您好,欢迎访问武汉98拉霸网址经贸有限公司网站! 如有疑问欢迎咨询 12112417218
热门关键词: 武汉工业润滑油|  武汉98拉霸娱乐APP壳牌经销商| 
您现在位置:98拉霸娱乐APP首页>>行业动态 >> 耐受性植物油葵和棉花对镉的富集特征研究

耐受性植物油葵和棉花对镉的富集特征研究

作者:原创   发布时间: 2018/8/17 13:04:43

耐受性植物油葵和棉花对镉的富集特征研究孙月美、宁国辉、刘树庆12,王倩倩、杨树深、杨志新1(1.河北农业大学资源与环境科学学院,河北保定0H000;。河北省生态环境重点实验室,河北保定071000)修复技术关键。采用潮褐土盆栽法,外源添加镉为1,5,15,30mg/kg,研究油葵和棉花对镉的耐受性和富集特征、吸镉量及其籽实镉含量的安全性。结果表明:(1)随外源添加镉量增加,油葵和棉花的耐受指数呈下降趋势。(2)Cd<5mg/kg,对于油葵的干重产生促进作用,Cd>15mg/kg,对油葵的干重产生抑制作用,外源添加镉对棉花的干重产生抑制作用。(3)油葵地上部最大吸镉量为每株601.95pg,棉花地上部最大吸镉量为每株74.83pg.(4)油葵和棉花的转运系数随外源添加镉呈现先升高后降低的趋势;在镉低浓度时,2种植物的富集系数大于1.(5)为保证油葵和棉花籽实符合食品国家安全标准,种植油葵的土壤中重金属镉的含量应低于1. 11mg/kg,种植棉花的土壤中重金属镉的含量应低于3.48mg/kg.研究结果为重金属污染土壤的植物修复技术及阐明其耐受性植物修复机理提供了重要科学依据。

基金项目:河北省自然科学基金项目(201420413第一作者:孙月美(1988?),女,硕士研究生,主要从事土壤环境质量评价与监控研究。E-mail:sunyuemei2013163.com通信作者:刘树庆(1956?),男,博士,教授,博士生导师,主要从事土壤与环境科学的教学与科研工作。E-mail:liuShuqing2002163.com镉对植物和动物都是非必需的元素,不参与生物体的代谢活动,但其在土壤中移动性强,容易被植物吸收,通过食物链进入人体,积累到一定剂量危害人体健康。植物修复技术是通过植物的特殊功能清除或者降低环境中的污染物质,实现环境修复,超积累植物是最早用于植物修复的理想植物。但是超积累植物多为野生型,有着较强的区域性分布,较窄的生态适应性,生物量小,生长速度慢,大部分难以在实际修复中有效应用。因此探讨具有高生物量的重金属耐受性植物在生物修复中具有较好的应用前景。

目前研究较多为粮食和蔬菜作物,例如玉米、油菜、大麦、小麦等,除大多数研究之外,尚有一部分耐受性植物未受到关注或研究,例如在河北省保定市白洋淀污灌区、唐河污水库滩地土壤重金属镉污染严重,其他作物缺苗严重、难于生长,但是油葵和棉花生长良好,种植面积大,具有耐受性植物的特征。关于油葵和棉花籽粒是否存在重金属镉的污染问题,以及长期在镉污染土壤种植生长的油葵和棉花的籽实镉含量是否符合食品安全国家标准是人们所关注的焦点,且目前尚未见此方面的研究报道。因此本文以油葵和棉花为供试植物,研究在潮褐土中外源添加镉的条件下,油葵和棉花对重金属镉富集特征、吸镉量及其籽实镉含量的安全性问题,为污灌区镉污染土壤的植物修复提供定的科学依据。

1材料与方法11试验材料为S678高油王,购买于河北省保定市农资市场冀农丰华种业科技有限责任公司;棉花(Go;y和沙),品种为冀棉958,由河北农业大学农学院棉花课题组提供。

