全 文 ：蕹菜不同镉积累品种的根际土壤化学特征*
龚玉莲1,2 摇 杨中艺2**
( 1广东第二师范学院生物系,应用生态学实验室, 广州 510303; 2中山大学生命科学学院,有害生物控制与资源利用国家重点
实验室, 广州 510275)
摘摇 要摇 采用根箱试验研究蕹菜低 Cd 品种(QLQ)和高 Cd 品种(T308)的根际土壤化学特
征.结果表明: QLQ根际 DTPA鄄Cd含量显著高于 T308(P<0. 05) . QLQ 根际 pH、氧化还原电
位(Eh)显著高于 T308(P<0. 05),电导率(EC)的表现相反. QLQ根际有机质和水溶性有机质
(DOM)含量均高于 T308.在污染土壤上,根际低分子量有机酸的组成与含量均存在品种间差
异. T308 根际检测到乙酸、丙酸、柠檬酸和延胡索酸,而 QLQ 根际仅检测到柠檬酸和延胡索
酸. QLQ根际低分子量有机酸总量(1. 93 nmol·g-1DM)极显著低于 T308(15. 11 nmol·g-1
DM, P<0. 01) .与 T308 比较,QLQ表现出明显不同的根际土壤化学特征. 推测 QLQ低 Cd 积
累的根际化学机理可能在于:较高含量的有机质、较低含量的低分子量有机酸及其特异性组
成,以及较低的酸化和还原能力,导致其对土壤 Cd的活化能力较低,从而降低植株对 Cd的吸
收积累.
关键词摇 蕹菜摇 品种摇 根际摇 土壤化学特征摇 低 Cd积累
文章编号摇 1001-9332(2014)08-2377-08摇 中图分类号摇 Q14,Q89摇 文献标识码摇 A
Chemical characteristics of the rhizosphere soil of water spinach cultivars differing in Cd ac鄄
cumulation. GONG Yu鄄lian1,2, YANG Zhong鄄yi2 ( 1Laboratory for Applied Ecology, Department of
Biology, Guangdong University of Education, Guangzhou 510303, China; 2State Key Laboratory of
Biocontrol, School of Life Sciences, Sun Yat鄄sen University, Guangzhou 510275, China) . 鄄Chin. J.
Appl. Ecol. , 2014, 25(8): 2377-2384.
Abstract: A rhizobox experiment was conducted to investigate the chemical characteristics of the
rhizosphere soils of two water spinach cultivars differing in Cd accumulation, QLQ (a low鄄Cd culti鄄
var) and T308 (a high鄄Cd cultivar) . The results showed that the diethylenetriamine pentacetate
acid extractable Cd (DTPA鄄Cd) concentration in the rhizos鄄phere soil of QLQ was significantly
higher than that of T308 (P<0. 05). pH and Eh in the rhizosphere soil of QLQ were significantly
higher than those of T308 (P<0. 05), while EC was opposite. Contents of organic matter and dis鄄
solved organic matter (DOM) in the rhizosphere soil of QLQ were both higher than those of T308.
In contaminated soil, the composition and concentration of low molecular weight organic acids in the
rhizosphere between the two cultivars were both different. Acetic, propionic, citric and fumaric
acids were detected in the rhizosphere soil of T308, and only citric and fumaric acids were detected
in that of QLQ. The total concentration of low molecular weight organic acids in the rhizosphere soil
of QLQ (1. 93 nmol·g-1DM) was lower than that of T308 (15. 11 nmol·g-1DM) (P<0. 01).
Compared with the high鄄Cd cultivar (T308), the chemical characteristics of the rhizosphere soil of
the low鄄Cd cultivar (QLQ) were obviously distinct, i. e. , the relatively higher content of organic
matter, the lower content of low molecular weight organic acids with a specific composition, less
acidification of soil, and a lower ability in reduction, correspondingly lowering the mobility of Cd in
soil and reducing Cd accumulation by plant.
