酶、过氧化氢酶和蛋白酶活性，中浓度Cr（100 mg/kg）处理下提高土壤酶活性的效果最好。可能是有机肥的添加改善了土壤的化学、生物和物理特性，提高了土壤中的微生物含量，进而激活了土壤酶活性。

Chiu等[18]研究发现，随着土壤中Pb含量的增加，小麦籽粒中Pb含量也呈上升趋势，而有机肥的施用有效抑制了Pb含量在小麦籽粒中的积累，说明有机肥可抑制小麦对土壤中Pb的吸收。本试验研究发现，在同等浓度Cr胁迫条件下，施加有机肥可降低桃幼树各部位Cr含量，在中度Cr胁迫下，施加有机肥处理后桃幼树各部位铬含量比对照降低了25.3%～70.8%；在重度Cr胁迫下，施加有机肥处理后桃幼树各部位铬含量比对照降低了39.2%～85.3%。由此可以看出，有机肥对Cr污染土壤有一定的改良效果，可减少Cr胁迫下桃树对Cr的吸收分配。这与有机肥中有大量官能团，可促进土壤中重金属离子与其形成稳定络合物，增大了土壤对重金属离子的吸附作用，降低土壤中重金属离子活性有关[19]。

4 结论

土壤添加外源Cr处理后，桃幼树的叶绿素含量、净光合速率、干物质积累量减小，叶绿素荧光参数下降，最终影响桃幼树生长。Cr胁迫显著增加了桃幼树各部分的Cr积累量。

有机肥的施加使桃幼树叶绿素含量、净光合速率、干物质积累量显著增加。有机肥改善了土壤环境，在同等Cr胁迫条件下，较未施有机肥处理不同程度地提高了土壤酶活性。有机肥的施用显著降低了桃幼树Cr的积累，说明有机肥可抑制桃树对土壤中Cr的吸收。本研究结果对存在Cr污染的农业区生产和发展具有借鉴意义

参 考 文 献：

[1] 张林森，梁俊，武春林，等.陕西苹果园土壤重金属含量水平及其评价[J].果树学报，2004，21（2）：103-105.

[2] 中国绿色食品发展中心.绿色食品标准[S]. 1995.

[3] 程旺大，姚海根，张国平，等.镉胁迫对水稻生长和营养代谢的影响[J].中国农业科学， 2005， 38（3）：528-537.

[4] 刘素纯，萧浪涛，廖柏寒，等.铅胁迫对黄瓜幼苗抗氧化酶活性及同工酶的影响[J].应用生态学报，2006，17（2）：300-304.

[5] 乔莎莎，张永清，杨丽雯，等.有机肥对铅胁迫下小麦生长的影响[J].应用生态学报，2011，22（4）：1094-1100.

[6] 冯圣东，王伟，石维，等.施用有机肥对Hg胁迫葡萄叶片生化特性的影响[J].水土保持学报，2015，20（2）：288-293.

[7] 关荫松.土壤酶及其研究法[M].北京：农业出版杜，1986：60-360.

[8] 李合生.植物生理生化试验原理和技术[M].北京：高等教育出版社，2006：137.

[9] Strasser R J， Srivastava A， Tsimilli-Michael M . The fluorescence transient as a tool to characterize and screen photosynthetic samples[M]// Yunus M， Pathre U， Mohanty P， eds. Photosynthesis： mechanisms， regulation and adaptation.London：Taylor and Francis Press， 2000：445-483.

[10]顾艾博，董然，马家艳，等.重金属Cr胁迫下两种玉簪光和特性研究[J].北方园艺，2014（13）：60-65.

[11]Choudhury S，Panda S K. Toxic effects， oxidative stress and ultra structural changes in moss Taxitelium nepalense （Schwager.） Broth. under chromium and lead phytotoxicity [J]. Water， Air & Soil Pollution， 2005， 167（1-4）：73-90.

[12]王学，施国新，徐勤松.镧、铈及重金属元素铬、锌对竹叶眼子菜的毒害作用[J].中国稀土学报，2004，22（5）：682-686.

[13]沈宏，曹志洪，胡正义.土壤活性有机碳的表征及其生态意义[J].生态学杂志，1999，18（3）：32-38.

[14]张桂山，贾小明，马晓航，等.山东棕壤重金属污染土壤酶活性的预警研究[J].植物营养与肥料学报，2004，10（3）：272-276.

[15]杨志新，刘树庆.重金属Cd、Zn、Pb复合污染对土壤酶活性的影响[J].环境科学学报，2001，21（1）：60-63.

[16]张国庆，和文祥，吕家珑，等.Cr3+对土壤酶活性的影响[J].西北农林科技大学学报，2014，42（3）：131-136.

[17]邓波儿，刘同仇.不同改良剂降低稻米镉含量的效果[J].华中农业大学学报，1993，12（2）：117-121.

[18]Chiu K K，Ye Z H ，Wong M H. Growth of Vetiveria zizanioides and Phragmities australis on Pb/Zn and Cu mine tailings amended with manure compost and sewage sludge： a greenhouse study[J]. Bioresource Technology，2006，97（1）：158-170.

[19]张青，徐明岗，罗涛，等.3种不同性质改良剂对镉锌污染水稻土的修复效果及评价[J].热带作物学报，2010， 31 （4）： 541-546.