全 文 ：北方园艺２０１５（０６）：１６７～１７２ ·土壤与肥料·
第一作者简介：周旭丹（１９８０－），女，讲师，研究方向为景观生态
恢复。Ｅ－ｍａｉｌ：ｘｕｄａｎｚｈｏｕ１９８０＠１６３．ｃｏｍ．
基金项目：吉林农业大学校内青年启动基金资助项目（２０１３１９）；
吉林省科技厅科研资助项目（２０１３０２０６０７１ＮＹ）。
收稿日期：２０１４－１１－１２
ＤＯＩ：１０．１１９３７／ｂｆｙｙ．２０１５０６０４７
荠菜和油菜对镉污染土壤的修复效应研究
周 旭 丹，赵 春 莉，孙 晓 刚，姜 大 崴，才 　 燕
（吉林农业大学 园艺学院，吉林 长春１３０１１８）
　　摘　要：以荠菜（Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ）和油菜（Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ）为试材，采用盆栽试验研究了
荠菜和油菜对不同水平Ｃｄ污染的耐性及富集效应，并施加不同水平螯合剂初步探讨了荠菜和油
菜净化重金属污染土壤的应用潜力。结果表明：荠菜和油菜的株高、干重和叶绿素含量等在低水
平Ｃｄ处理时轻微的促进，而在高水平Ｃｄ处理中受到抑制，在土壤Ｃｄ添加量为１２０ｍｇ／ｋｇ时，荠
菜和油菜的株高、干重和叶绿素含量达到最大；荠菜和油菜植株中脯氨酸含量随Ｃｄ添加量的增
加而增加，当土壤Ｃｄ含量为２００ｍｇ／ｋｇ时，荠菜和油菜体内脯氨酸含量达到最高，分别比对照升
高了１６．５７、１７．９５倍；荠菜和油菜体内Ｃｄ含量大小均表现为：地下部＞地上部＞籽实，各部位Ｃｄ
含量均随着土壤Ｃｄ添加量的增加呈先增加后降低趋势，并在土壤Ｃｄ添加量为１２０ｍｇ／ｋｇ时达到
最大值，此后则急剧下降；荠菜和油菜不同部位Ｃｄ含量与不同水平处理Ｃｄ浓度之间的回归方程
均达到显著性水平（Ｐ＜０．０１），间接表明添加Ｃｄ处理后土壤中Ｃｄ能被植物有效吸收，并且各部
位对Ｃｄ的吸收主要依赖于土壤中Ｃｄ含量的变化；荠菜和油菜具有修复Ｃｄ污染土壤的潜力，二
者对重金属Ｃｄ的吸收富集表现出较为一致的特点，但相比之下，荠菜对土壤中Ｃｄ的吸收富集能
力强于油菜；荠菜和油菜地上和地下部Ｃｄ含量随着螯合剂浓度的增加而逐渐增加，添加螯合剂
能明显提高荠菜和油菜对土壤中Ｃｄ的转运和吸收。
关键词：荠菜；油菜；镉污染；植物修复
中图分类号：Ｑ　９４５．７　文献标识码：Ａ　文章编号：１００１－０００９（２０１５）０６－０１６７－０６
　　随着现代化农业生产中各种重金属的农药和化肥
的大量使用，土壤重金属污染问题日趋严重，通过食物
链危及人类或动物的生命和健康［１－３］。因此，重金属污
染土壤的修复和治理是全球面临的一个亟待解决的环
境问题。镉（Ｃｄ）是毒性很强的重金属之一，在土壤中具
有稳定、积累和不易消除等特点，通过在食物链中积累
对人体及生态环境产生危害［４－６］。植物修复技术是目前
较为完善的土壤Ｃｄ污染治理技术，利用超富集植物从
土壤中大量富集重金属，通过收割植物后从土壤中带走
重金属，以达到清除土壤污染的目的，寻找对Ｃｄ具有较
高吸收能力同时又能够耐受Ｃｄ的毒性的植物成为植物
修复技术的关键［７－９］。目前，全世界大约发现了４００多种
超富集植物，大多数超富集植物植株矮小，生物量低，生
长缓慢，且大多没有经济效益，限制了植物修复技术的
广泛应用［７－９］。因此，选择生物量高、对重金属吸收能力
强、具有经济效益的植物（如油菜、玉米、向日葵、豌豆、燕
麦、大麦、荞麦、荠菜和白菜等），促进土壤中重金属的溶
解并向地上部的运输，提高其修复效率已经成为当前该
领域研究的新特点［１－３］。荠菜和油菜等十字花科芸苔属
植物，荠菜和油菜生活期短、地上部生物量大，如果它们
对重金属也具有较强的吸收富集能力，那么将其作为修
复植物用于重金属污染土壤的修复具有重要的实际意
义［１０－１２］。现采用盆栽土培试验法研究了土壤不同浓度
梯度重金属Ｃｄ污染下荠菜和油菜的生长和累积效应及
其对重金属Ｃｄ污染土壤的修复潜力，并对螯合剂辅助
下荠菜和油菜的修复效果进行了初步探讨，以期为受Ｃｄ
污染土壤的植物修复提供理论参考和科学依据。
１　材料与方法
１．１　试验材料
供试土样为采自吉林农业大学南门外的农田土（０～
２０ｃｍ），土壤类型为黑钙土，自然风干后混合均匀，除去
杂物，过３ｍｍ筛，室温保存备用。
土壤基本理化性质为：ｐＨ　７．９（水土比为２．５∶１），
阳离子交换量１７２．３ｍｍｏｌ／ｋｇ，有机质３７．２１ｇ／ｋｇ，全氮
２．５６ｇ／ｋｇ，全磷１．３５ｇ／ｋｇ，全钾４８．７６ｇ／ｋｇ，碱解氮
６５．７２ｍｇ／ｋｇ，有效磷５９７．３０ｍｇ／ｋｇ，速效钾１．０３ｇ／ｋｇ，
全Ｃｄ含量１３．４５ｍｇ／ｋｇ。试验所用螯合剂为：ＥＤＴＡ＋
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·土壤与肥料· 北方园艺２０１５（０６）：１６７～１７２
乙酸（浓度比２∶１，ｐＨ　４．２），供试作物为荠菜和油菜，荠
