全 文 ：镉 、铅污染土壤上雪里蕻对不同施肥调控的生理生化响应
孙静克 , 宗良纲 , 张晓萍 , 王雅婕 , 刘卫星
(南京农业大学资源与环境科学学院 ,江苏南京 210095)
　　摘要:采用盆栽试验 ,研究了在含 Cd 10 mg /kg、Pb 2 000 mg /kg及其复合污染土壤上采用不同施肥调控措施
对雪里蕻生长的影响。结果表明 ,不同施肥调控措施能显著提高雪里蕻产量 ,有机肥提高效果与其施用量和施用
方法有关;施用包膜柠檬酸和磷肥能显著降低蔬菜重金属含量;重金属污染会抑制根系活力 , Pb的抑制作用较
Cd更大。雪里蕻体内蛋白质含量随其生长呈增加趋势 , 其变化与有机肥的施用量有关 , 而与施用方式无关。高
剂量有机追肥能最大程度地提高单一污染时雪里蕻体内的 CAT活性(P <0. 05),与其施用方式有关;包膜柠檬酸
和增磷处理均能显著提高复合污染土壤植株的 POD活性(P <0. 05)。施用有机肥可以提高雪里蕻叶绿素含量 ,
且酶活性高时叶绿素含量也相应较高。
　　关键词:重金属;施肥;酶;生理响应
　　中图分类号:S637.201　　文献标识码:A　　文章编号:1002 - 1302(2007)02 -0217 - 05
收稿日期:2006 - 10 - 20
基金项目:江苏省社会发展项目 (编号:BS2003029);江苏省自然科
学基金重点项目(编号:BK2006711 - 1)。
作者简介:孙静克(1981— ),女 ,山东青岛人 ,硕士研究生 ,主要从事
环境质量与食品安全方面的研究。 Tel:(025)84396406;E -m ail:
am ysjk@126. com。
通讯作者:宗良纲 , 教授 , 主要研究方向为环境质量与食品安全。
E -m ail:zong lg@ njau. edu. cn。
　　Cd、Pb是最常见且危害很大的重金属污染物 ,
我国大城市郊区种植的蔬菜中重金属污染以 Cd、Pb
最为严重[ 1 -3] 。植物在 Cd胁迫下会产生超氧阴离
子自由基 、羟自由基等活性氧[ 4 -5] ,能引起细胞脂质
过氧化 ,破坏光合系统和加速植物衰老[ 6] 。 Pb胁迫
会破坏植物细胞核 、线粒体 、叶绿体超微结构 ,降低
叶绿素含量 ,继而阻碍植物呼吸代谢 、光合作用等生
理过程的正常进行 , 并最终影响植物生物量与品
质 [ 7] 。有关如何通过不同调控措施降低重金属对
作物的毒害 ,国内外很多专家都展开了研究 ,发现施
用有机肥 、有机酸和磷肥等可以在不同方面对作物
生长产生积极影响[ 8 - 14] ,但关于这些措施对作物生
理生化特性影响的研究鲜见报道。本试验重点研究
Cd、Pb及其复合污染土壤上不同施肥调控措施对雪
里蕻(B rassica juncea va r. mu lticeps)几项重要生理生
化指标的影响 ,旨在从调控土壤重金属行为的角度
探讨如何降低重金属污染土壤利用中可能带来的生
态风险 。
1　材料与方法
1. 1　供试材料
供试土壤采自南京东郊黄棕壤发育的中等地力
的菜园土 ,采集耕层 (0 ～ 20 cm)混合土样 ,经风干
后过 4mm筛备用。供试土壤 pH值为 5. 96,有机质
含量为 18. 78 g /kg。将分析纯试剂 CdC l2 2. 5H 2O
和 Pb(NO3)2分别配制成不同浓度盐溶液 ,均匀加
入到土壤中制备成 3种污染土壤 ,其中 Cd污染土壤
添加量为 10 mg /kg, Pb污染土壤添加量为 2 000
mg /kg, Cd、Pb复合污染土壤同时添加 10 mg /kg Cd
和 2 000mg /kg Pb,制备的供试土样培养稳定 3个
月后使用 。
供试蔬菜选择当地普遍种植的九头鸟雪里蕻 ,
种子从南京理想种苗有限公司购得。
1. 2　盆栽试验设计
设置施用有机肥 、包膜柠檬酸和磷肥共 6个不
同的处理 ,具体包括 CK.施用常规化肥;OL.低量有
机追肥 15 t /hm2;OH.高量有机追肥 30 t /hm2;ALO.