Key words: water spinach ( Ipomoea aquatica); cultivar; rhizosphere; soil chemical characteris鄄
tics; low Cd accumulation.
* 国家自然科学基金项目(20877104)、广东省自然科学基金项目(S2012010010456)、广东省高等院校学科与专业建设专项资金科技创新项目
(2013KJCX0138)和广东第二师范学院教授博士专项(2012ARF04)资助.
**通讯作者. E鄄mail: adsyzy@ mail. sysu. edu. cn
2013鄄12鄄10 收稿, 2014鄄05鄄23 接受.
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 8 月摇 第 25 卷摇 第 8 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Aug. 2014, 25(8): 2377-2384
摇 摇 镉(cadmium, Cd)为有毒重金属元素. 土壤 Cd
易被植物吸收进入食物链、从而危害环境和人类健
康[1] .目前农田土壤 Cd 等重金属污染状况普遍存
在且日趋严重[2],由此导致蔬菜等农产品受重金属
污染的风险突出[3] . 面对我国人口众多、农业生产
压力大的现状,利用植物对 Cd 吸收积累的品种间
差异,选育和利用可食部分低 Cd 积累的农作物品
种,已成为应对土壤重金属污染、保障食品安全的现
实且有效的策略之一[4-5] .低 Cd 积累的相关机理研
究目前主要集中在植物体内 Cd 的转运、分布与积
累上[6-7] .
作为重金属从土壤进入植物根系的门户,根际
与重金属的吸收积累密切相关.根际的生物学特征、
土壤化学特征等均与重金属的形态及生物有效性有
关,从而影响植物对重金属的吸收与积累[8] . 研究
表明,Cd积累的品种间差异与根系形态学特征的差
异有关[9-10] . Cd 积累能力存在差异的不同种、同一
种的不同生态型或品种,其根际土壤化学特征(包
括根际土壤酸碱度、氧化还原电位、电导率、阳离子
交换量、有机质、低分子量有机酸等)存在差异,且
与根际土壤 Cd 的生物有效性及重金属吸收积累特
性的差异有关[11-12] .东南景天(Sedum alfredii)超积
累生态型根际 pH 值低于非超积累生态型,而根际
水溶性有机质(dissolved organic matter,DOM)含量
较非超积累生态型高,超积累生态型的根际 DOM
能显著提高 Cd 的生物有效性[13] . 水稻(Oryza sati鄄
va)、小麦(Triticum aestivum)低 Cd 品种根际土壤低
分子量有机酸含量低于高 Cd品种[14-16] .不同 Cd积
累能力植物根际土壤化学特征的研究主要集中在超
积累植物上,而 Cd 低量积累植物尤其是品种水平
的研究则相对较少.
蕹菜( Ipomoea aquatica)是我国南方常见的叶
用蔬菜,为 Cd污染风险较高的作物[17] .我们的前期
研究已筛选得到稳定的可食部分(茎叶)低 Cd 积累
和高 Cd积累的品种[17-18] .蕹菜品种的 Cd积累特性
由遗传决定,其低Cd特性与Cd的亚细胞分布、基
因表达差异等有关[17,19-20] .与高 Cd品种比较,低 Cd
品种的根系具有特异性的形态学特征,且其根系形
态学特征与 Cd 吸收积累显著相关[21] .为进一步理
解低 Cd积累的根际过程,有必要研究低 Cd 品种的
根际土壤化学特征.本文采用根箱试验,比较研究蕹
菜低 Cd和高 Cd品种的根际土壤化学特征,有助于
阐明低 Cd积累的根际机理.
1摇 材料与方法
1郾 1摇 试验材料
以经过前期筛选和验证的两个蕹菜 Cd 积累品
种为材料:低 Cd 品种 QLQ、高 Cd 品种 T308. 在 Cd
含量为 0. 593 mg·kg-1土壤中,QLQ茎叶 Cd含量为
0. 082 ~ 0. 084 mg·kg-1 FM,T308 茎叶 Cd 含量为
0. 315 ~ 0. 352 mg·kg-1 FM,两个品种茎叶 Cd 含量
的差异超过 3 倍[18] .