供试土壤:取自河北农业大学西校区标本园(0?20cm),土壤类型为中壤质潮褐土,去除杂质,室内风干,磨细过2mm筛,供盆栽试验用。土壤pH 7.43,有机质含量7. 18g/kg,碱解氮含量18. 2mg/kg,速效碟含量23. 74mg/kg,全镉含量1.2试验方法1.2.1试验设计本试验采用土培盆栽法,于2014年5月13日至2014年10月29日在河北农业大学西校区温室内进行。将过筛的供试土壤装入塑料桶中,每桶装土10kg(以烘干土计算),自备通气装置。供试土壤施用N?P?K为22?9一11的施可丰缓控释肥料,每桶施入量为7g,与土壤混合均匀。采用湿加入法添加外源镉,试剂药品CdCk2.5压0(分析纯)以液体形式随灌水喷雾与土壤充分混合均匀。试验设5个处理,即对照组ck、处理I、处理n、处理I、处理F.外源添加镉的量分别为0,1,5,15,30瓜8八8,每个处理3次重复。桶中土壤平衡1周后直播5粒种子,出苗后每桶定苗1株,随机排列,培养期间定时定量浇水。在试验过程中,记录油葵和棉花的长势和外观症状情况,经完整生理周期后收获待测植物。

1.2.2项目测定与方法样品采集植物经完整生理周期后将地上部分(茎、叶、籽实)和地下部分(根系)分别收获,先用自来水清洗植株表面的土壤,然后将其根系、茎、叶、籽实用蒸馏水冲洗,鲜样在105°C杀青30min,再在60°C烘干至恒重,磨细,测定植株不同部位的镉含量。

土壤样品采用不锈钢土钻采取相对应的4点土壤,混合去除杂质,经室内风干后,磨细过筛备用。

测定方法土壤基本理化性质的测定参照土壤农业化学分析方法。土壤样品重金属镉含量采用HN03iHC1体系消煮;植物样品重金属镉含量的测定采用HN03iHC104体系消煮,再用原子吸收分光光度法(岛津AA?6300)测定。分析过程中全部使用去离子水,且所有玻璃器皿用10%HN03浸泡12h. 1.3数据处理了1)=重金属处理作物的生物量/对照作物的生物0进行相关计算、统计与分析处理。

2结果与分析2.1Cd污染对植物生长、生物量和耐受指数的影响根据整个试验期间的观察记录,不同处理的油葵和棉花随着生长时间对重金属镉表现出不同的外观症状。由表1可以看出,对油葵而言,对照组CK和处理组I、n(Cd<5mg/kg),油葵长势良好,根系均匀,籽粒饱满;处理组I、F长期间出现发芽迟缓,叶片有黑褐色斑点,籽粒空壳的现象。对棉花而言,对照组CK和处理组I(Cd<1mg/kg),棉花长势良好;处理组n、I、F(Cd>5mg/kg),棉花在生长期间出现叶片减少,茎高降低,侧根稀少的现象。此外部分高浓度镉处理的2种植物根系有变黑现象,可能是由于重金属被植物吸收后滞留在根部,使根部积累了大量的重金属而变黑。

油葵根、茎、叶和籽实的干物质量随着外源添加Cd出现先上升再下降的趋势(表2)。在所有的处理中,单株油葵根、茎、叶和籽实的干重变化范围为1.362.28,的变化范围为每株24.4340.74g.与对照组相比,处理组I、总干重分别增加了物质量分别增加了23.49%,5.06%;处理组瓜、汉总干重分别降低了16.53%,34.36%,籽实总干物质量分别降低了20.52%,30.45%.对棉花而言,除处理组I棉花叶的干物质量稍许增加外,其余棉花根、茎、叶、籽实和干物质量随着外源添加Cd是逐渐下降的。在所有的处理中,单株棉花根、茎、叶和籽实的生物量范围分别75g.与对照组相比,处理组I、n、I、F总干重分别降低了3.98%,13.73%,23.11%,32.05%;籽实总干物质量分别降低了从表2还可看出,油葵和棉花的耐受指数均随外源添加镉的增加而呈逐渐下降趋势。对油葵而言,处理组I、n、I、F的耐受指数分别为115%,106%,94%,68%;而对棉花而言,处理组I、n、I、F的耐受指数分别为97%,82%,76%,64%.总之,低浓度的添加外源镉(Cd<5mg/kg),对于油葵的干重产生促进作用,高浓度的添加外源Cd(Cd>15mg/kg),对油葵的干重产生抑制作用;外源添加镉对棉花的干重产生抑制作用。从植物的外观症状、干重变化及耐受指数方面比较,油葵对重金属镉的耐受性高于棉花。

