全 文 ：混合稀土对作物出苗率的影响 3
张自立 3 3 　常　江　汪成胜　柴绍明　韩修明　李　瑞　(安徽农业大学 ,合肥 230036)
【摘要】　用 OECD 方法 ,在红壤、黄潮土、黄褐土上进行了混合稀土对水稻、油菜、大豆相对出苗率影响的试验.
从 LC50 (半致死浓度)值看 ,在供试条件下 ,稀土对水稻的毒性最小 ,稀土在黄褐土上对作物的毒性也较小 ,而稀
土对黄潮土上的大豆以及红壤上的油菜的毒性则较大.
关键词 　混合稀土 　作物 　相对出苗率 　LC50
文章编号 　100129332 (2001) 0320395203 　中图分类号 　X171. 5 　文献标识码 　A
Effect of rare earth elements on the seedling ratio of crops. ZHAN G Zili ,CHAN G Jiang ,WAN G Chengsheng ,CHAI
Shaoming ,HAN Xiuming ,L I Rui ( A nhui A gricultural U niversity , Hef ei 230036) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2001 ,12
(3) :395～397.
The effects of rare earth elements(REEs) on the relative seedling ratio of three crops (rice ,rape and soybean) in three
soil (red soil ,yellow fluvo2aquic soil and yellow cinnamon soil) were studied according to OECD method ,and the LC50
were obtained. Toxicity effect of REEs on rice was minimum among the crops tested. The toxicity on crops in yellow
cinnamon soil was lower , whereas on soybean in yellow fluvo2aquic soil and on rape in red earth were higher.
Key words 　Rare earth elements , Crop , Relative seedling ratio , LC50 .
　　3 国家自然科学基金重大资助项目 (29890280) .
　　3 3 通讯联系人.
　　2000 - 07 - 16 收稿 ,2000 - 11 - 02 接受.
1 　引 　　言
稀土农用在我国已开展多年[2 ,5 ] . 稀土的施用方
式也由最初的叶面喷洒发展到将稀土添加到 N、P、K
三元复混肥中随基肥施入耕层土壤. 以往的研究业已
表明 ,稀土进入土壤表层后 ,很少向下迁移 ,这必然会
造成稀土在耕层的不断积累[8 ] . 由于稀土元素属于重
金属 ,因此 ,长期施用含有稀土的复混肥可能对农作物
生长乃至农田生态系统造成的影响 ,引起了人们的普
遍关注. 为评价重金属对植物的急性毒性效应 ,OECD
(全称 Organization for Economic Co2operation and De2
velopment)提出了一套相应的试验规范 (编号 208) ,由
此得到的结果之一 :半致死浓度即 LC50是评价重金属
对植物毒性的重要参数. 本文即根据该规范 ,结合稀土
农用的实际 ,在土培条件下进行了混合稀土对水稻
( O ryz a sativa) 、油菜 ( B rassica napus) 和大豆 ( Glyci ne
m ax) 出苗率影响的研究.
2 　材料与方法
211 　供试土壤
供试土壤共 3 种 ,分别是红壤 (代号 RS ,采自江西鹰潭) 、
黄褐土 (代号 YC ,采自安徽合肥) 、黄潮土 (代号 YF ,采自河南
封丘) . 3 种土壤的基本理化性状见表 1.
212 　供试稀土及配制
供试稀土为包头包钢三厂生产的 RECl3 ·6H2O ,含 REO
46. 64 % ,所含稀土元素以轻稀土为主. RECl3·6H2O 既可直接
农用 ,也是生产其它农用稀土化合物的原料.
213 　供试作物
供试作物共 3 种 ,分别为水稻 (代号 R) ,品种为协优 57 ;油
菜 (代号 RA) ,品种为油研 7 号 ;大豆 (代号 S) ,品种为特早熟毛
豆.