1郾 2摇 试验土壤
供试农田土壤取自广东省鹤山市. 土壤理化性
质见表 1. 根据我国食用农产品产地环境评价标准
(HJ332-2006) [22],蔬菜地土壤 Cd 含量最大限值为
0. 3 mg·kg-1,因此两个供试土壤分别为 Cd 污染土
壤和无污染土壤.
1郾 3摇 根箱设计
根箱设计参考 Wang等[23]、并适当修改(图 1).
根箱的长伊宽伊高为 200 mm伊140 mm伊130 mm,由根
际区、非根际区组成,各区域以 300 目尼龙网隔开.
土壤风干,过 1 mm筛. 按照 N 300 mg·kg-1、P 124
图 1摇 根箱示意图
Fig. 1摇 Diagram of the rhizobox.
表 1摇 供试土壤化学性质和 Cd含量
Table 1摇 Chemical properties and Cd concentration of the two tested soils
土壤
Soil
pH 电导率
EC
(mS·cm-1)
阳离子
交换量
CEC (me·
100 g-1)
有机质
Organic
matter
(g·kg-1)
全氮
Total N
(g·kg-1)
全磷
Total P
(g·kg-1)
速效磷
Available P
(mg·kg-1)
速效钾
Available K
(mg·kg-1)
总镉
Total Cd
(mg·kg-1)
DTPA鄄Cd
(mg·kg-1)
污染土壤
Contaminated soil
6. 84 553 27. 54 26. 7 1. 61 1. 14 458. 1 131. 7 0. 55 0. 108
无污染土壤
Uncontaminated soil 7. 30 503 16. 26 38. 3 1. 58 0. 73 400. 1 179. 0 0. 15 0. 049
8732 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
表 2摇 不同蕹菜品种的生物量、Cd含量和 Cd积累量
Table 2摇 Biomass, Cd concentration and accumulation in different water spinach cultivars
土壤
Soil
品种
Cultivar
生物量 Biomass
(g·box-1 DM)
茎叶 Shoot 根 Root
Cd含量 Cd concentration
(mg·kg-1 DM)
茎叶 Shoot 根 Root
Cd积累量
Cd accumulation
(mg·box-1)
污染土壤 QLQ 3. 62依0. 25a 0. 77依0. 11a 0. 85依0. 12b 1. 38依0. 03a 4. 05依0. 14b
Contaminated soil T308 3. 39依0. 58a 1. 08依0. 21a 1. 66依0. 11a 1. 24依0. 02b 6. 82依0. 88a
无污染土壤 QLQ 3. 29依0. 54a 0. 66依0. 14b 0. 27依0. 03b 0. 42依0. 03a 1. 14依0. 13b
Uncontaminated soil T308 4. 20依0. 38a 0. 93依0. 02a 0. 39依0. 03a 0. 38依0. 05a 2. 02依0. 32a
不同小写字母表示品种间差异显著(P<0. 05) Different letters indicated significant differences between cultivars at 0. 05 level.
mg· kg-1、 K 156 mg· kg-1 的比例,以 NH4 NO3、
KH2PO4的形式施基肥,彻底混匀,平衡 2 周.按照约
1. 3 g·cm-3的土壤容重装入根箱.植物栽培在广州
市蔬菜科学研究所的大棚内进行. 每个处理重复 3
次,共 12 个根箱,随机区组排列. 在根际区播种,间
苗,每个根箱保留 3 株蕹菜. 40 d后收获植株,采集
新鲜土样、并立即保存于 4 益和-70 益冰箱备用.
