鋅肥噴施處理對油菜吸收鎘和土壤環(huán)境的影響

胡浩+張佩萱+劉飛龍+白俊婷+李劍睿

摘要：通過盆栽試驗，研究不同時期噴施不同濃度Zn肥對油菜生長、吸收Cd及微量元素的影響.結果表明，T2時期噴施Zn肥可明顯提高油菜地上部生物量，增幅為7.9%-114.3%，對油菜增產(chǎn)具有顯著影響.T4時期噴施Zn肥對降低油菜地上部Cd含量效果最顯著，降幅為17.3%-54.5%.高水平Zn肥處理能夠降低油菜Zn含量.

關鍵詞：鋅肥；噴施；油菜；鎘

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文件編號：2095-672X（2017）03-0207-03

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.03.112

Abstract：A pot experiment was conducted to study the effects of foliar spray different concentrations of Zn fertilizer on the growth of rape uptake of Cd and trace elements.Resules show that during the T2 period， Zn fertilizer could significantly increase the aboveground biomass of rape， with an increase of 7.9% -114.3%， which had a significant effect on rape yield.The effect of spraying Zn fertilizer on the Cd content in rapeseed was better than that in the other treatments， and the decrease was 17.3% -54.5%.The high level of Zn fertilizer had a significant effect on reducing Zn content in rapeseed.

Key words：zincfertilizer；spraying；rape；cadmium

隨著城市化、工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展.我國農(nóng)田土壤鎘（Cd）污染日益嚴重.據(jù)統(tǒng)計，我國Cd污染耕地面積約1.4萬hm2，涉及11個省市的25個地區(qū)，造成我國每年損失糧食120億kg[1][2].土壤鎘污染造成我國水稻、蔬菜等農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量下降，嚴重威脅人體健康，影響農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[3].2000年農(nóng)業(yè)部環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)對14個省會城市2110個樣品的檢測表明，蔬菜中重金屬鎘等污染超標率高達23.5%；南京郊區(qū)18個檢測點青菜葉樣分析表明，鎘含量全部超過食品衛(wèi)生標準，最多超過17倍[4].

鋅（Zn）是植物生長必需的微量元素，由于和Cd具有相似的地球化學和環(huán)境特性.因此，在作物系統(tǒng)中Cd-Zn經(jīng)常發(fā)生拮抗作用[5].基于這一原理，許多研究通過施用鋅肥來降低植物對鎘的吸收.Hart等研究發(fā)現(xiàn)，施用Zn肥可顯著降低小麥籽粒的Cd含量[6]. Fei-Bo Wu等通過對不同基因型大麥的水培試驗的觀察表明，添加Zn可顯著降低種植在Cd污染土地大麥根部質(zhì)體和地上部可溶部分的鎘含量[7].由于Cd、Zn 交互作用易受許多環(huán)境因素的影響而表現(xiàn)出多種形式.因此，在施用Zn 肥調(diào)控作物Cd吸收的研究中，Zn 肥施用濃度和時期會影響其調(diào)控效果.因此，要使施用Zn肥成為調(diào)控農(nóng)作物安全生產(chǎn)的有效方法，就必須確定適合污染程度不同土壤的鋅肥施用濃度及時期，但是該方面的研究還未見報道.因此，本課題組通過盆栽試驗，研究不同時期噴施不同濃度Zn肥對油菜生長、吸收Cd的影響。

1 材料與方法（Materials and methods）

1.1 試驗材料

供試土壤采自山西省太原市郊農(nóng)田，土壤類型為褐土，基本理化性質(zhì)見表1。供試油菜品種為“蘇州青”。供試鋅肥為ZnSO4·7H2O。

1.2 試驗方法

人工污染土制備：土壤經(jīng)自然風干后，粉碎，過2 mm篩。向處理后的土樣中加入0.3g Cd（NO3）2固體于50 kg風干土壤中，加入適量水攪拌均勻，維持泥水混合物處于田間最大持水量，穩(wěn)定30 d，自然風干后，過1 mm篩制成鎘含量為2.85 mg·kg-1的重金屬人工污染土壤。