214 　处理设置
供试土壤均经风干、磨细并过 1mm 筛. 按每份 200 克称取
(每种土壤各称 90 份) 后 ,放入直径 12. 5cm 的培养皿中 ,而后
将装有同一种土壤的培养皿分为每 10 个为 1 组 ,每组培养皿
依次加入 5. 35 %的 ReCl3 ·6H2O 水溶液 0、4. 0、8. 0、12. 0、
16. 0、20. 0、24. 0、28. 0、32. 0、40. 0ml ,即成为 REO 添加量为 0
(对照) 、0. 5、1. 0、1. 5、2. 0、2. 5、3. 0、3. 5、4. 0、5. 0g·kg - 1的 10
个处理. 将同一种土壤的 3 组培养皿合并成 1 大组 ,每大组种
植同一种作物 ,即构成每种土壤、每种作物、10 个 REO 浓度处
理、3 次重复.
作物种子经过氧化氢消毒后浸种 12～24h ,而后按处理要
求在每个培养皿中均匀播入水稻 50 粒或油菜 50 粒或大豆 20
粒 ,以对照处理有 50 %以上芽尖出土为起始日 ,定期观察出苗
情况并记录至少 14d.
215 　数据处理
以最后一次观察结果为准 ,以对照处理 3 次重复的平均值
为 100 % ,求得其它各处理的相对出苗率 ( %) . 而后以 REO 浓
度为 x 、相对出苗率为 y 进行数学拟合 ,求得相应的数学方程
式及 R2 值. 令 y = 50 ,求得的 x 值即为 LC50 ( REO mg·kg - 1 ) ,
又称半致死浓度.
应 用 生 态 学 报 　2001 年 6 月 　第 12 卷 　第 3 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,J un. 2001 ,12 (3)∶395～397
表 1 　供试土壤的基本理化性状
Table 1 Physico2chemical properties of tested soils
土壤
Soil
p H
( H2O)
有机质
(g·kg - 1)
CEC
(cmol·kg - 1)
机械组成 Mechanical composition ( %)
砂粒 Sand 粉砂粒 Silt 粘粒 Clay
质地
Texture
RS 5. 95 14. 3 10. 84 32. 9 21. 4 45. 7 Clay2soil
YC 7. 02 20. 1 15. 46 22. 5 38. 8 38. 7 Loamy clay
YF 7. 51 11. 8 6. 85 85. 6 12. 9 2. 4 Sandy loam
RS :红壤 Red soil ; YC :黄褐土 Yellow cinnamon soil ; YF :黄潮土 Yellow flavo2aquic soil. 下同 The same below.
3 　结果与讨论
311 　3 种土壤上 3 种作物的 REO LC50值
在 OECD 208 中 ,LC50是评价重金属对植物毒性
的重要基础数据. LC50的数值越小 ,表明该金属离子对
植物的毒性越强. 本试验中 ,在 3 种土壤上添加不同浓
度的 REO 时 ,混合稀土浓度对 3 种作物相对出苗率的
影响及 LC50计算结果分别列于表 2、3.
表 2 　3 种作物在 3 种土壤上的相对出苗率
Table 2 Relative seedling ratio of three crops in three soils( %)
作物
Crops
REO (g·kg - 1)
0 0. 5 1. 0 1. 5 2. 0 2. 5 3. 0 3. 5 4. 0 5. 0 б
R RS 100 98. 4 102. 3 101. 6 92. 2 93. 8 82. 8 72. 7 32. 4 6. 3 34. 3
YF 100 101. 4 92. 9 92. 2 85. 8 73. 8 63. 2 50. 4 36. 9 23. 4 26. 3
YC 100 95. 1 95. 4 92. 2 86. 4 87. 8 71. 3 66. 8 64. 5 46. 5 12. 4
RA RS 100 101. 4 57. 1 14. 8 0. 7 0 0 0 0 0 43. 5
YF 100 90. 5 96. 3 93. 4 89. 8 78. 1 54. 7 49. 6 38. 7 0 32. 3
YC 100 96. 7 90. 0 76. 7 76. 7 80. 0 76. 7 60. 0 50. 0 16. 7 23. 6
S RS 100 96. 5 98. 2 87. 4 76. 9 48. 1 26. 7 7. 0 0 0 40. 5
YF 100 87. 2 33. 3 20. 6 0 0 0 0 0 0 36. 5
YC 100 90. 0 83. 3 80. 0 73. 3 70. 0 63. 3 40. 0 26. 7 16. 7 24. 9
数据均为 3 次重复平均值 Date were the average of three repplications. R :水稻 Rice ;RA :油菜 Rape ;S :大豆 Soybean.