1郾 4摇 测定方法
茎叶和根称鲜质量,70 益下烘干、称干质量,粉
碎,过 100 目筛,保存备用. 样品用 HNO3 颐 H2O2
(5 颐 2)消解(MDS鄄6 微波消解仪)后,用原子吸收分
光光度计(Hitachi Z鄄5300)测定 Cd 含量. 测样过程
采用国家标准参比物质进行分析质量控制.
土壤样品风干,粉碎,过 2 mm 筛. 土壤 pH、氧
化还原电位(Eh)采用 pH 计测定,水土比 1 颐 2. 5;
电导率(EC)采用电导仪测定. 土壤阳离子交换量
(CEC)采用氯化钡鄄硫酸法测定.有机质含量采用湿
消化法测定,总氮含量采用凯氏定氮法测定,全磷和
速效磷用钼锑抗显色法测定,速效 K 用醋酸铵提
取、原子吸收分光光度计测定[24] .土壤 Cd含量采用
HNO3 鄄HClO4 鄄HF 消解、原子吸收分光光度计测
定[25] .土壤 DTPA 提取态 Cd(DTPA鄄Cd)含量参考
Lindsay等[26]的方法测定.
土壤水溶性有机质 ( dissolved organic matter,
DOM)含量通常以水溶性有机碳( dissolved organic
carbon, DOC)的含量表征. 称取保存于-70 益冰箱
的土样 10 g,加 20 mL超纯水,连续振荡 5 h,4390伊g
离心 15 min,上清液立即用 0. 45 滋m 微孔滤膜过
滤,滤液中有机碳的分析采用总有机碳测定仪(Shi鄄
madzu) [27] .
根际土壤有机酸的收集与测定参照 Szmigielska
等[28]的方法. 将保存于-70 益冰箱的根际土样以
1 颐 1的比例加超纯水,振荡 24 h, 3620 伊 g 离心
30 min,上清液用 0. 45 滋m微孔滤膜过滤.将一块已
被 0. 5 mol·L-1 NaHCO3溶液饱和的阴离子交换树
脂膜放入滤液中振荡 8 h,然后将膜转移到 0郾 5
mol·L-1 HCl中,再振荡 8 h,使吸附在膜上的有机
酸洗脱到 HCl溶液中.膜洗脱液用高效液相色谱仪
(Hewlett Packard)测定有机酸的种类(草酸、延胡索
酸、酒石酸、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、乙酸、丙酸、丁
酸)和含量.
1郾 5摇 数据处理
利用 Excel 进行试验数据整理和作图,采用
SPSS 11. 0 软件对试验数据进行方差分析和差异显
著性检验.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 两个蕹菜品种的生物量与 Cd积累量
由表 2 可见,除无污染土壤上的根生物量外,两
个蕹菜品种生物量的差异不显著(P>0. 05).在两种
土壤上,QLQ的 Cd积累量和茎叶 Cd 含量均显著低
于 T308(P<0. 05);在污染土壤上,T308 茎叶 Cd 含
量为 QLQ 的 1. 95 倍,但 QLQ 的根 Cd 含量高于
T308,且污染土壤上的品种间差异显著(P<0. 05).
2郾 2摇 两个蕹菜品种根际土壤 DTPA鄄Cd含量
由图2可见,除无污染土壤的QLQ外,根际土
图 2摇 不同蕹菜品种根际与非根际土壤 DTPA鄄Cd含量
Fig. 2 摇 Soil DTPA鄄Cd concentrations in the rhizosphere and
non鄄rhizospheres of different water spinach cultivars.
A: 污染土壤 Contaminated soil; B: 无污染土壤 Uncontaminated soil.
玉: 根际 Rhizosphere; 域: 非根际 Non鄄rhizosphere. 不同小写字母表
示差异显著(P<0. 05) Different letters indicated significant difference at
0. 05 level. 下同 The same below.