本試驗采用二因子組合設計盆栽試驗，因子一為Zn肥噴施濃度，分別為：C0（不施用Zn肥）；C1（低水平處理）：噴施10 mg·L-1 Zn肥；C2（中水平處理）：噴施20 mg·L-1 Zn肥；C3（高水平處理）：噴施40 mg·L-1 Zn肥。因子二為噴施時間，分別為：T1：移栽后7d；T2：移栽后14d；T3：移栽后21d；T4：移栽后28d.除對照處理C0外，其余處理完全組合。每個處理3個重復。

栽試驗用盆隨機區(qū)組排列。供試土壤風干后過2 mm篩，然后裝入塑料花盆中，每盆裝土0.5 kg.油菜種子先用10%的次氯酸鈉溶液消毒處理后，用去離子水浸泡過夜，在裝有人工土蛭石的塑料秧盤中育苗20 d。將育好的油菜秧苗移栽至裝有0.5 kg鎘污染土壤的塑料盆內(nèi)。采用微型噴霧噴施Zn肥，為避免 Zn溶液滲入土壤，噴施 Zn 肥時用塑料薄膜覆蓋于盆口。油菜生長過程中每日以去離子水澆灌，控制土壤含水量為田間持水量的70%左右，供試油菜于2016年8月15日收獲。

1.3 樣品分析

油菜收獲后，用去離子水洗凈，稱量鮮重.待其自然風干后稱量干重，粉碎，備用。植物樣Cd、Zn、Fe、Mn含量分析采用HNO3-HClO4法（ 體積比3∶1）消解，重金屬含量采用原子吸收光譜儀測定[8]。土壤基本理化性質(zhì)按照土壤農(nóng)化常規(guī)分析方法測定[9]。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010和spss19軟件進行統(tǒng)計分析.

2 結果與討論（Results and Discussion）

2.1 施用Zn肥對油菜生物量的影響

由圖1可知，T1時期噴施Zn肥處理，油菜地上部生物量與對照相比，增幅為3.2%-54.0%（p<0.05）；低水平噴施處理（10 mg·L-1）的效果優(yōu)于其余處理，增幅為54.0%.T2時期噴施Zn肥處理，油菜地上部增幅為7.9%-114.3%，高水平（40 mg·L-1）處理的效果顯著，增幅為114.3%.T3時期噴施Zn肥處理，增幅為27.0%-54.0%，中水平（20 mg·L-1）處理的效果優(yōu)于其余處理，增幅54.0%。T4時期噴施Zn肥處理，增幅為11.1%-90.5%，中水平處理的效果顯著，增幅為90.5%.T2時期噴施中水平Zn肥可穩(wěn)定增加油菜地上部生物量。

Zn 作為植物生長發(fā)育必需的微量營養(yǎng)元素，是植物體內(nèi)多種酶的活性組分和激活劑，在生長發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用，不僅能促進植物生殖器官發(fā)育，還能提高植物抗逆性[10]。在Zn缺乏或活性低的土壤中施用Zn肥可以通過提高作物Zn營養(yǎng)而有效促進作物生長。董如茵等研究表明，土施和噴施Zn肥可以不同程度地提高Cd低積累油菜和普通油菜的地上部產(chǎn)量[11]。索炎炎等研究也發(fā)現(xiàn)，在鎘污染農(nóng)田中噴施Zn肥對提高水稻籽粒產(chǎn)量有顯著作用[12]。周坤等研究表明，在有效Zn含量為1.9mg·kg-1的Cd 污染土壤上噴施50-400μmol·L-1的ZnSO4，可以通過改善作物Zn營養(yǎng)和緩解Cd毒害的作用，顯著提高番茄產(chǎn)量[13]。在油菜生長T2時期噴施中水平Zn肥對油菜生物量的增加作用顯著，與上述試驗結果一致。