菜为大叶荠菜，油菜为甘蓝型油菜，购于长春市霞光种
业有限公司。
１．２　试验方法
试验共分６个处理水平，每个处理３次重复，采用
直径４８．８ｃｍ、高３５．５ｃｍ带有托盘的塑料盆进行土培试
验，每盆盛过筛风干土５．０ｋｇ，按照盆栽植物对养分的需
求比例，分别加入尿素、磷酸二氢钾和硫酸钾１　５００、３５０、
３００ｍｇ／ｋｇ作为底肥，充分混匀。以分析纯ＣｄＣｌ２·２．５
Ｈ２Ｏ作为Ｃｄ污染试剂，去离子水配成母液，逐级稀释配
成溶液，其质量浓度分别为０、４０、８０、１２０、１６０、２００ｍｇ／ｋｇ
设计６个处理，分别喷洒到盆栽试验的土壤中，边喷边
搅拌，以保证Ｃｄ的均匀分布，保持土壤湿度为田间持水
量的６０％～７０％，并在温室中稳定２１ｄ。
２０１３年３月２０日，在吉林农业大学温室大棚中选
取生长健壮，长势和个体大小一致的荠菜和油菜幼苗分
别移栽至盆中，每盆６株。植物在自然光照下生长，定
期以称重法加自来水（ｐＨ　７．０，水中未检出Ｃｄ２＋）浇灌。
幼苗移栽生长４０ｄ后测定株高，并采集叶片测定叶绿
素、游离脯氨酸含量，收获每个花盆的一半植株，蒸馏水
洗净整个植株（分为地上、地下和籽实），晾干，在１０５℃
杀青３０ｍｉｎ，７０℃烘干至恒重，电子天平称取各部分干
重（精确到０．０１ｇ），烘干样品粉碎过４０目筛，用于测定
重金属Ｃｄ含量；５０ｄ后添加螯合剂（共设０、３、６、９、１２、
１５ｍｍｏｌ／ｋｇ）进行螯合强化试验，加入螯合剂１５ｄ后收
获所有植株，按照上述步骤测定植株各部分重金属Ｃｄ
含量。
１．３　项目测定
１．３．１　植物生长及生理指标　直尺测定株高；烘干称重
法测定植物地上、地下和籽实干重；８０％丙酮提取，分光
光度法测定叶绿素含量；氨基水杨酸酸性茚三酮比色法
测定游离脯氨酸［１３］。
１．３．２　植物及土壤样品Ｃｄ含量测定　称取粉碎后的
植物或者土壤样品０．２ｇ，放入聚四氟乙烯消解罐中，润
湿后加入混合酸（ＨＮＯ３和ＨＣｌＯ４体积比为５∶１）６ｍＬ，
新仪ＭＤＳ６型微波消解仪消解，消解后的样品经加热赶
酸后蒸馏水定容，日立Ｚ－５０００型原子吸收分光光度计测
定其中的Ｃｄ含量（测定条件为波长２８３．３ｎｍ，狭缝宽
１．３ｎｍ，灯电流９．０ｍＡ，空气流量１５．０Ｌ／ｍｉｎ，燃气流
量２．２Ｌ／ｍｉｎ，测量器高度７．５ｍｍ）。其中，植物体内Ｃｄ
含量富集系数（ＢＣＦ）＝地上部重金属含量／土壤重金属
含量［１４］。
１．４　数据分析
采用Ｅｘｃｅｌ　２００３和ＳＰＳＳ　１７．０软件进行数据统计和
检验，单因素方差分析（Ｏｎｅ－ｗａｙ　ＡＮＯＶＡ），显著性用
Ｔｕｋｅｙ法，Ｏｒｉｇｉｎ　７．５软件作图。
２　结果与分析
２．１　不同水平Ｃｄ处理对荠菜和油菜生长状况的影响
由表１可知，土壤添加外源Ｃｄ在一定程度上影响
了荠菜和油菜的生长，其中，当土壤Ｃｄ添加水平大于
１２０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜和油菜逐渐出现了植株矮小、叶片失
绿、脱落等症状，但并没有死亡。土壤添加外源Ｃｄ浓度
不同，荠菜和油菜的株高、地上部和根部干重都有所不
同。不同水平Ｃｄ处理荠菜和油菜的株高和干重均表现
出先增加后降低的趋势，其中，Ｃｄ浓度为４０ｍｇ／ｋｇ时，
油菜和油菜植株高、地上部和根部干重与对照差异不显
著（Ｐ＞０．０５），Ｃｄ浓度高于４０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜和油菜植
株高、地上部和根部干重则显著增加（Ｐ＜０．０５），Ｃｄ浓
度为１２０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜植株高、地上部和根部干重分
别比相应对照增加了１３．１０％、８．７６％和１３．００％，油菜
植株高、地上部和根部干重分别比相应对照增加了
１０．６３％、５．６５％和１２．９６％。结果显示低水平的Ｃｄ对
荠菜和油菜的生长有促进作用，这可能是Ｃｄ的加入促
使其它必需营养元素的离子更为有效所致；当Ｃｄ的添
加量高于１２０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜和油菜株高、地上部和根
部干重随着土壤Ｃｄ含量的增加而急剧降低，且随着Ｃｄ
处理水平的升高，其下降幅度更大，其中在２００ｍｇ／ｋｇ
时，荠菜植株高、地上部和根部干重分别比相应对照显
著降低了７．０１％、１４．１４％、１８．７４％，油菜植株高、地上部
和根部干重分别比相应对照显著降低了８．３５％、
１６．５７％、２２．２４％，此时Ｃｄ对油菜的生长表现出显著抑
制作用。
　　表１ 不同水平Ｃｄ处理下荠菜和油菜株高和干重
　　Ｔａｂｌｅ　１ Ｐｌａｎｔ　ｈｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｄｒｙ　ｗｅｉｇｈｔ　ｏｆ　Ｃａｐｓｅｌｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｃｄ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔｓ
Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
荠菜 油菜
株高／ｃｍ 地上干重／（ｇ·株－１） 地下干重／（ｇ·株－１） 株高／ｃｍ 地上干重／（ｇ·株－１） 地下干重／（ｇ·株－１）
０（ＣＫ） ５４．２±２．４ｂ ５．０２±０．５４ｂ ０．５２３±０．１２ｂ ５２．７±２．９ｂ ５．１３±０．６４ｂ ０．５１７±０．２９ｂ
４０　 ５５．８±３．５ｂ ５．１４±０．３２ｂ ０．５３３±０．３５ｂ ５３．８±３．５ｂ ５．１８±０．３５ｂ ０．５２２±０．３４ｂ
８０　 ６０．７±２．７ａ ５．３２±０．４６ａ ０．５８２±０．２１ａ ５６．７±３．６ａ ５．３４±０．５８ａ ０．５７１±０．２８ａ
１２０　 ６１．３±２．９ａ ５．４６±．０６７ａ ０．５９１±０．２８ａ ５８．３±２．７ａ ５．４２±０．６９ａ ０．５８４±０．３５ａ
１６０　 ５４．９±３．４ｂ ４．６８±０．５２ｃ ０．５３１±０．３１ｂ ５１．２±３．８ｂｃ　 ４．５３±０．３７ｃ ０．５２３±０．４１ｂ
２００　 ５０．４±３．０ｃ ４．３１±０．４３ｄ ０．４２５±０．３６ｃ ４８．３±４．１ｃ ４．２８±０．３４ｃ ０．４０２±０．３６ｃ
　　注：不同小写字母表示差异显著（Ｐ＜０．０５），下同。
Ｎｏｔｅ：Ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｌｏｗｅｒｃａｓｅ　ｌｅｔｔｅｒｓ　ｓｈｏｗ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ａｔ　０．０５ｌｅｖｅｌ，ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｂｅｌｏｗ．
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北方园艺２０１５（０６）：１６７～１７２ ·土壤与肥料·
２．２　不同水平Ｃｄ处理对油菜叶片叶绿素和脯氨酸含量
叶绿素是植物进行光合作用的重要物质，其含量的
多少直接标志着生长能力的强弱［１４－１５］。脯氨酸是植物
细胞内最重要的渗透调节物质之一，在正常环境下生长
的植物体内脯氨酸含量较低，但在干旱、高盐、高温、冰
冻、紫外线以及重金属等胁迫条件下，脯氨酸含量可显
著增加，因此可将二者作为油菜对重金属Ｃｄ污染的耐
性指标［１５－１６］。从表２可以看出，不同水平Ｃｄ处理荠菜
和油菜叶绿素ａ和ｂ含量均表现出先增加后降低的趋
势，低水平（４０ｍｇ／ｋｇ）Ｃｄ处理时，荠菜和油菜叶绿素ａ
和ｂ含量较对照有所增加但未达到显著水平（Ｐ＞０．０５）；
当Ｃｄ的添加量在４０～１２０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜和油菜叶绿素
ａ和ｂ含量显著增加；当Ｃｄ的添加量在１２０ｍｇ／ｋｇ时，荠
菜叶绿素ａ和ｂ含量分别比相应对照增加了１１．６７％和
１３．３８％，油菜叶绿素ａ和ｂ含量分别比相应对照增加
了１１．２１％和１４．３７％；当Ｃｄ的添加量高于１２０ｍｇ／ｋｇ
时，荠菜和油菜叶绿素ａ和ｂ含量急剧下降，且随着Ｃｄ
处理水平的升高，其下降幅度更大，当Ｃｄ的添加量为
２００ｍｇ／ｋｇ时，荠菜叶绿素ａ和ｂ含量分别比相应对照
降低了６５．００％和１７．４０％，油菜叶绿素ａ和ｂ含量分别
比相应对照降低了６２．９３％和１５．９７％。这表明高浓度
的Ｃｄ胁迫对油菜叶片叶绿素造成严重的破坏，干扰了
叶绿素的生物合成，影响了叶片光合能力。从表３还可
以看出，各浓度Ｃｄ胁迫下荠菜和油菜叶片叶绿素ｂ含
量和叶绿素总量与叶绿素ａ含量的变化趋势基本一致，
但Ｃｄ对叶绿素ａ的影响比叶绿素ｂ更明显。
荠菜和油菜体内脯氨酸含量随着土壤Ｃｄ处理浓度
的升高而增加，且各处理间及其与对照间均存在显著差异
（Ｐ＜０．０５），当Ｃｄ的添加量高于４０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜和油菜
体内脯氨酸含量急剧上升，当Ｃｄ的添加量为２００ｍｇ／ｋｇ
时，比对照相比，荠菜和油菜体内脯氨酸含量分别增加
了１５．５７、１６．９５倍，这也证实油菜体内存在对重金属Ｃｄ
胁迫的耐性机制，主要是由于脯氨酸在叶片中的积累一
定程度上缓解了质膜损伤对植物造成的危害，有利于维
持植物体内的代谢平衡，保持植物的正常生长。
　　表２ 不同水平Ｃｄ处理下油菜叶片的叶绿素和脯氨酸含量
　　Ｔａｂｌｅ　２ Ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌ　ａｎｄ　ｐｒｏｌｉｎｅ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｉｎ　ｌｅａｖｅｓ　ｏｆ　Ｃａｐｓｅｌｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｃｄ　ｌｅｖｅｌｓ
Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
荠菜 油菜
叶绿素ａ
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
叶绿素ｂ
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
脯氨酸
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
叶绿素ａ
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
叶绿素ｂ
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
脯氨酸
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
０（ＣＫ） １．２０±０．１３ａｂ　 ０．５２３±０．０４２ｂ ７５．９±９．８ｆ １．１６±０．０７ｂｃ　 ０．５０１±０．０５６ｂｃ　 ６９．４±７．５ｆ
４０　 １．２３±０．０８ｂ ０．５２５±０．０５２ｂ １００．５±１３．６ｅ １．１７±０．０９ｂ ０．５２０±０．０４２ｂ ９３．７±１１．８ｅ
８０　 １．３１±０．０７ａ ０．５８２±０．０２４ａ ５３２．４±２４．７ｄ １．２６±０．１４ａ ０．５６４±０．０３９ａ ４９３．５±２１．８ｄ
１２０　 １．３４±０．１５ａ ０．５９３±０．０６２ａ ７２９．７±２９．４ｃ １．２９±０．０５ａ ０．５７３±０．０４９ａ ６９８．３±１８．７ｃ
１６０　 ０．９３±０．０３ｃ ０．４６２±０．０３３ｃ １　０２３．４±３５．２ｂ ０．７２±０．０７ｃ ０．４４６±０．０５３ｃ ９２４．７±２５．４ｂ
２００　 ０．４２±０．０４ｃ ０．４３２±０．０２９ｃ １　２５７．８±３０．１ａ ０．４３±０．０３ｄ ０．４２１±０．０２２ｃ １　２４５．４±３９．６ａ
２．３　油菜对重金属Ｃｄ的积累作用
由表３、４可知，荠菜地上部Ｃｄ浓度为３．０９～
２４．１５ｍｇ／ｋｇ，约为对照的０．０２～６．９７倍，地下部Ｃｄ浓
度为７．１３～６６．２１ｍｇ／ｋｇ，约为对照的０．１４～９．５８倍，籽
实Ｃｄ浓度为０．５６～２．３７ｍｇ／ｋｇ，约为对照的０．０８～
３．５６倍；油菜地上部Ｃｄ浓度为２．２１～１７．８０ｍｇ／ｋｇ，约
为对照的０．４２～１０．４１倍，地下部Ｃｄ浓度为４．５６～
５３．７８ｍｇ／ｋｇ，约为对照的０．９２～２１．６０倍，籽实Ｃｄ浓度
为０．５９～４．３５ｍｇ／ｋｇ，约为对照的１．２７～１５．７３倍；荠菜
和油菜地上、地下部和籽实Ｃｄ含量均随着Ｃｄ处理水平
的增加呈先增加后降低趋势，低水平（４０ｍｇ／ｋｇ）Ｃｄ处理
时，荠菜和油菜地上部、地下部和籽实Ｃｄ含量较对照有
所增加但未达到显著水平（Ｐ＞０．０５）；当Ｃｄ的添加量高
于４０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜和油菜地上部、地下部和籽实Ｃｄ
含量急剧增加，当Ｃｄ的添加量达到１２０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜
和油菜地上部、地下部和籽实Ｃｄ含量达到最大，之后略
有降；荠菜和油菜土壤Ｃｄ浓度随着Ｃｄ处理水平的增加
呈逐渐增加趋势，当Ｃｄ的添加量高于４０ｍｇ／ｋｇ时，荠菜
和油菜土壤Ｃｄ浓度急剧增加，之后其增加幅度逐渐减
小；二者对Ｃｄ的富集系数随着Ｃｄ处理水平的增加而逐
　　表３ 不同Ｃｄ处理水平下荠菜体内含Ｃｄ量
　　Ｔａｂｌｅ　３ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ　Ｃａｐｓｅｌｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ
Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
地上Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
根部Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
籽实Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
土壤Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
富集系数
（ＢＣＦ）
０（ＣＫ） ３．０３±０．５２ｄ ６．２６±１．２３ｄ ０．５２±０．０８ｃ ３６．５６±３．４５ｄ ０．０８３ａ
４０　 ３．０９±０．２４ｄ ７．１３±０．７７ｄ ０．５６±０．０７ｃ ６７．１８±５．２８ｄ ０．０４６ｂ
