不同浓度镉处理对南欧大戟生长及镉富集的影响*

杨云， 郭嘉航， 毕佳慧， 唐光美，李蕾， 董愫怡， 官会林， 黄晶心

(1.云南师范大学 高原特色中药材种植土壤质量演变退化与修复云南省野外科学观测研究站；云南省农村能源工程重点实验室，云南 昆明 650500；2.文山州农业科学院，云南 文山 663099)

土壤是人类赖以生存的基础，土壤安全直接关系到农产品安全、人体健康和国家生态安全.农药化肥的不合理施用和工厂废水的违规排放导致土壤受到严重污染，特别是土壤重金属污染日趋严重[1].据环境保护部和国土资源部2014年发布的全国土壤污染状况调查公报显示，全国耕地土壤重金属污染点位超标率为19.4%，镉的点位超标率为7.0%[2]；镉具有毒性大、迁移性强、半衰期长、污染面积广以及易被植物吸收积累等特点.土壤受到镉污染后，上面生长的植物会过量吸收和富集镉，导致植物组织细胞遭到破坏，作物正常生理代谢功能受到影响;土壤中的镉还会通过食物链逐级富集，引发人类镉中毒[3].

在重金属污染土壤的修复方面，传统的物理化学修复方法存在成本高、破坏土壤理化性质以及易导致二次污染等缺点，而植物修复技术与传统的物理化学修复技术相比，具有成本低、效率高、原位修复、无二次污染以及不破坏植物生长所需的土壤环境等优点，因此已经成为目前研究的热点[4-8].然而，大部分的超富集植物个体小、生长慢、生物量不大且常位于偏远山区，对气候有一定的要求，不宜推广，这些特点限制了它们的应用[9].对于Cd中低污染的土壤修复不一定要使用超富集植物，可选择适应性好且生物量大的Cd富集植物[10].

南欧大戟(EuphorbiapeplusL.)为大戟科大戟属一年生草本植物，原产于地中海沿岸(南欧至北非)，现在我国南方地区广泛分布，具有生长迅速和繁殖力强等特点.团队前期发现在一些镉污染的矿区中生长着南欧大戟，其对镉表现出了较强的耐受性.因此本研究采用盆栽实验，探究镉污染土壤中南欧大戟的生长情况及其对镉的耐受性及富集特征，以期为重金属镉污染土壤的植物修复提供理论依据.

1 材料与方法

1.1 供试材料

南欧大戟种子采自云南省昆明市云南师范大学校园内，为当年自然结实的种子；盆栽土壤取自云南省昆明市呈贡区某撂荒10余年的荒地0～20 cm表层土，土壤的基本理化性质如下：全氮为1.16 g·kg-1，速效磷为25.73 mg·kg-1，速效钾为68.65 mg·kg-1，有机质含量为25.43 g·kg-1，pH为7.8，土壤中镉的背景值为2.38 mg·kg-1.

1.2 试验设计

试验在云南师范大学能源与环境科学学院温室大棚中开展，选用规格(长×宽×高)为45 cm×20 cm×20 cm的长方形花盆，每盆装土6.3 kg.以CdCl2·2.5H2O(分析纯)为供源，Cd2+浓度设定0(对照)、20(T1)、40(T2)、80 mg·kg-1(T3)和160 mg·kg-1(T4)，共5组，每组5盆.将CdCl2·2.5H2O配置成不同浓度的水溶液均匀灌溉在盆装土壤中，平衡2～3周后使用.选择籽粒饱满且大小均匀的南欧大戟种子每盆播种10 g，撒播.于2019年2月进行播种，待出苗后，每3 d浇水一次，2020年11月收获.

1.3 指标测定及方法

将收获的南欧大戟植株用自来水清洗干净后，再用蒸馏水超声清洗5 min，滤纸吸干表面水分，将植株分为根、茎和叶三部分.洗净材料置于115 ℃恒温烘箱中杀青30 min，80 ℃恒温烘干至恒重，测定生物量干重，将烘干的材料研磨后过孔径为0.25 mm的筛子，采用硝酸—过氧化氢混合法进行消解，镉含量用AA-7000(日本岛津)双光束原子吸收分光光度计进行测定[11]；富集系数(BCF)与转移系数(TF)参照龙玉梅等[12]的方法计算.即

1.4 数据分析

使用Microsoft Excel 2019软件录入和整理相关数据，用SPSS 26.0进行方差分析和显著性检验，用Origin 2019b软件绘图.

2 结果与分析

2.1 镉胁迫对南欧大戟株高的影响

由图1可见，Cd2+胁迫下南欧大戟的生长受到一定影响，随着Cd2+浓度的增加，南欧大戟株高呈先降低后增加的趋势，Cd2+处理浓度为160 mg·kg-1时最高，为22.62 cm，但与对照差异不显著(P>0.05)；Cd2+处理浓度为80 mg·kg-1时的株高比对照低9.95%，差异显著(P<0.05)；Cd2+处理浓度为20 mg·kg-1和40 mg·kg-1时南欧大戟的株高与对照相比无显著差异(P>0.05).