97328 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 龚玉莲等: 蕹菜不同镉积累品种的根际土壤化学特征摇 摇 摇 摇 摇
壤 DTPA鄄Cd含量显著低于非根际(P<0. 05). 在两
种土壤上,QLQ根际土壤 DTPA鄄Cd含量均显著高于
T308(P<0. 05). 在污染土壤上,QLQ 根际土壤 DT鄄
PA鄄Cd含量比 T308 高 4. 4% ;无污染土壤上比 T308
高 16. 7% .非根际土壤 DTPA鄄Cd含量的品种间差异
不显著(P>0. 05).
2郾 3摇 两个蕹菜品种根际土壤 pH、Eh、EC和 CEC
由图 3 可见,在污染土壤上,根际土壤 pH、Eh
均显著低于非根际,而根际 EC、CEC 则大多显著高
于非根际(P<0. 05);无污染土壤上,土壤 pH、Eh 的
表现与污染土壤相反.在两个土壤和根际、非根际两
个区域中,土壤 pH的品种间差异表现一致. QLQ根
际 pH 显著高于 T308(P<0. 05);污染土壤上,QLQ
根际 pH值比 T308 高 0. 16 个 pH单位,无污染土壤
上则高 0. 32 个 pH 单位. 土壤 Eh 的品种间差异与
pH表现相似.土壤 EC 的品种间差异则与 pH 表现
相反.两个土壤和根际、非根际两个区域中,土壤 EC
均表现为 QLQ 显著低于 T308(P<0. 05).土壤 CEC
的品种间差异不显著(P>0. 05).
2郾 4摇 两个蕹菜品种根际土壤有机质和 DOM含量
由图 4 可见,污染土壤上,根际土壤有机质含量
和 DOM含量均显著高于非根际(P<0. 05). 除无污
染土壤的 DOM含量外,QLQ 根际有机质和 DOM 含
量均显著高于 T308(P<0. 05). 污染土壤和无污染
土壤上,QLQ根际 DOM含量分别比 T308 高 19. 2%
和 16. 3% ,而 QLQ根际有机质含量分别比 T308 高
5. 3%和 1. 2% . 非根际土壤有机质和 DOM 含量的
品种间差异不显著(P>0. 05).
2郾 5摇 两个蕹菜品种根际土壤低分子量有机酸
在污染土壤上,根际土壤低分子量有机酸的组
成和含量均存在品种间差异(表 3). 本试验分析了
草酸、延胡索酸、酒石酸、柠檬酸、琥珀酸、苹果酸、乙
酸、丙酸、丁酸等 9 种有机酸,T308 根际土壤中检测
到乙酸、丙酸、柠檬酸和延胡索酸等 4 种有机酸,而
QLQ根际土壤仅检测到柠檬酸和延胡索酸. QLQ 根
际土壤低分子量有机酸总量极显著低于 T308(P<
0. 01). QLQ根际土壤低分子量有机酸主要为柠檬
酸,占总量的 97. 3% ;T308 根际土壤则以乙酸和丙
酸为主要的低分子量有机酸,两者合计占总量的
83. 0% . QLQ根际土壤检出的柠檬酸和延胡索酸的
含量均低于 T308.
表 3摇 污染土壤上不同蕹菜品种的根际土壤低分子量有机酸
Table 3摇 Low molecular weight organic acids in the rhizos鄄
phere soil of different water spinach cultivars in contamina鄄
ted soil
有机酸
Organic acids
(nmol·g-1 soil)
品种 Cultivar
QLQ T308
草酸 Oxalic acid nd nd
延胡索酸 Fumaric acid 0. 051 0. 271
酒石酸 Tartaric acid nd nd
柠檬酸 Citric acid 1. 878 2. 3
琥珀酸 Succinic acid nd nd
苹果酸 L鄄malic acid nd nd
乙酸 Acetic acid nd 6. 263
丙酸 Propionic acid nd 6. 271
丁酸 Butyric acid nd nd
有机酸总量 Total content 1. 93 15. 11
有机酸总量的 LSD0. 01 LSD (P<0. 01)
for total organic acids
4. 38
nd: 未检出 Not detected.