８０　 ８．０８±０．７８ｃ １５．７８±２．１２ｃ １．２３±０．１２ｂ １９７．２６±９．７９ｃ ０．０４１ｂ
１２０　 ２４．１５±２．３４ａ ６６．２１±５．７４ａ ２．３７±０．１１ａ ６３５．４８±１３．５６ｂ ０．０３８ｂ
１６０　 １９．６３±３．１３ｂ ５５．７８±６．６２ｂ １．６８±０．２３ａｂ　 ８９２．４５±１０．２８ａ ０．０２２ｃ
２００　 １８．８８±１．７８ｂ ５０．１３±５．２５ｂ １．５４±０．３１ａｂ　 ９９３．７８±１６．４１ａ ０．０１９ｃ
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·土壤与肥料· 北方园艺２０１５（０６）：１６７～１７２
　　表４ 不同Ｃｄ处理水平下油菜体内含Ｃｄ量
　　Ｔａｂｌｅ　４ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ
Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
地上Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
根部Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
籽实Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
土壤Ｃｄ浓度
／（ｍｇ·ｋｇ－１）
富集系数
（ＢＣＦ）
０（ＣＫ） １．５６±０．２３ｃ ２．３８±０．５４ｃ ０．２６±０．０７ｂ ２３．１５±２．４５ｅ ０．０６７ａ
４０　 ２．２１±０．１５ｃ ４．５６±０．９２ｃ ０．５９±０．１３ｂ ６３．２５±５．１２ｄ ０．０３５ｂ
８０　 ６．６０±０．７８ｂ １８．７３±３．１４ｂ ０．７３±０．２２ｂ ２３５．７±９．３８ｃ ０．０２８ｂｃ
１２０　 １７．１４±１．３６ａ ４９．２３±５．２３ａ ３．８６±０．４６ａ ６８５．４±１２．５４ｂ ０．０２５ｃ
１６０　 １７．８０±０．９７ａ ５３．７８±４．７４ａ ４．３５±０．５２ａ １　１０５．７±２６．７８ａ ０．０１７ｄ
２００　 １６．３４±１．７８ａ ４８．５７±３．７８ａ ３．１２±０．３１ａ １　２５７．３±３３．４６ａ ０．０１３ｄ
渐降低，并且均显著低于对照（Ｐ＜０．０５），当Ｃｄ的添加
量高于１２０ｍｇ／ｋｇ时，二者对Ｃｄ的富集系数则急剧下
降，当Ｃｄ添加量为１６０、２００ｍｇ／ｋｇ时，荠菜和油菜对Ｃｄ
的富集系数差异并不显著（Ｐ＞０．０５）。
２．４　Ｃｄ污染下荠菜和油菜的吸收效应
为揭示Ｃｄ污染下荠菜和油菜对土壤Ｃｄ的吸收规
律，以不同水平处理Ｃｄ浓度为自变量ｘ，荠菜和油菜不
同部位（地上和地下）Ｃｄ含量为因变量ｙ，将荠菜和油菜
各部位Ｃｄ含量与土壤中Ｃｄ含量之间的关系，拟合多元
线性回归方程，并对数据进行偏相关分析。由表５可
知，荠菜和油菜不同部位Ｃｄ含量与不同水平处理Ｃｄ浓
度之间的回归方程均达到显著性水平（Ｐ＜０．０１），荠菜
地上部和地下部Ｃｄ含量与不同水平处理Ｃｄ浓度的偏
相关系数分别为０．７９２３＊＊和０．８１３１＊＊，达到极显著正
相关（Ｐ＜０．０１），油菜地上部和地下部Ｃｄ含量与不同水
平处理 Ｃｄ浓度的偏相关系数分别为０．９１５４＊＊ 和
０．９３８７＊＊，达到极显著正相关（Ｐ＜０．００１）。这表明添加
处理后土壤中Ｃｄ能被植物有效吸收，土壤Ｃｄ含量在一
定程度上代表着土壤中Ｃｄ的有效量，在这种条件下，研
究土壤中重金属Ｃｄ之间的关系，既能反映它们的植物
有效性，又能说明土壤中Ｃｄ含量，具有较强的代表性。
　　表５ 荠菜和油菜不同部位Ｃｄ含量与不同水平处理Ｃｄ浓度之间的多元回归分析
　　Ｔａｂｌｅ　５　 Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ　Ｃａｐｓｅｌｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ
物种 自变量（Ｘ） 多元回归方程 决定系数Ｒ２ 显著性Ｐ 偏相关系数ｒ
荠菜
地上Ｃｄ含量 ｙ＝４０．９５０ｘ－５４．１２３　 ０．７８７６　 ０．０００　 ０．７９２３＊＊
地下Ｃｄ含量 ｙ＝１４．１３３ｘ－３．６８３７　 ０．７９３５　 ０．０００　 ０．８１３１＊＊
油菜
地上Ｃｄ含量 ｙ＝６４．６４６ｘ－１０２．４９　 ０．８５３６　 ０．０００　 ０．９１５４＊＊
地下Ｃｄ含量 ｙ＝２１．１１６ｘ－６２．０５７　 ０．８７２０　 ０．０００　 ０．９３８７＊＊
　　注：＊＊相关性在０．０１水平上显著（双尾），＊相关性在０．０５水平上显著（双尾）。
Ｎｏｔｅ：＊＊Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ａｔ　ｔｈｅ　０．０１ｌｅｖｅｌ（２－ｔａｉｌｅｄ），＊Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ａｔ　ｔｈｅ　０．０５ｌｅｖｅｌ（２－ｔａｉｌｅｄ）．