表 3 　混合稀土添加量与作物相对出苗率的拟合方程
Table 3 Simulated equations of relative seedling ratio of crops to REEs
concentration
作物
Crops
土壤
Soils
拟合方程式
Simulated equations
R2
LC50
(REO mg·
kg - 1)
水稻 RS y = - 6. 29 x2 + 12. 66 x + 96. 93 0. 9614 3 3 3917
O ryz a YF y = - 1 . 94 x2 - 7 . 35 x + 103. 65 0. 9801 3 3 3696
sativa YC y = - 1 . 46 x2 - 3 . 36 x + 99. 46 0. 9714 3 3 4781
油菜 RS y = - 48 . 25 x + 105. 98 0. 9055 3 3 1160
B rassica YF y = - 4 . 29 x2 + 1 . 75 x + 97. 67 0. 9783 3 3 3545
napus YC y = - 2 . 80 x2 - 0 . 87 x + 95. 57 0. 9425 3 3 3882
大豆 RS y = - 0 . 06 x2 - 25 . 17 x + 112. 39 0. 9151 3 3 2500
Glycine YF y = - 53 . 32 x + 101. 54 0. 9463 3 3 967
m ax YC y = - 1 . 51 x2 - 9 . 52 x + 97. 73 0. 9645 3 3 3295
　　从表 3 可以看出 ,混合稀土在不同土壤上对不同
作物的毒性是有差异的. 在黄褐土与黄潮土上 ,3 种作
物的 LC50表现为水稻 > 油菜 > 大豆 ,而在红壤上则是
水稻 > 大豆 > 油菜 ;从作物角度看 ,水稻、大豆的 LC50
排序为 :黄褐土 > 红壤 > 黄潮土 ,油菜则为黄褐土 > 黄
潮土 > 红壤. 因此 ,在供试 3 种土壤中 ,混合稀土对水
稻的毒性是最弱的 ;在供试的 3 种土壤上 ,当添加等量
混合稀土时 ,黄褐土对作物的毒性最弱 ,综合表现为在
黄褐土上 ,混合稀土对水稻的 LC50值最大. 从表 3 所
列 LC50还可以看出 ,混合稀土对红壤上油菜 (LC50 :
1160)和黄潮土上大豆 (LC50 :967)的毒性较强 ,以致于
当混合稀土添加量为 2. 0g·kg - 1时 ,油菜和大豆的相
对出苗率 ( %)已接近或等于零 (表 2) .
结合表 1、3 可以看出 ,供试 3 种土壤在添加 REO
时对作物出苗率的影响与它们在阳离子交换量 (C. E.
C)上的差异是一致的. 即 C. E. C 小的土壤 (如黄潮
土) ,其 REO 的 LC50值也小 ,混合稀土对作物的毒性
也较大. 而 C. E. C 的大小与土壤有机质和粘粒含量之
间有明显的相关性 ,表明向土壤中增施腐殖化系数较
高的有机肥将有利于降低混合稀土对作物的毒性.
312 　LC50及混合稀土安全浓度的确定
LC50是评价环境毒物对植物毒性的重要基础数
据.按 OECD208 的定义 ,LC50是指在一定时间内 (对
照处理有 50 %以上芽尖出土之日起不少于 2 周) 受试
植物的出苗率为对照处理 (毒害物质添加量为零) 的
50 %时的毒物浓度 ,属急性毒性试验范畴 ,系从动物急
性毒性试验发展而来[1 ,6 ,7 ] . 笔者曾广泛检索近年来关
于污染重金属对植物的 LC50值 ,试图通过比较以确定
混合稀土对植物毒性的强弱 ,虽有查得 ,但多属溶液培
养试验而非土壤试验的结果 (LC50值均以 mg·L - 1而
非 mg·kg - 1表示) ,且受试生物也多非作物 ,因之无法
比较.