株种子发芽所用时间较短;油葵Cd>15mg/kg时,发芽较迟缓,但油葵种子能全部发芽,幼苗未出现受害症状。

株种子发芽所用时间较短;棉花Cd>5mg/kg时,发芽较迟缓,但棉花种子能全部发芽,幼苗未出现受害症状。

生长良好,植株粗壮,叶片葵茎底部的24片叶子出现黑色斑点,总体生长速度较快。

对照组和Cd=1mg/kg棉花植株生长良好,叶片呈深花叶片数减少,茎高降低。

收获期油葵逐渐开花,Cd>15mg/kg时,油葵植株茎高逐渐降低,开花较迟,且花盘明显小于对照组,植株茎底部叶片出现不同程度的萎蔫。

棉花逐渐开花,Cd>5mg/kg时,棉花开花迟缓,植株叶片少许凋零、萎蔫,受害症状强于油葵。

收获时,Cd<5mg/kg时,植物根系茂盛,均匀充满根袋,花盘油葵籽饱满成熟;Cd>15mg/kg时,植物根系的侧根逐渐减少,并且有发黑迹象,油葵籽粒成熟,但空壳籽粒较多。所有处理,油葵全部成活。

收获时,Cd<1mg/kg时,棉花根系茂盛,均匀充满根袋;Cd>5mg/kg时,棉花植株叶片逐渐凋零严重,根系的侧根数量减少,棉桃的数量也逐渐减少。所有处理,棉花全部成活。

表1Cd污染下油葵和棉花的长势和外观症状表2 Cd污染对油葵和棉花株高、生物量和耐受指数的影响植物生长参数株高/cm单株根生物量/g单株茎生物量/g油葵单株叶生物量/g单株籽实生物量/g单株总生物量/g耐受指数TI/%株高/cm单株根生物量/g单株茎生物量/g棉花单株叶生物量/g单株籽实生物量/g单株总生物量/g耐受指数TI/%注:表中数值为平均值士标准偏差;同行不同字母表示处理间在0.05水平差异显著;由葵茎部千重包括油葵花盘部分,棉花茎部千重包括棉絮部分。下同。

2.2Cd污染对油葵和棉花各部分镉含量的影响从可以看出,随着外源添加镉的增加,油葵和棉花根、茎、叶和籽实内的重金属镉含量呈逐渐增加的趋势。对油葵而言,当外源添加Cd<15mg/kg时,重金属镉含量在油葵各部分的顺序为叶>根>籽实>茎;当外源添加Cd=30mg/kg时,重金属镉在油葵各部分含量的顺序为根>叶>籽实>茎。在处理组F(Cd=30mg/kg)时,油葵根、茎、叶、籽实的镉含量达到最大值,分别为79.18,19.22,42.89,19.82mg/kg,是对照组镉含量的66.54,9.42,39.35倍。对于棉花而言,重金属镉在棉花各部分的含量顺序为根>茎>叶>籽实。在处理组F(d=30mg/kg)时,棉花根、茎、叶、籽实的镉含量达到最大值,分别为26.03,8.00,5.83,5.01巨/,是对照组镉含量的70.35,5.80,715倍。在」=30/告时,重金属镉主要富集在2种植物的根系,且根系内重金属镉含量迅速增多,因为此时植株体内的转运机制受到抑制。通常认为被根系吸收的镉通过木质部运输到植物的其他部分,主要是在蒸腾作用下进行的。当外源添加镉不断增多时,植物叶片的气孔阻力会增加,导致植物叶片上气孔孔径缩小,使得植物对水分运输的主要动力减弱,蒸腾作用速率减慢,所以镉主要富集在植物根系,相应的转运到籽实部位的重金属量会减少。