２．５　螯合剂对荠菜和油菜吸收Ｃｄ的影响
由图１可知，在不同水平螯合剂处理下的油菜地上
部和地下部Ｃｄ含量均明显高于相应对照（０ｍｍｏｌ／ｋｇ），
而地上部的Ｃｄ量又明显高于同浓度的地下含量。其
中，３～１５ｍｍｏｌ／ｋｇ螯合剂处理下荠菜的地上部含Ｃｄ
量分别比对照增加了１．８３、５．３５、１０．８１、１２．３９、１５．２３倍，
地下部含Ｃｄ量分别比对照增加了０．６５、１．８１、３．３５、
４．０３、４．６１倍；油菜的地上部含Ｃｄ量分别比对照增加了
２．４７、７．８３、１７．４２、２６．１７、３３．０６倍，地下部含Ｃｄ量分别
比对照增加了３．０３、７．０３、８．９９、１０．５２、１２．５０倍。相同螯
合剂处理下，荠菜地上部和地下部Ｃｄ含量均高于油菜。
图１　螯合剂对荠菜和油菜体内Ｃｄ含量的影响
Ｆｉｇ．１　Ｅｆｅｃｔ　ｏｆ　ｃｈｅｌａｔｏｒ　ｏｎ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓ　ｉｎ　Ｃａｐｓｅｌｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ
０７１
北方园艺２０１５（０６）：１６７～１７２ ·土壤与肥料·
３　讨论与结论
有关重金属植物修复方面的研究，国内外已经取得
了重要进展，但有些问题仍待解决。该试验对荠菜和油
菜的土壤重金属Ｃｄ修复效果进行了研究，结果表明，荠
菜和油菜对土壤Ｃｄ污染具有一定的耐性，低浓度的Ｃｄ
处理对油菜的生长表现促进作用，高浓度Ｃｄ处理抑制
荠菜和油菜的生长，这与前人的研究结果相一致［１５，１７－１９］。
同时，重金属Ｃｄ可以引起荠菜和油菜的抗性反应，表现
在油菜体内的游离脯氨酸含量随Ｃｄ浓度的升高而上
升，二者表现为显著的正相关性。但这种耐性是有一定
限度的，高于一定程度则会受到伤害，从而表现出植株
矮化、叶片失绿等症状，该研究表明，１２０ｍｇ／ｋｇ可能是
荠菜油菜受Ｃｄ毒害的临界浓度。
从该研究的结果来看，Ｃｄ在油菜体内分布大小为：
根部＞地上部＞籽实，其含量也随着土壤重金属Ｃｄ浓
度的增加而提高，但这种增加是有限度的，超过限度就
会对油菜造成伤害。荠菜和油菜地下部Ｃｄ含量及其变
化幅度均明显高于地上部和籽实，二者吸收的Ｃｄ大都
分布在植株地下部，表现出对Ｃｄ有较强的转移能力，而
地上部和籽实吸收的Ｃｄ含量较低，对Ｃｄ的转移能力较
低，这对于植物修复来说非常有利，荠菜和油菜对Ｃｄ的
富集系数随着Ｃｄ处理水平的增加而逐渐降低，这可能
是由于随土壤中Ｃｄ含量增加，其毒性也不断增强，对植
物的机能造成损害也逐渐加重，从而抑制了植株对土壤
Ｃｄ的吸收及向地上部转运的能力［１４－１５，１８－１９］，导致其地下
部Ｃｄ含量相对较高，而荠菜和油菜这２种叶菜类植物
对土壤Ｃｄ污染比较敏感，可以视其为重金属极重度累
积型植物，也即荠菜和油菜能将重金属大量的富集在地
下部，表现出一定的富集重金属的能力［１７，２０］，二者同为
十字花科叶菜类植物，在对土壤Ｃｄ的吸收和富集上呈
现出相一致的规律特点。综合结果来看，荠菜和油菜对
土壤Ｃｄ的吸收能力均较强，具备超富集植物的潜能。
但相比之下，荠菜的地上、地下和籽实Ｃｄ含量及其变化
幅度均高于油菜，这说明与油菜相比，荠菜具有较强的
吸收富集土壤中Ｃｄ的能力，修复Ｃｄ污染土壤的应用潜
力较大。综上所述，荠菜和油菜均具有修复Ｃｄ污染土
壤的潜力，今后应进一步对不同生长期体内Ｃｄ的动态
变化进行研究，并对添加的螯合剂与常用的螯合剂ＥＤ－
ＴＡ之间的螯合效果进行对比分析，再进一步对它们的
环境风险进行评价研究。
ＥＤＴＡ 是最常见的一种螯合剂，对很多重金属都有
很好的螯合作用［１４－１５，１８，２１－２２］，该试验所用的螯合剂为ＥＤ－
ＴＡ与乙酸的混合试剂，其摩尔比为２∶１，ＥＤＴＡ与乙酸
混合，一方面可以降低土壤ｐＨ值，有利于植物对Ｃｄ的
吸收；另一方面，乙酸具有解毒作用，可降低重金属离子
对土壤微生物和植物的毒性［１４－１５，１８，２１－２２］。该研究发现，当
加入不同水平螯合剂以后，荠菜和油菜地上部Ｃｄ含量
迅速上升，但是与未加螯合剂的对照相比，植株生长状
况基本一致，除了少许叶片发黄外并未出现明显伤害，
进一步表明了重金属Ｃｄ经过一定程度的螯合可能会降
低它的生物毒性。根部的重金属含量增加远没有地上
部明显，这说明螯合剂的施用有效活化了土壤中的Ｃｄ，
增强了Ｃｄ的生物可利用性，使其移动性大大增加。
该试验首次研究了Ｃｄ在油菜籽实中的分布特性，
虽然与油菜其它器官相比油菜籽实积累Ｃｄ含量很少，
但其含量仍高于其它植物，因此建议荠菜和油菜整体采
收、晾晒后，进行籽实的分离，最后对焚烧灰分进行安全
填埋处理，这样不仅能够对污染土壤进行修复，还能够
取得一定经济效益。该研究中荠菜和油菜对Ｃｄ的修复
效率虽然与超富集植物相比有较大差距，但在生物量上