不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同.

2.2 镉胁迫对南欧大戟生物量的影响

如图2所示，不同浓度Cd2+处理下南欧大戟地上部干重与对照相比均有所增加，Cd2+浓度为160 mg·kg-1时南欧大戟地上部的干重达到最大(33 g)，与对照相比差异极显著(P<0.01)；Cd2+处理浓度为40 mg·kg-1和80 mg·kg-1时地上部的干重显著高于对照(P<0.05).南欧大戟地下部干重与地上部变化趋势一致，均随着Cd2+浓度的增加而增加，处理浓度为160 mg·kg-1时地下部生物量最高，为3.35 g，比对照增加了81.3%，显著高于对照组和其他处理组(P<0.05).

图2 不同浓度Cd2+处理下南欧大戟地上部和地下部干重

2.3 南欧大戟对镉的吸收和富集

从图3中可以看出，南欧大戟根部的Cd富集量远高于地上部，说明南欧大戟从土壤中吸收的Cd主要是储存于根部.随着Cd2+浓度的增加，南欧大戟地上部和地下部Cd含量均呈现上升的趋势，Cd2+浓度为80 mg·kg-1和160 mg·kg-1时地上部与地下部的Cd含量与对照相比差异极显著(P<0.01)，Cd2+浓度为20 mg·kg-1和40 mg·kg-1时地上部与地下部的镉含量与对照相比差异显著(P<0.05).Cd2+处理浓度为80 mg·kg-1和160 mg·kg-1时南欧大戟地上部和地下部的Cd含量与其他两个处理组差异显著(P<0.05).

图3 不同浓度Cd2+处理下南欧大戟地下部与地上部的镉含量

从图4中可以看出，不同Cd2+浓度处理下南欧大戟的转移系数均小于1，说明Cd2+胁迫下南欧大戟地下部的Cd含量均高于地上部，随着Cd2+浓度的增加转移系数呈现先增加后降低的趋势；而对照组的转移系数大于1，各处理组与之相比均有显著差异(P<0.05).由图5可知，不同浓度Cd2+处理组的地上部富集系数均大于1，地上部的富集系数随着Cd2+浓度的增加呈现先增加后降低的趋势，但都显著低于对照组(P<0.05).

图4 不同浓度Cd2+处理下南欧大戟的转移系数 图5 不同浓度Cd2+处理下南欧大戟地上部的富集系数

3 讨论

3.1 不同Cd2+浓度处理对南欧大戟生长的影响

植物的生长变化和生物量常作为植物对重金属胁迫响应的衡量指标.南欧大戟在整个试验期间没有表现出生长不良的现象，说明其对Cd2+胁迫具有较好的耐受性.随着Cd2+浓度的增加，南欧大戟的株高呈现出先降低后升高的趋势，同时生物量呈现出逐渐增加的趋势，这与前人得出的低促高抑[13-15]的结果不同.说明不同植物可能因遗传和生态特性对镉的耐受性不同.

3.2 南欧大戟的Cd富集特征

镉作为一种非必需金属元素，能够被植物较好的吸收与转运，且在植物体内的分布不均匀.不同种类及同一品种的不同部位，在不同的生态环境中，对于重金属的富集能力大不相同.植物修复土壤重金属污染的能力常以富集系数和转运系数来评价.富集系数越大，表示植物积累该种元素的能力越强；转移系数越大，说明植物由根部向地上部运输重金属元素的能力越强.研究结果显示，随着镉胁迫浓度的增加，南欧大戟的地下部和地上部的Cd含量呈上升的趋势，其中地下部Cd的含量高于地上部，说明南欧大戟从土壤中吸收的Cd主要积累在根系，这与胡云龙[13]和王玮琳[16]等的研究结果相似.本研究中，南欧大戟的转移系数和富集系数均随着Cd2+浓度的提高而呈现先增加后降低的趋势，当Cd2+处理浓度为80 mg·kg-1时达到最高值，然后逐渐减低，但始终低于对照.这与秦余丽[17]发现黑麦草的地上部分镉的富集系数和转移系数均随土壤镉水平的增加逐渐递增，当镉处理浓度到达一定的水平(600 mg·kg-1)时富集系数和转运系数达到最大值的结果相似.

4 结语

南欧大戟对重金属镉污染的土壤具有较强的耐受性，南欧大戟的生物量和根部镉的累积量随镉胁迫浓度的增加而增加，在高浓度(160 mg·kg-1)Cd2+处理下植株能够自然生长且长势良好，能够富集一定量的镉.从南欧大戟的生长状况和对镉胁迫的耐受性来看，南欧大戟在Cd污染浓度中高的地区可能具有良好的Cd富集效果和耐受能力.