2.2 施用Zn肥對油菜Cd累積的影響

由圖2可知，與對照相比，T1時期噴施Zn肥處理后，油菜Cd含量下降16.8%-21.8%，高水平處理的降幅為21.8%.T2時期噴施中水平Zn肥處理后，油菜Cd含量降幅為1.4%，其他處理與對照組相比影響較小。T3時期噴施高水平Zn肥處理后，油菜Cd含量下降61.0%。T4時期噴施Zn肥處理后，油菜Cd含量下降17.3%-54.3%，高水平處理的效果優(yōu)于其余處理，降幅為54.3%.T3時期噴施高水平Zn肥可顯著降低油菜Cd含量。

相似的離子結構使Cd、Zn在理論上會與競爭植物體內(nèi)相同的吸附位點，表現(xiàn)出拮抗作用，使植物體內(nèi)Cd含量降低。 張春榮等的研究表明鋅離子與鎘離子混合后，相同的結構可使它們在植物體內(nèi)相互競爭吸附點，減輕了鎘離子對紫花苜蓿（Medicago sativa）種子的毒害作用[14]。龍思斯的研究表明，葉面噴施Zn肥可以顯著降低水稻Cd含量[15]。宋正國的研究表明，低、高鎘污染水平下，鋅用量為64mg·kg-1土時，小油菜體內(nèi)鎘含量較不施鋅肥分別降低31.8%、28.4%（兩季平均值）[16]。T3時期噴施高水平Zn肥可顯著降低油菜Cd含量，與上述研究結果相同。2.3 施用Zn肥對油菜Zn累積的影響

由圖3可知，與對照相比，T1時期噴施Zn肥處理后，油菜Zn含量降幅為7.5%-62.2%；高水平處理優(yōu)于其余處理，降幅為62.2%。T2時期噴施低水平Zn肥后，油菜Zn含量降幅為29.2%，其余處理對油菜Zn含量影響較小。T3時期噴施Zn肥處理后，油菜Zn含量降幅為3.6%-60.8%；高水平處理的效果顯著，降幅為60.8%。T4時期噴施Zn肥處理后，油菜Zn含量降幅為40.5%-69.6%；高水平處理的降幅為69.6%。T4時期噴施高水平Zn肥可顯著降低油菜Zn含量。

曹玉賢的研究表明，在小麥生長后期噴施Zn肥可以使小麥籽粒Zn含量幅度增加64%[17]。劉敦一的研究表明，噴施鋅肥可顯著提高小麥、玉米籽粒鋅含量[18]。但本研究表明，在油菜移栽后的末期噴施Zn肥可以顯著降低油菜Zn含量，與上述研究相反.初步推測可能是該時期油菜的生物量較大，對油菜吸收的Zn起到了稀釋作用，導致油菜Zn含量降低.在此不做深入討論。

2.4 施用Zn肥對油菜Fe、Mn含量的影響

由圖4可知，與對照相比，T4時期噴施Zn肥處理后，油菜體內(nèi)Fe含量的降幅為40.3%-41.2%，高水平噴施處理最大降幅為41.2%；其余水平處理對油菜體內(nèi)Fe含量影響不顯著。T4時期噴施Zn肥處理后，油菜體內(nèi)Mn含量降幅為7.5%-71.2%；與對照相比，高水平噴施處理最大降幅為71.2%。其余時期處理對油菜體內(nèi)Mn含量無顯著影響。T4時期噴施高水平Zn肥可有效降低油菜體內(nèi)Fe、Mn含量。

3 結論（Conclusion）

在中度Cd污染土壤中，T2時期噴施中水平（20 mg·L-1）Zn肥，可以顯著增加油菜地上部生物量。T3時期噴施高水平（40 mg·L-1）Zn肥可以顯著降低油菜地上部Cd含量。T4時期噴施高水平Zn肥可以顯著降低油菜Zn含量。

參考文獻

[1]顧繼光，周啟星.鎘污染土壤對治理及植物修復[J].生態(tài)科學，2002，21（4）：352-356.