有明显的优势，该试验中辅助以螯合强化措施后，明显
提高了二者对Ｃｄ的转运效率，如能应用分子生物学和
基因工程技术，将超富集植物的遗传因子克隆给荠菜和
油菜这类高产植物，培育重金属积累能力强、生物量大、
适应性广的超积累植物是一种有前景的植物修复技术。
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１７１
·土壤与肥料· 北方园艺２０１５（０６）：１６７～１７２
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Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ
ＺＨＯＵ　Ｘｕ－ｄａｎ，ＺＨＡＯ　Ｃｈｕｎ－ｌｉ，ＳＵＮ　Ｘｉａｏ－ｇａｎｇ，ＪＩＡＮＧ　Ｄａ－ｗｅｉ，ＣＡＩ　Ｙａｎ
（Ｃｏｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｈｏｒｔｉｃｕｌｔｕｒｅ，Ｊｉｌｉｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ，Ｊｉｌｉｎ　１３０１１８）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇ　Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ａｓ　ｔｅｓｔ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｔｈｅ　Ｃｄ　ｔｏｌｅｒａｎｃｅ，ｕｐｔａｋｅ　ａｎｄ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ
Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｕｎｄｅｒ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｉｎ　ｓｏｉｌ，ａｎｄ　ｔｏ　ｅｎｈａｎｃｅ　ｔｈｅ　ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｅｆｅｃｔ　ｂｙ
ａｄｄｉｎｇ　ｃｈｅｌａｔｏｒ　ｗａｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎｄｉｃａｔｅｄ　ｔｈａｔ　ｌｏｗ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｄ　ｃｏｕｌｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｐｌａｎｔ　ｈｅｉｇｈｔ，ｄｒｙ　ｗｅｉｇｈｔ
ａｎｄ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｔｏ　ｓｏｍｅ　ｅｘｔｅｎｔ，ｗｈｉｌｅ　ｈｉｇｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｄ　ｒｅｓｔｒａｉｎ　ｔｈｅ　ｇｒｏｗｔｈ　ｏｆ　Ｃａｐｓｅｌａ
ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ，ｗｈｅｎ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｗａｓ　１２０ｍｇ／ｋｇ，ｔｈｅ　ｐｌａｎｔ　ｈｅｉｇｈｔ，ｄｒｙ　ｗｅｉｇｈｔ　ａｎｄ　ｔｏｔａｌ　ｃｈｌｏｒｏｐｈｙｌ
ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｗａｓ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｌｉｎｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ
Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ　ｓｏｉｌ，ｗｈｅｎ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｗａｓ　２００ｍｇ／ｋｇ，Ｔｈｅ　ｐｒｏｌｉｎｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ
ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｂｙ　１６．５７ｔｉｍｅｓ　ａｎｄ　１７．９５ｔｉｍｅｓ　ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｔｒｏｌ．Ｔｈｅ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ　ｒｏｏｔｓ　ｗａｓ　ｍｕｃｈ
ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｓｈｏｏｔｓ　ａｎｄ　ｓｅｅｄｓ，ｔｈｅ　Ｃｄ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｉｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｗｅｒｅ
ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ　ｓｏｉｌ，ｒｅａｃｈｅｄ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈｅｓｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｗｈｅｎ　Ｃｄ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｗａｓ　１２０ｍｇ／ｋｇ，
ａｆｔｅｒ　ｔｈａｔ，ｔｈｅ　Ｃｄ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｗｅｒｅ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ　ｓｈａｒｐｌｙ．Ｔｈｅ　Ｃｄ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｉｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐａｒｔｓ　ｏｆ　Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ
Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｗｅｒｅ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｃｏｒｒｅｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ　ｓｏｉｌ，ｗｈｉｃｈ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ
ｓｏｉｌ　ｃｏｕｌｄ　ｂｅ　ａｂｓｏｒｂｅｄ　ｂｙ　ｐｌａｎｔｓ　ｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａｎｄ　ｔｈｅ　Ｃｄ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｉｎ　ｄｉｆｅｒｅｎｔ　ｐａｒｔｓ　ｗｅｒｅ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｅｐｅｎｄｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ
ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｄ　ｉｎ　ｓｏｉｌ．Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ －ｐａｓｔｏｒｉｓ　ａｎｄ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ　ｗａｓ　ａ　ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ　ｃｒｏｐ　ｔｏ　ｂｅ　ｕｓｅｄ　ｆｏｒ
ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｏｎ　Ｃｄ　ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｅｄ　ｓｏｉｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　Ｃｄ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｔｗｏ　ｐｌａｎｔｓ
ｗｅｒｅ　ｕｎｉｆｏｒｍ　ｗｈｉｃｈ　Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ　ｗａｓ　ｈｉｇｈｅｒ　ｔｈａｎ　Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ．Ｔｈｅ　Ｃｄ　ｃｏｎｔｅｎｔｓ　ｏｆ　ａｂｏｖｅ－ｇｒｏｕｎｄ　ａｎｄ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃａｐｓｅｌａ　ｂｕｒｓａ－ｐａｓｔｏｒｉｓ；Ｏｉｌｓｅｅｄ　ｒａｐｅ；Ｃｄ　ｐｏｌｕｔｉｏｎ；ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ
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