叶面喷锌对油菜体内镉积累的研究

2022-05-11薛正林李琳琳

山西化工 2022年2期

陈玟，赵科，薛正林，袁媛，李琳琳

（太原工业学院，山西太原 030008）

引言

土壤作为人类赖以生存的自然环境以及农业、畜牧业等产业生产的重要资源，作物的产量、资源的多少和环境的好坏等问题都与其息息相关。近几年来，随着社会的发展，农业的进步，城市化进程不断加快，许多重金属污染物被排入自然环境中，造成大片耕地土壤受到镉（Cd）等重金属的污染[1]。目前我国耕地面积中20%的作物受到重金属污染，面积约2000 万hm2，其中受到Cd 污染的菜地已经超过1 万hm2，严重影响了人们的生活与健康[2]。人长时间进食含镉的食物就会形成镉中毒，镉进入人体，会造成人体的骨骼系统受损，使骨质变脆易折，也就是人们所说的“骨痛病”。对植物而言，锌（Zn）使植物的光合作用加强，缺少锌植株会变得矮小，叶片的生长也会受到约束，锌是植物生长所必需的微量元素，由于Zn 和Cd 是同一族元素，因此二者具有相似的化学特性，所以Cd、Zn 在植物吸收过程中经常会发生拮抗作用[3]。本文实验就是基于这样的原理，研究通过喷施不同浓度的Zn 肥来使植物对Cd 的吸收降低。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试土壤取自太原市南固碾，基本理化性质见表1；供试作物为油菜，采购于太原市农科院；供试锌肥为ZnSO4·7H2O。

表1 供试土壤理化性质

1.2 试验方法

实验共设计有12 个处理方法，每个处理方法重复3 次：（1）1 mg/kg 镉污染，不喷施锌肥；（2）1 mg/kg镉污染，喷施0.15 g/mL 锌肥1mL；（3）1 mg/kg 镉污染，喷施0.3 g/mL 锌肥1mL；（4）1 mg/kg 镉污染，喷施0.6 g/mL 锌肥1mL；（5）2 mg/kg 镉污染，不喷施锌肥；（6）2 mg/kg 镉污染，喷施0.15 g/mL 锌肥1 mL；（7）2 mg/kg 镉污染，喷施0.3 g/mL 锌肥1 mL；（8）2 mg/kg 镉污染，喷施0.6 g/mL 锌肥1 mL；（9）5 mg/kg 镉污染，不喷施锌肥；（10）5 mg/kg 镉污染，喷施0.15 g/mL 锌肥1 mL；（11）5 mg/kg 镉污染，喷施0.3 g/mL 锌肥1 mL；（12）5 mg/kg 镉污染，喷施0.6 g/mL 锌肥1 mL。

1.3 样品分析

1.3.1 生物量

收获油菜地上部，用自来水和去离子水洗净，称量其鲜重。

1.3.2 土壤pH 值

油菜收取后，取根部附近土壤风干，研磨过筛待用，称取过筛土壤2 g 入5 mL 蒸馏水中，均匀搅拌，清除杂质，使用pH 计测量各溶液pH 值。

1.3.3 测定土壤脲酶的活性

采用苯酚-次氯酸钠比色法。

1.3.4 Cd、Zn 含量测定

植物地上部Cd、Zn含量分析采用HNO3-HClO4法（体积比3∶1）消解，原子吸收法测定。土壤中Cd、Zn 含量分析采用HNO3-HF-HClO4法消解，原子吸收分光光度计测定；有效态Cd、Zn 分析：取过2 mm 筛的土壤10 g 于50 mL 的0.1 mol/L HCl 浸提液中，土液质量比为1∶5，25 ℃振荡2 h，过滤，原子吸收分光光度计测定[4]。