此外 ,我国目前常用的含稀土复混肥中 ,含 REO
0. 8～1. 6kg·t - 1 ,若以每季施复混肥 750kg·hm - 2计 ,
则每次进入耕层的 REO 为 600～1200g·hm - 2 ,按耕层
土重 2250000kg·hm - 2折算 ,其浓度仅为 0. 27～0. 54
mg·kg - 1 ,若每年施用两季为 0. 54～1. 08mg·kg - 1 . 但
由于稀土农用将长期向农田生态系统中引入一类农作
物非必需的重金属元素 ,加之稀土进入耕层后很难向
693 应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　12 卷
下层迁移 ,因此 ,低剂量稀土长期施用对作物乃至农田
生态系统可能造成的影响仍不可小视 ,必须从生态毒
理学的角度对低剂量稀土长期施用的生态风险性给予
准确的估价 ,最基本的做法之一就是用 LC50的数据乘
上一个系数求得安全浓度 , 惯常选用的系数是
0. 01 [3 ,4 ] ;在本试验中 ,还必须选用在同一土壤上混合
稀土对不同作物的 LC50值中最小的那一个 LC50来计
算安全浓度 ,根据表 3 提供的数据 ,3 种土壤上混合稀
土施用的安全浓度 ( REO mg·kg - 1 ) 依次为 :黄潮土 ,
10. 71 ;红壤 ,11. 60 ;黄褐土 ,32. 95. 依此推算 ,3 种土壤
施用混合稀土的安全期限为 :黄潮土 ,9～36 年 ;红壤 ,11
～43 年 ;黄褐土 ,31～122 年.如果考虑到随 P 肥带入的
稀土以及其他生态因素 ,其安全年限还要少些.
4 　结 　　论
411 　从供试条件下得到的 LC50看 ,混合稀土对水稻
的毒性最小 ,在黄褐土上对作物的毒性也较小 ;而稀土
对黄潮土上的大豆以及红壤上的油菜的毒性则较大.
412 　从 LC50推算的混合稀土施用的安全年限分别
为 :黄潮土 ,9～36 年 ;红壤 ,11～43 年 ;黄褐土 ,31～
122 年.
参考文献
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作者简介 　张自立 ,男 ,1950 年生 ,副教授 ,主要从事植物营养
生态方面的研究 ,已发表论文多篇. E2mail :aaure @mail. hf . ah.
cn
第十二届世界肥料大会会议通知
　　经国务院批准 ,由中国科学院与国际肥料科学中心主办、中国科学院沈阳应用生态研究所与德国植物营养与土壤科学研究所
承办的第十二届世界肥料大会将于 2001 年 8 月 3 日至 9 日在北京国际会议中心召开.
大会主题 :二十一世纪的肥料科学 ─施肥、食物安全与环境保护
大会报告 :
　　1) . Production and market of fertilizers ;2) . Precision agriculture ;3) . Fertilizer balances and balanced fertilization ;4) . Fertilizer use and
impacts on atmosphere ;5) . Fertilizer use and protection of water bodies ;6) . Efficiency and new fertilizer development ;7) . Nitrogen fertiliza2
tion and its environmental impact ;8) . Fertilization and genetically engineered plants ;9) . Fertilization and food security in China.
大会交流专题包括 :
　　1) . Trade and market of fertilizers ;2) . Alternative sources of plant nutrients ;3) . Nutrient dynamics ;4) . Fertilization and environmental
quality ;5) . Methods and strategies of fertilizer application ;6) . Nutrient requirements of horticultural and industrial crops ;7) . Advanced as2
pects of N , P and K fertilizer use ;8) . Fertilization in organic farming and bio2fertilizers ;9) . Controlled release fertilizers ;10) . Sulphur nutri2
tion and fertilization ;11) . Fertilization with micro2nutrients ;12) . Fertilization and food quality.
　　论文摘要 (英文)接收截止日期 :2001 年 7 月 1 日
　　联系人与地址 : 　沈阳市沈河区文化路 72 号 ,110016
　　　　　　　　　中国科学院沈阳应用生态研究所 　李 　欣、徐 　慧
　　E2mail : 　ciec2001 @iae. syb. ac. cn 或 ciec2001 @163. net
　　电话 : 　 024223916240 　　　　　传真 :024223843313
　　大会注册网址 : 　http :/ / www. cashq. ac. cn/ cise/ 12wfc. html
　　大会查阅网址 : 　http :/ / www. cashq. ac. cn/ cise/ 12wfc. html 或 http :/ / www. pb. fal. de
第十二届世界肥料大会组织委员会
2001 年 5 月 30 日
7933 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　张自立等 :混合稀土对作物出苗率的影响