[2]梁稱福，陳正法，劉明月.蔬菜重金屬污染研究進展[J].湖南農(nóng)業(yè)科學，2002，（4）：45-48.

[3]宋波，陳同斌，鄭袁明等.北京市菜地土壤和蔬菜鎘含量及其健康風險分析[J].環(huán)境科學學報，2006，26（4）：1343-1353.

[4]冉烈，李會合.土壤鎘污染現(xiàn)狀及危害研究進展[J].重慶文理學院學報（自然科學版），2011，30（4）：69-73.

[5]王吉秀，祖艷群，李元.鎘鋅交互作用及生態(tài)學效應研究進展[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2010，29（增刊）：256-260.

[6]Hart J J，Welch R M，Norvell W A，et al.2005.Zinc effects on cadmium accumulation and partitioning in near-isogenic lines of durum wheat that differ in grain cadmium concentration [J].New Phytologist，167（2）：391-401.

[7] Fei-Bo Wu， Jing Dong， Qiong Qiu Qian， et al. Subcellular distribution and chemical form of Cd and Cd-Zn interaction in different barley genotypes [J]. Chemosphere， 60（2005）：1437-1446.

[8]吳少杰，黑笑涵.測定植物樣品重金屬含量的火焰原子吸收法[J].實驗科學與技術，2009，7（4）：25-27.

[9]鮑士旦.2000.土壤農(nóng)化分析[M].北京： 中國農(nóng)業(yè)出版社.132-135；67-68； 25-114.

[10]Wu C Y，Lu L L，Yang X E，et al.2010.Uptake，translocation，and remobilization of zinc absorbed at different growth stages by rice genotypes of different Zn densities[J].Journal of Agriculture and Food Chemistry，58（ 11） ： 6767-6773

[11]董如茵，徐應明，王林等.土施和噴施鋅肥對鎘低積累油菜吸收鎘的影響[J].環(huán)境科學學報，2015，35（8）：2589-2596.

[12]索炎炎.鎘污染條件下葉面噴施鋅肥對水稻鋅鎘積累的影響[D].杭州：浙江大學.2012，49-57.

[13]周坤，劉俊，徐衛(wèi)紅.外源鋅對不同番茄品種抗氧化酶活性、鎘積累及化學形態(tài)的影響[J].環(huán)境科學學報，2014.34（6）：1592-1599.

[14]張春榮，李紅，夏立江等.鎘、鋅對紫花苜蓿種子萌發(fā)及幼苗的影響[J].華北農(nóng)學報.2005，20（01）：96-99.

[15]龍思斯，楊益新，宋正國等.三種類型阻控劑對不同品種水稻富集鎘的影響[J].農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境學報，2016，（05）：459-465.

[16]宋正國，徐明崗，劉平等.鋅對土壤鎘有效性的影響及其機制[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學學報，2008，（03）：889-893.

[17]曹玉賢，田霄鴻，楊習文等.土施和噴施鋅肥對冬小麥子粒鋅含量及生物有效性的影響[J].植物營養(yǎng)與肥料學報，2010，（06）：1394-1401.

[18]劉敦一，龐麗麗，張偉等.鋅肥施用方式對小麥、玉米產(chǎn)量和籽粒鋅含量的影響[J].中國土壤與肥料，2014，（04）：76-80+90.

收稿日期：2017-04-28

基金項目：山西省太原市太原工業(yè)學院大學生科技創(chuàng)新項目

作者簡介 ：胡浩（1995-），男，太原工業(yè)學院環(huán)境工程專業(yè)大三學生。

通訊作者：李劍睿，講師，博士，研究方向為土壤修復。