种植密度对超富集植物根际Cd生物有效性影响

武荣芳+丁林峰

【摘 要】通过试验田实验在河南省开封市东郊化肥河污灌区镉污染土壤上种植孔雀草和紫茉莉两种花卉植物，两种植物均采取四个浓度梯度来种植，并分两个时期来取土样测定土壤pH和土壤中的Cd的总量，有效态，土壤中Cd的不同形态，以及小分子酸浓度，来探究种植密度对超富集植物根际Cd生物有效性影响。研究结果表明：孔雀草种植密度行间距为25cm时，土壤中Cd有效态含量占Cd总量的比例最大13%，紫茉莉的种植密度行间距为25cm时，土壤中Cd有效态含量占Cd总量的比例最大24%；4种不同种植密度下，紫茉莉和孔雀草的土样中，土样中残渣态Cd，占了Cd总量的绝大部分，比重在96.43%～98.41%之间；不同种植密度下植物对土壤的pH调节能力是不同的；孔雀草和紫茉莉两种植物根际会产生少量的小分子酸。

【关键词】种植密度；超富集植物；Cd；生物有效性

Effect of Planting Density on Bioavailability of Cd in Rhizosphere of Hyperiimious Plants

WU Rong-fang DING Lin-feng

（Henan Yuantong Environmental Engineering Co.， Ltd.， Kaifeng 475000， Henan Province， China）

【Abstract】Two species of flowers of Matricaria and Mirabilis were planted on Cd-polluted soil in the chemical fertilize-polluted sewage irrigation area in the eastern outskirts of Kaifeng City， Henan Province. The two plants were planted with four concentration gradients， and were planted in two stages Soil samples were used to determine the soil pH and the total amount of Cd in the soil， the available state， the different forms of Cd in the soil， and the concentration of small molecule acids to investigate the effect of plant density on the bioavailability of Cd in the rhizosphere of hyperaccumulators. The results showed that when the planting density of matsutake was 25 cm， the content of Cd in the soil was 13% of the total Cd content and the planting density of Mirabilis jalapa was 25 cm. The content of Cd in the soil accounted for In the soil samples of Mirabilis javanica and Guitar grass， the residual Cd content in soil samples accounted for most of the total amount of Cd with the proportion of 96.43% -98.41% at 4 different planting densities，.The plant's ability to regulate pH was different under different planting densities. A small amount of small molecule acids were produced in the rhizosphere of two species of malachite and Mirabilis jalapa.

【Key words】Planting density；Hyperaccumulator；Cd；Bioavailability

0 引言

工農业的发展使得重金属污染问题日益严重，而其中尤以重金属Cd的污染较为突出。重金属镉的毒性极强，进入环境中具有稳定、积累和不易消除等特性。重金属Cd可在食物链中不断积累，并进入人体进而严重危害健康[1]。经过大量学者的研究，目前已发现重金属Cd超富集植物有印度芥菜（Brassica juncea L.）[2]、龙葵（Solanum nigrum L.）[3-4]等。

开封东郊存在大量企业（化肥厂、炼锌厂等），企业早年不间断向河流排放污染物，而当地居民利用污水灌溉造成农田污染并形成污灌区。污灌区土壤已经存在比较严重的重金属污染[5-8]。本文结合污灌区Cd污染土壤特点，在开封东郊采取试验田实验开展Cd污染土壤植物修复及其强化研究，旨在为开封化肥河污灌区Cd污染土壤治理提供科学、有效的途径。

1 材料与方法

1.1 试验设计方案

本试验选取在河南地区生长的孔雀草（Tagetes patula L.）与紫茉莉（Mirabilis jalapa L.）为供试植物，分别设置4个种植密度处理：孔雀草4个种植密度分别为行间距30cm，25cm，22cm，20cm。紫茉莉4个种植密度分别为行间距40cm，35cm，30cm，25cm。该试验设置3个平行处理，并分两个时期采集土样，种植日期为2016年6月份，采集土样时间为2016年9月18日和2016年10月3日，时间间隔为两周，目的是判断时间变化对其土壤中重金属Cd各种形态的是否有影响。