综上可知,随着外源添加镉的增加,油葵和棉花植株体内各部分重金属镉含量呈上升的趋势,但2种植物体内重金属镉含量存在差异,油葵重金属镉主要富集在根系和叶片,棉花主要富集在根系。

棉花Cd污染对油葵和棉花根系、茎、叶、籽实内重金属Cd含量的影响2.3Cd污染对油葵和棉花的转运系数、富集系数的影响上部重金属含量与植物地下部重金属含量的比值,可以描绘生长在重金属污染中的植物吸收和运输重金属能力。富集系数(BioaccumulationFactor,BF)是植物地上部重金属含量与土壤中重金属含量的比值,在一定程度上标志在土壤一植物系统中重金属迁移的难易程度。从表3可以看出,对于油葵,其转运系数全部<1,且随着外源添加镉的增加,转运系数呈先升高再下降的趋势,在Cd为5mg/kg时,转运系数最大为94;随着外源添加镉的增加,油葵的富集系数呈先升高再下降的趋势,在Cd为5mg/kg时,油葵的富集系数>1,富集系数最大为1. 29.对于棉花,随着外源添加镉的增加,棉花的转运系数也呈先升高再降低的趋势,在Cd为5mg/kg时,转运系数最大为44;随着外源添加镉的增加,棉花的富集系数是下降的趋势,Cd为1mg/kg时,棉花的富集系数>1,富集系数最大为1.01. 2种植物的转运系数呈现相同的变化趋势,即先升高再降低,且转运系数全部<1,说明作物的根部可以作为镉在植物体内迁移的种屏障,使地上部免受或者少受镉毒害。

表3 Cd污染对油葵和棉花转运系数和富集系数的影响处理-油葵棉花转运系数富集系数转运系数富集系数2.4Cd污染对油葵和棉花吸镉量影响植物的地上部和植株的吸镉量是评价植物吸收、累积镉能力的综合指标之。地上部(植株)吸镉量=地上部(植株)重金属含量X地上部(植株)干重。

从可以看出,对于油葵,随着外源添加镉的增加,其地上部和整个植株的吸镉量呈逐渐升高的趋势,地上部吸镉量的范围为每株33.601.95pg,在Cd为30mg/kg时,油葵地上部的吸镉量达到最大,为每株601.95pg,是对照组吸镉量的18. 24倍。油葵整株的吸镉量为35.09709.63吨,在Cd为30mg/kg时,油葵整株的吸镉量达到最大,为709.63pg,是对照组吸镉量的20.22倍。处理组之间油葵的地上部和整株的吸镉量存在显著性差异(P<0.05)。对于棉花,随着外源添加镉的增加,棉花地上部和整株的吸镉量也呈逐渐升高的趋势。棉花地上部吸镉量为每株14. 9174.83pg,在Cd为30mg/kg时,棉花地上部的吸镉量达到最大,为74. 83pg,是对照组吸镉量的5.02倍。棉花整株吸镉量的范围为15.65113.88pg,在Cd为30mg/kg时,棉花整株的吸镉量达最大,为113.88pg,是对照组吸镉量的7.28倍。除处理组I、棉花整株吸镉量差异不显著,其余处理组之间棉花地上部和整株的吸镉量存在显著性差异(P<0.05)。

从以上分析可知,相同镉处理时,油葵地上部和整株的吸镉量大于棉花的吸镉量,即对于修复镉污染土壤,油葵的修复效果高于棉花。

2.5土壤镉含量与油葵和棉花籽实镉含量的关系方程油葵籽实和棉花籽实是主要的油料作物,随着消费者对食品安全性日益重视,研究这2种油料作物的籽实镉含量是否符合国家食品安全标准则显得非常必要。为此,本文对土壤中镉含量和2种植物籽实镉含量的关系用方程进行模拟,发现二者符合一元二次曲线模型(表4),且土壤镉含量与油料籽实和棉花籽实镉含量均达到极显著水平。根据国家食品安全标准(GB 2762?2012)规定油料籽粒中镉的限定值为0.5mg/kg.根据方程计算,可知当土壤镉含量低于1.11mg/kg时,油葵籽实的镉含量不会超过食品安全国家标准;当土壤中镉含量低于3.48mg/kg时,棉花籽实的镉含量不会超过食品安全国家标准。