全生育期有机追肥 30 t /hm 2;LA. 施用包膜柠檬酸
3. 46 t /hm
2;P.施用磷肥 3. 46 t /hm2。其中 OL、OH、
ALO处理将有机肥浸泡 ,于装盆后各施浸泡液 1
次 ,此后 OL和 OH处理于发芽后各追肥 3次 ,以模
拟生产实际分次追肥 ,同时提高效果 ,而处理 ALO
则在蔬菜的生长周期中直接用有机肥浸泡液进行肥
水灌溉 ,直到收获。盆栽试验采用塑料盆进行 ,每盆
分别装入培养好的供试土壤 3. 0 kg,装盆时统一施
—217—江苏农业科学　2007年第 2期DOI牶牨牥牣牨牭牳牳牴牤j牣issn牣牨牥牥牪牠牨牫牥牪牣牪牥牥牱牣牥牪牣牥牱牴
加基肥 ,即 N、K 2O、P2O5分别施用 0. 15、0. 10、0. 15
g /kg土。
1. 3　测定方法
1. 3. 1　植株生理指标的测定　供试的雪里蕻采用
直播方式 ,发芽后长出两片真叶时定苗 ,每盆 4株 。
根据其生长进程 ,定期采取相同叶位足量的新鲜叶
样测定过氧化物酶 (POD)、过氧化氢酶 (CAT)和蛋
白质含量(如遇追肥就在每次追肥前一日采样 ),全
生育期先后共测定 5次。收获时洗净根系 ,测定根
系活力 。过氧化物酶活性采用愈创木酚氧化法测
定 ,过氧化氢酶活性采用紫外分光光度法测定 ,蛋白
质含量采用考马斯亮蓝法测定[ 15] 。根系活力采用
TTC法测定 [ 16] 。试验期间观察植株的长势长相 。
叶绿素含量测定采用 SPAD - 502叶绿素计 ,选择同
一生长期相同叶位的叶片直接进行测定。鲜重和干
重采用常规方法测定 。
1. 3. 2　植株中重金属含量的测定　将烘干的植株
用不锈钢粉碎机粉碎过 20目筛 ,用浓硝酸与高氯酸
(硝酸 ∶高氯酸 =5 ∶1)湿法消解 ,原子吸收分析仪
(V arian220 Spectr AA)和石墨炉法 (Varian 220
GTA)测定 。
2　结果与分析
2. 1　施肥调控措施对雪里蕻生长及重金属吸收量
的影响
施肥调控措施对 Cd、Pb及其复合污染土壤上
蔬菜的生长具有不同程度的影响。由表 1可知 ,各
处理都显著提高了雪里蕻地上部分产量 ,同时对根
系生长也有显著促进作用。在 3种供试土壤上施用
有机肥可以显著提高作物产量 ,以 ALO >OH >OL,
即全生育期追肥 >高量有机追肥 >低量有机追肥。
可见 ,有机肥对作物产量的作用与其施用量和施用
方式关系很大 。从表 1可以看出 ,植株根部对重金
属 Pb的积累量远远大于地上部分 ,施用有机肥显著
促进了植株对 Cd的吸收。施用包膜柠檬酸和磷肥
除了能促进作物生长 ,保持较高的产量 ,还能显著降
低植株尤其是可食部分对重金属的积累 ,这是因为
包膜柠檬酸在土壤中能络合大量的重金属 ,这部分
重金属不容易被植物吸收[ 11] ,施用磷肥则使得部分
重金属由交换态转化为不容易被作物吸收的残渣态
和铁锰结合态 。磷酸三钙是钙镁磷肥的主要成分 ,
其较强碱性是土壤 pH值升高所致 。同时 , Ca2 +、
Mg
2+能与 Cd2 +发生共沉淀 ,或根表面 Ca2+、Mg2+和
Cd
2+产生竞争吸收 [ 17] 。
　　不同施肥措施可以缓解重金属对植株的毒害 ,
也可以从叶绿素含量指标得到验证 。从图 1可以看
出 ,施用有机肥可以使雪里蕻的叶绿素含量增加 ,且
有机追肥施用量大的更高 ,但高量有机追肥和全生
育期有机追肥没有明显差别 。施用磷肥对叶绿素含
量的提高效果亦很明显 ,而柠檬酸处理对叶绿素含
量影响不大。和 Pb相比 ,重金属 Cd对雪里蕻的毒
害作用较大 ,较低浓度就能使作物叶绿素含量明显
表 1　不同施肥措施对雪里蕻产量及重金属含量的影响
重金属
污染土壤 处理
地上部鲜重
(g)
地上部干重
(g)
地上部重金属含量(m g /kg)
C d Pb
根鲜重
(g)
根干重
(g)
根部重金属含量(m g /kg)
Cd Pb