1.2 采样与处理

（1）土壤消解[9]：土壤样品需要进行消解，采用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）测定镉含量。

（2）土壤有效态：配置DTPA提取剂，每批样品中至少有两个以上空白对照。

（3）用原子吸收法[10]测定土壤中Cd有效态含量。采用改进的BCR三步提取法依次提取土壤中不同结合态的Cd。

（4）小分子酸[11]：称取土壤样品2g，各3份，每组试验均设3次重复。

2 结果与讨论

2.1 不同处理土壤Cd生物有效态

不同处理中根际Cd生物有效态含量与总量比值表明9月18日采集的土样中，孔雀草种植密度行间距为25cm时，土壤中Cd有效态含量占Cd总量的百分比最大数值为13%，种植密度行间距为30cm时，土壤中Cd有效态含量占Cd总量的百分比最小数值为8%，当种植密度行间距分别为22cm，20cm时，此时土壤中Cd有效态含量占Cd总量的百分比分别为10%，11%。10月3日采集的土样中，种植密度行间距为22cm时土壤中Cd有效态含量占Cd总量的百分比最大数值为14%，当行间距为20cm和30cm时，土壤中Cd有效态含量占Cd总量的百分比均为13%，当种植密度行间距为25cm时，土壤中Cd有效态含量占Cd总量的百分比最小时11%。

2.2 不同处理土壤中重金属不同形态含量占总量的百分比

紫茉莉和孔雀草的土样中，均有共同规律，随时间变化，紫茉莉土壤与孔雀草的土壤中4种不同形态的Cd浓度呈现相反的变化，即紫茉莉土样随时间变化弱酸可提取态Cd（BCR1）、可还原态Cd（BCR2）、可氧化态Cd（BCR3）浓度均有所升高，残渣态Cd（BCR4）浓度下降。紫茉莉土样和孔雀草土样结果表明：残渣态Cd（BCR4）>弱酸可提取态Cd（BCR1）>可还原态Cd（BCR2）>可还原态Cd（BCR2）

2.3 不同种植密度对土壤pH影响

孔雀草在4个不同种植密度下，9月18日和10月3日，两次pH值进行比较，结果表明随着时间的变化，孔雀草土样pH值均有所下降，pH下降值在0.03～0.14，且当孔雀草种植密度行间距为22cm时，pH下降最多，此时pH降低0.14，当孔雀草种植密度行间距为25cm时，pH值下降最少，此时pH值下降0.03；当孔雀草种植密度行间距为20cm时，pH值下降0.11；当孔雀草种植密度行间距为30cm时，pH值下降0.05；孔雀草不同种植密度对土壤pH调节能力是不同的

2.4 不同种植密度对土壤中小分子酸的测定

从采集的土样中测定小分子酸的浓度，由于试验过程并没有在土样里加酸，可推测测出的小分子酸为植物根际分泌而来，孔雀草土样和紫茉莉土样均测出了四种小分子酸，其中草酸浓度最大，明显高于其他三种小分子酸，不同种植密度对植物根际分泌小分子酸没有影响；两种不同植物分泌的小分子酸含量相当，因为种植在同一块试验田里，由此也推断植物根际分泌小分子酸可能与土壤自身特性有关。同时也可推断，土壤pH下降可能是植物根际分泌小分子酸所致。

3 结论

（1）孔雀草种植密度行间距为25cm时，土壤中Cd有效态含量占Cd总量的百分比最大（14%），紫茉莉的种植密度行间距为25cm时，土壤中Cd有效态含量占Cd总量的百分比最大（33%）；

（2）孔雀草和紫茉莉土壤中Cd残渣态比重最大，基本上在Cd总量的98%左右；

（3）紫茉莉和孔雀草土样随时间的变化土壤pH均略有下降，可能是植物根际分泌小分子酸导致的。

（4）本次试验田土壤中Cd的4种不同形态浓度比较：残渣态Cd（BCR4）>弱酸可提取态Cd（BCR1）>可还原态Cd（BCR2）>可还原态Cd（BCR2）。

【参考文献】

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