注:图柱上不同小写字母表示不同处理间植物地上部在0 05水平差异显著;不同大写字母表示不同处理间植物全部植株在0.05水平差异显著。

表4 Cd污染对油葵和棉花吸镉量的影响Cd污染与油葵和棉花籽实镉含量的关系方程因变量?元二次回归方程判定系数只2 f值油葵籽实镉含量/(mg棉花籽实镉含量/(mg 3讨论与结论植物生长情况和生物量,可以作为评价植物对重金属耐受性的简单指标,且生物量的大小会直接影响重金属污染土壤的修复效果,生物量大的植物能起到良好的修复作用。油葵的生物量随外源添加镉先升高后降低,棉花随外源添加镉呈下降趋势。植物的耐受性反映植物对重金属镉的抗性及耐性,其耐受指数越大说明植物对重金属的耐性越强。当Cd为1mg/kg时,油葵的耐受指数最大为115 %,棉花的耐受指数最大为97%,油葵的耐受性高于棉花。

随着外源添加镉的增加,油葵和棉花植株体内各部分重金属镉含量呈上升趋势,但2种植物体内重金属镉含量存在差异。在Cd为30mg/kg时,油葵地上部分叶片的镉含量最大为42. 89mg/kg,棉花地上部分茎的镉含量最大为8.等提出的值,即植物叶片或者地上部分镉含量达到100mg/kg.但是仅从植物吸收元素浓度考虑植物对镉污染土壤的修复效果并不客观,在实际应用修复中植物的吸收总量及生物量是决定性的因素。本研究中,油葵地上部的最大吸镉量为每株601.95yg,棉花地上部最大吸镉量为每株74.与苏德纯等研究的镉超积累植物印度芥菜在Cd为40mg/kg时其吸镉量为每株56. 10叫相比,2种植物的地上部吸镉量更高,修复效果更好。

油葵和棉花的转运系数(TF)随外源添加镉呈先升高后降低的趋势,且转运系数全部<1,与刘连涛等研究棉花幼苗的结果相似,但与李玲等的研究结果存在差异,可能与棉花品种不同有关。油葵的富集系数(BF)随外源添加镉呈先升高再降低的趋势,在Cd为5mg/kg时,棉花富集系数可达1.29;棉花的富集系数(BF)随外源添加镉呈下降趋势,在Cd为1mg/kg时,棉花富集系数可达1.01.说明镉低浓度(Cd<5mg/kg)时,油葵和棉花可以作为一种耐受性植物修复镉污染土壤。

为保证油葵籽实和棉花籽实内重金属镉含量符合国家食品安全标准,根据本研究模拟的一元二次方程,建议种植油葵的土壤中镉含量低于1.11mg/kg,种植棉花的土壤中镉含量低于3.48mg/kg.若与河北省污灌区潮褐土Cd含量为0.较,可知在污灌区种植油葵和棉花,其籽实符合国家食品安全标准。此外,若与河北保定市郊土壤环境背景值为0.685mg/kg相比较,其污染上限为X士131mg/kg,可知油葵籽实存在小几率超标的可能性,但是棉花籽实的重金属镉含量是不超标的。若与土壤环境质量标准(GB 15618?2008)的第二级土壤环境质量重金属镉的标准为0. 80mg/kg相比较,当土壤镉含量超过其二级土壤质量标准时,油葵和棉花籽实的镉含量符合国家食品安全标准。根据本文模拟方程计算出2种植物的土壤镉含量临界数值,与土壤背景值、污灌区镉含量值和土壤环境质量标准的比较分析,得出的结论存在一定的差异,其原因可能与相关研究的调查时间和土壤类型的不同存在关系,但是共同点是棉花的籽实镉含量符合国家食品安全标准。

综上所述,油葵对镉污染土壤的耐受性和修复效果高于棉花,棉花籽实符合国家食品安全标准的土壤镉含量临界值大于油葵。在修复镉污染土壤时,油葵和棉花可以作为首选考虑植物。在污灌区合理种植油葵和棉花,既可以为农民带来经济效益,又能修复土壤的镉污染状况。

98拉霸娱乐APP动态