1.4 数据处理

试验数据采用word2016 版软件进行统计分析。

2 结果与讨论

2.1 不同浓度Zn 肥的喷施对油菜生物量的影响

随着Cd 浓度的生长，油菜生长逐渐受到抑制。针对这种情况，采用Zn 肥处理该植被。Zn 是植物生长发育中所需要的一种微量元素，这种元素可增强植物的光合作用，叶面喷锌可有效降低植物中Cd含量，强化植物锌营养。如图1 所示，不同浓度Zn 肥的喷施对油菜地上部生物量有不同程度的影响，叶面喷锌处理后，油菜地上部生物量伴着喷施锌浓度的提升而增加。1 mg/kg Cd 污染程度下，叶面喷施不同浓度锌肥后油菜地上部鲜重增加了4.20%～11.55%；2 mg/kg Cd 污染水平下，叶面喷施不同浓度锌肥后油菜地上部鲜重增加了2.19%～5.04%；5 mg/kg Cd 污染水平下，叶面喷施不同浓度锌肥后油菜地上部鲜重增加了0.71%～2.84%（p＜0.05）。叶面喷施锌肥后油菜生物量影响不大，可能导致这种现象的原因是由于土壤受到Cd 污染程度过于严重而导致喷施这些浓度的Zn 不足以缓解高浓度Cd对油菜生长的抑制。董茹茵等[5]研究，喷施锌肥可以使作物地上部生物量增高，增幅为15.8%～37.2%，但是只有低水平喷锌处理增加产量的效果比较显著。

图1 不同质量分数Zn 的喷施处理对油菜地上部鲜重的影响

2.2 不同浓度Zn 肥的喷施对油菜Cd 含量的影响

如图2 所示，叶面喷锌会显著降低油菜地上部Cd 含量。叶面喷施锌肥，Zn 可竞争植物细胞Cd 的离子通道或某载体蛋白的结合位点，抑制Cd 转运至植物其他部位，减少植物中Cd 含量。1 mg/kg Cd污染水平下，喷施不同浓度锌肥显著降低了油菜中Cd 的含量，与对照（不喷锌）相比，降幅为9.43%～24.32%；2 mg/kg Cd 污染水平下，喷施不同浓度锌肥显著降低了油菜地上部Cd 含量，与对照相比，降幅为7.62%～32.05%；5 mg/kg Cd 污染水平下，喷施不同浓度锌肥显著降低了油菜地上部Cd 含量，与对照相比，降幅为4.72%～31.1%（p＜0.05）。

图2 不同质量浓度Zn 肥的喷施对油菜Cd 含量的影响

应金耀[6]研究表明，水稻植被分别在0.48、1.52、3.47 mg/kg Cd 污染浓度下，叶面喷施0.1%ZnSO4，水稻籽粒中的Cd 含量有不同程度的下降，与对照组相比，降幅分别为25.93%、20.51%、16.17%。Zn 与Cd 在化学周期表中位于同一族，有相似的化学结构与化学性质[7]，这使得Zn 能够竞争植物细胞中Cd离子通道或载体蛋白，抑制根部Cd 转运至植物其他部位，减少地上部Cd 含量。

2.3 不同浓度Zn 肥的喷施对油菜Zn 含量的影响

锌作为植物生长中所需的微量元素之一，在作物体内间接起着影响生长素的合成的作用。如图3，叶面喷施锌肥能使油菜地上部Zn 含量显著增加。土壤污染镉含量1 mg/kg，喷施不同浓度的锌肥后与对照组相比，锌浓度的增幅为55.8%～79.40%；土壤污染镉含量2 mg/kg，喷施不同浓度的锌肥后与对照组相比，锌浓度的增幅为46%～86.92%；土壤污染镉含量5 mg/kg，喷施不同浓度的锌肥后与对照组相比，锌浓度的增幅为35.5%～71.42%（p＜0.05）。

图3 不同质量分数Zn 肥的喷施对油菜Zn 含量的影响

Haslett B S[8]认为叶面施锌可以使小麦籽粒中Zn 的含量增加，为小麦提供充足的锌营养，在小麦幼期，叶面喷施ZnSO4可明显提升小麦籽粒中Zn 含量。索炎炎等[9]研究发现，叶面喷施锌肥后，水稻不同部位锌的含量不同程度地增加，茎、根、籽粒中Zn含量分别为对照（不施锌肥）的3、2、1.4 倍。由此可以看出，叶面喷锌可为植物提供锌营养，增加植物中Zn 含量。