图 3摇 不同蕹菜品种根际和非根际土壤 pH、Eh、EC和 CEC
Fig. 3摇 Soil pH, Eh, EC and CEC in the rhizosphere and non鄄rhizosphere of different water spinach cultivars.
0832 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 4摇 不同蕹菜品种根际和非根际土壤有机质和 DOM含量
Fig. 4 摇 Contents of soil organic matter and DOM in the rhizos鄄
phere and non鄄rhizosphere of different water spinach cultivars.
3摇 讨摇 摇 论
本研究的两个蕹菜品种在根箱试验中的 Cd 含
量与前期盆栽试验的结果相一致[17-18],进一步表明
不同蕹菜品种 Cd积累特性的稳定性. QLQ 的 Cd 积
累量显著低于 T308,而根 Cd 含量显著高于 T308
(P<0. 05,表 2),表明 QLQ的低 Cd积累特性一方面
与其对土壤 Cd的低量吸收有关,另一方面与 Cd 从
根部到茎叶的较低的转运能力有关,这也与前期研
究结果一致[17-18] .
QLQ根际土壤 DTPA鄄Cd 含量显著高于 T308
(P<0. 05,图 2),原因可能在于 QLQ对 Cd的吸收量
较少.在污染土壤上,T308 非根际土壤 DTPA鄄Cd 含
量比根际土壤高 6. 2% (P<0. 05),无污染土壤上结
果也相似;而污染土壤上 QLQ非根际土壤 DTPA鄄Cd
含量仅比根际土壤高 2. 9% (P>0. 05).表明与非根
际相比,QLQ根际土壤 DTPA鄄Cd含量的下降幅度较
T308 小,原因也可能在于 QLQ 从根际土壤吸收 Cd
的量比 T308 少.东南景天超积累生态型根际水溶态
Cd、Zn含量均低于非超积累生态型,且与非根际相
比,根际水溶态 Cd、Zn 含量的下降幅度高于非超积
累生态型[11,13] . McGrath等[29]报道超积累植物天蓝
遏蓝菜(Thlaspi caerulescens)根际有效态 Zn 含量低
于非超积累植物费尔干遏蓝菜(T. ochroleucum),且
与非根际相比,天蓝遏蓝菜根际有效态 Zn含量的下
降幅度高于费尔干遏蓝菜. 原因在于两种植物或生
态型对 Cd、Zn吸收积累特性的差异,导致土壤中有
效态 Cd、Zn剩余数量的差异[11,13,29] .
污染土壤蕹菜品种根际 pH、Eh 均显著低于非
根际,根际 EC、CEC大多显著高于非根际(图 3),显
示蕹菜根系活动对土壤介质具有酸化与还原作用,
并增加了土壤可溶性盐分的含量. 两个品种间的差
异则表明 QLQ根系活动对根际土壤的酸化、还原及
对土壤离子的活化能力均低于 T308.无污染土壤与
污染土壤上结果的不同,表明根际土壤生物和化学
过程对 pH、Eh、EC等的影响可能与土壤 Cd 含量及
理化特性有关.
根际土壤的化学特性对重金属的化学行为和生
物有效性有重要影响.土壤 pH是影响 Cd 吸收积累
的重要因素[30] . 已有研究表明,不同重金属积累能
力的植物、生态型或品种对根际土壤的酸化能力存
在差异.东南景天超积累生态型根际 pH 在 Cd 重度
污染土壤和轻度污染土壤中分别下降了 0. 49 和
0郾 40 个 pH 单位,而非超积累生态型根际 pH 则无
显著变化[13] .根际酸化是东南景天超积累生态型从
土壤吸收重金属的重要机理[11,13] .根际土壤可交换
态重金属含量与根际 pH往往呈负相关,土壤 pH下
降可促进重金属的溶解和释放,提高重金属的生物
有效性[30-31] .我们的前期研究也发现,蕹菜品种的
Cd积累与土壤 pH呈显著负相关[17] .植物根系向土
壤释放的还原剂能还原铁锰氧化物,从而导致铁锰
氧化物结合态重金属的释放[32] . 因此推测 QLQ 根
际相对较低的土壤酸化和还原能力可能与其低 Cd
积累有关.蕹菜品种根际土壤 pH、Eh 与 Cd 行为和
有效性的关系、及与 Cd 吸收积累的关系有待进一
步研究. 此外,由于土壤 pH 对于 Cd 吸收积累有重
要影响[30],且根际 pH 也是容易通过一些农业技术
措施进行调控的因素[33],因此对于降低农作物 Cd
积累具有较重要的研究价值和实践意义.
蕹菜根际土壤 DOM 含量的品种间差异较有机
质含量大:两个土壤上根际 DOM 含量的品种间差
异平均为 17. 7% ,而有机质含量的品种间差异平均
为 3. 3% ,表明土壤 DOM含量比有机质含量更能反
映蕹菜 Cd 积累品种的根际特征. 土壤有机质能通
过吸附作用和螯合作用降低重金属的移动性,DOM
虽然在土壤中含量较低,但由于具有大量的功能基
团,表现出较强的活性,能促进或抑制土壤对重金属
的吸附,从而影响重金属的溶解性和迁移等化学行
为及生物有效性[34-35] . 研究表明,DOM 能抑制或促
进土壤颗粒对 Cd 的吸附、影响土壤 Cd 的有效性,
DOM对土壤吸附 Cd的抑制作用与 DOM与 Cd的螯
合作用有关,对土壤吸附 Cd 的促进作用与 DOM 的
酸碱缓冲作用有关[33-36] . 陈同斌等[34]比较了 5 种
来自不同固体废弃物的 DOM,在酸性土壤中猪粪
DOM对 Cd吸附的促进作用最强,而堆肥污泥 DOM
18328 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 龚玉莲等: 蕹菜不同镉积累品种的根际土壤化学特征摇 摇 摇 摇 摇
由于含有较多的低分子量有机酸,其对 Cd 吸附的
抑制作用最强,表明不同类型的 DOM 对土壤中 Cd
吸附行为的影响不同. 在 Cd 重度污染土壤和轻度
污染土壤上,东南景天超积累生态型根际 DOM 含
量分别为非超积累生态型的 1. 37 和 1. 21 倍,这与
本研究的结果相反;超积累生态型根际 DOM 可通
过形成 DOM鄄Cd络合物、从而提高 Cd的移动性[13];
且超积累生态型根际 DOM 可减少土壤对 Zn 的吸
附、促进吸附态 Zn的解析,从而提高根际 Zn的生物
有效性[37] . 蕹菜品种根际土壤 DOM 的组成、DOM
与土壤 Cd吸附行为和有效性的关系以及 DOM 与
低 Cd积累的关系值得进一步研究.
在根系分泌物中,属于 DOM 的低分子量有机
酸被认为是影响根系吸收重金属的重要因素[14,38] .