2.4 不同浓度Zn 肥的喷施对土壤有效态Cd、Zn 含量的影响

由第23 页图4、图5 可见，在Cd 含量1、2、5mg/kg污染的土壤中，与对照（不喷施锌肥）相比，叶面喷施不同浓度锌肥对土壤有效态Cd 含量有一定影响，伴着Zn 浓度的增加，土壤有效态Cd 有细微的减少，但减少的数值并不明显。在1mg/kg Cd 污染水平下，喷施15%、30%、60%Zn 降幅分别为2.38%～7.74%；在2 mg/kgCd 污染水平下，喷施15%、30%、60%Zn降幅为7.32%～12.20%；在5 mg/kgCd 污染水平下，喷施15%、30%、60%Zn 降幅为3.49%～10.47%（p＜0.05）。由图5 可知，在Cd 含量1、2、5 mg/kg 污染土壤中，喷施锌肥的浓度逐渐增加，土壤有效态Zn含量有显然的提升，与对照组（不喷锌）相比，叶面喷施不同浓度锌肥，土壤有效态Zn 含量的增幅不同，其中，1 mg/kg Cd 污染水平下喷施15%、30%、60% Zn增长值为22.22%～29.56%；2 mg/kg Cd 污染水平下喷施15%、30%、60%Zn 增长值为25.24%～33.89%；5 mg/kg 污染水平下，喷施15%、30%、60%Zn 增长值为20.17%～34.92%（p＜0.05），则土壤有效态Zn含量的最大增长幅度为34.92%。

图4 不同质量分数Zn 肥的喷施对土壤有效态Zn 含量的影响

图5 不同质量分数Zn 肥的喷施对土壤有效态Cd 含量的影响

应金耀等[6]认为对水稻喷施ZnSO4·7H2O 并不影响土壤有效Cd 含量。董如茵[5]等研究也发现，叶面喷施锌肥，土壤有效态Cd 含量没有显然的变化，这也间接说明叶面喷施锌肥降低植物中镉积累的机理主要是抑制根部Cd 向植物顶部转运，而并非钝化土壤中Cd、减少土壤中有效Cd 含量。

2.5 不同浓度Zn 肥的喷施对土壤pH 的影响

如表2，叶面喷施锌肥对土壤pH 影响不大，只有略微的增加（0.1 左右)；1 mg/kg Cd 污染水平下，叶面喷施不同浓度锌肥后与对照相比pH 增幅为0.012～0.072；2 mg/kg Cd 污染水平下，叶面喷施不同浓度锌肥后与对照相比pH 增幅为0.049～0.116；5 mg/kg Cd 污染水平下，叶面喷施不同浓度锌肥后与对照相比pH 增幅为0.108～0.23（p＜0.05）。这与张良运等[10-11]的研究结果一致，张良运等认为叶面喷施ZnSO4·7H2O 并未明显影响土壤pH 值，推测原因可能为喷施ZnSO4·7H2O 的量太少，不足以影响土壤固相性质。

表2 油菜叶面喷施不同浓度Zn 肥对土壤pH 的影响

2.6 不同浓度Zn 肥的喷施对土壤脲酶活性的影响

图6 可知，叶面喷施锌肥处理后土壤脲酶活性呈不同程度增加，1 mg/kg Cd 污染水平下，叶面喷施不同浓度锌肥后与对照组相比土壤脲酶活性增幅为2.36%～11.48%；2 mg/kg Cd 污染水平下，叶面喷施不同浓度锌肥后与对照组相比土壤脲酶活性增幅为4.54%～10.82%；5 mg/kg Cd 污染水平下，叶面喷施不同浓度锌肥后与对照组相比土壤脲酶活性增幅为4.26%～7.00%（p＜0.05）。土壤脲酶参与土壤氮循环，为植物提供无机氮化物，是构成土壤肥力的重要因素[12]，说明喷施锌肥在一定程度上改善了土壤质量，缓解Cd 对土壤的毒害作用。