研究表明,具不同 Cd 积累特性的植物种或品种的
根际土壤低分子量有机酸含量、组成存在差异,且与
Cd吸收积累相关. 低 Cd 品种根际土壤低分子量有
机酸含量低于高 Cd 品种. 在 0、10、50 mg·kg-1Cd
污染水平的土壤上,水稻高 Cd 品种(汕优 63)根系
分泌的低分子量有机酸含量均高于低 Cd 品种(武
运粳 7),乙酸和甲酸是主要的低分子量有机酸,低
分子量有机酸的含量与植株 Cd 的吸收呈正相关关
系[14] . Ciesli俳ski等[15]在硬质小麦(Triticum turgidum
var. durum)Cd积累品种根际土壤检测到草酸、延胡
索酸、琥珀酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、乙酸、丙酸和
丁酸,其中乙酸和琥珀酸是主要的有机酸;根际土壤
低分子量有机酸含量、组成的品种间差异明显,且与
土壤 Cd的溶解和植株 Cd积累有关;不同土壤上低
Cd品种(Acrola)根际土壤低分子量有机酸总量均
低于高 Cd品种(Kyle);在 Yorkton土壤上,仅在 Ac鄄
rola根际土壤检测到延胡索酸,而 Kyle未检出.万敏
等[16]也报道小麦低 Cd品种(烟 86103)根际土壤有
机酸总量及有机酸(柠檬酸、酒石酸、乙酸和丙酸)
含量均显著低于高 Cd品种(莱州 953).但也有相反
的结果,根际低分子量有机酸无品种间差异,且低分
子量有机酸与植株 Cd 积累不相关[39] .低分子量有
机酸的作用除了调节土壤 pH 外,还可与土壤中的
Cd螯合形成“Cd鄄低分子量有机酸冶复合物,从而促
进了土壤中 Cd的释放和植物对 Cd的吸收[40] .低分
子量有机酸与 Cd 形成的金属螯合物能够提高 Cd
离子在木质部中的移动性,从而促进植物地上部对
Cd的积累[41] . 此外,不同的有机酸与 Cd 形成复合
物的亲和力存在差异[42] .因此推测,蕹菜低 Cd 品种
QLQ 根际土壤含量相对较低的低分子量有机酸及
其特异性组成,可能与其较低的土壤 Cd 吸收能力、
根部 Cd 转运并积累在地上部分的能力有关. 蕹菜
品种根际土壤低分子量有机酸及各组分与土壤 Cd
行为、低 Cd 积累的关系尚待研究. 此外,在污染土
壤上,两个蕹菜品种根际土壤低分子量有机酸的组
成与含量的差异与根际土壤 pH 的品种间差异相符
合.值得注意的是,尽管 QLQ 根际土壤有机质含量
和 DOM 含量均高于 T308,但低分子量有机酸含量
却低于 T308,且低分子量有机酸的组成亦存在品种
间差异,这进一步显示了两个品种根际土壤 DOM
组成的差异.本课题组采用红外光谱和核磁共振等
方法分析了根际土壤 DOM 的组成与结构,发现两
个品种根际土壤 DOM 的结构特征存在明显差异,
其中羧基碳的比例为 QLQ 小于 T308(待发表),这
与低分子量有机酸的表现一致.
植物根系的生长和呼吸、吸收及分泌等生理过
程影响根际土壤化学特征[43] .不同品种的植物由于
根系形态生理特性的不同,导致根际土壤 pH 等化
学特征的差异[33] .水稻高 Cd品种和低 Cd品种的吸
水量、根冠比存在差异[9] .不同 Cd 积累特性的花生
(Arachis hypogaea)品种的根系形态特征存在差
异[10] .蕹菜 QLQ和 T308 的总根长、平均直径、总表
面积及总体积等根系形态学指标的品种间差异亦极
显著[21] .蕹菜品种根际土壤化学特征差异的生理生
化机理值得深入研究.
总体来看,与蕹菜高 Cd 品种 T308 比较,低 Cd
品种 QLQ表现出明显不同的根际土壤化学特征:较
高的 DTPA鄄Cd 含量,较高的有机质含量、DOM 含
量、pH和 Eh,较低的 EC及低分子量有机酸含量,以
及特异性的低分子有机酸组成. 因此基于本研究的
结果,从根际化学的角度推测,QLQ 低 Cd 积累的机
理可能在于:根际具有较高含量的有机质、较低含量
的低分子量有机酸及其特异性组成,较低的酸化和
还原能力,导致其对土壤 Cd 的活化能力较低,从而
降低植株对 Cd的吸收积累.
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作者简介摇 龚玉莲,女,1974 年生,博士,副教授. 主要从事
污染生态学研究. E鄄mail: yuliangong@ aliyun. com
责任编辑摇 肖摇 红
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