C d CK 130. 90 fE 14. 11dC 4. 92cC — 5. 70bB 0. 82cB 5. 46cB —
OL 149. 63dCD 17. 99bBC 4. 82 dC — 6. 73aA 1. 11aA 9. 70 aA —
OH 168. 27bB 19. 54bB 5. 81 bB — 6. 28aAB 0. 91bAB 9. 89 aA —
ALO 180. 09aA 24. 33aA 6. 45 aA — 6. 67aA 1. 02 aAB 9. 09bA —
LA 157. 60 cC 18. 59bcB 3. 65 eD — 6. 21aAB 0. 94 abAB 3. 13cC —
P 147. 30dfD 16. 60cBC 2. 70 fD — 6. 14abAB 0. 93bAB 2. 42 dC —
Pb CK 111. 42fD 14. 32cC — 3. 31 aA 5. 72eC 0. 80bcB — 66. 50 abA
OL 157. 87dB 16. 13bB — 3. 06 aA 6. 25 cB 0. 88b cAB — 61. 12b cB
OH 170. 27bA 16. 37bAB — 2. 63bB 6. 52cAB 0. 73cC — 69. 03aA
ALO 172. 66aA 18. 16aA — 2. 70bAB 7. 86aA 1. 13aA — 65. 01bA
LA 161. 49 cB 17. 74abA — 2. 74bAB 7. 32bA 1. 09abA — 52. 24 cC
P 134. 56eC 16. 25bAB — 2. 64bB 5. 76dB 0. 90bAB — 65. 24bA
Cd - Pb CK 118. 35dC 14. 90fC 5. 23 bB 3. 66 aA 4. 82dB 0. 75bB 5. 98dBC 59. 81aA
OL 148. 22 cB 16. 45eB 6. 00 aA 3. 15 cB 5. 22 cB 0. 73bB 6. 48cdB 49. 71 cB
OH 180. 53bA 18. 57 bA 5. 99 aA 3. 17 bcB 6. 00bA 0. 84 bA 6. 99bA 54. 24bA
ALO 183. 80aA 18. 82aA 5. 81aAB 3. 20 bcB 6. 40abA 0. 90abA 7. 43 aA 46. 99dB
LA 149. 02 cB 18. 07cA 4. 50cB 3. 37 bcB 6. 62aA 0. 98aA 4. 79eC 41. 21 eC
P 146. 64 cB 16. 77dB 3. 51 dC 3. 11 cB 4. 99 cdB 0. 80 bA 6. 73cB 34. 69 fD
　　注:同一列小写字母相同者表示在 0. 05水平上差异不显著 ,同一列大写字母相同者表示在 0. 01水平上差异不显著。表 2同。
—218— 江苏农业科学　2007年第 2期
降低 ,这与侯文华等[ 18]的研究结果一致 。有研究表
明 , Cd、Pb单一及复合污染使辣椒叶片叶绿素含量
显著降低 ,并影响其组成。 Cd、Pb导致叶绿素含量
下降 ,可能是由于 Cd、Pb与相关酶作用 ,抑制叶绿
素前体的合成 ,促进叶绿素分解 , 或直接破坏叶绿
体微结构 ,从而降低叶绿素的含量 [ 19] 。本研究中也
发现了与此一致的规律 ,叶绿素含量与酶活性的高
低具有一致性。
2. 2　施肥调控措施对雪里蕻根系活力的影响
根系是植物吸收养分的主要器官 ,根系活力直
接影响植物地上部的营养状况 ,最终决定作物产量
水平。同时 ,根系又是作物直接与重金属接触的部
位 ,很容易受到重金属毒害 。
　　由表 2可知 ,植株根系活力在 Cd单一作用下明
显高于 Pb单一作用 。 Cd污染时 ,柠檬酸处理对雪
里蕻根系活力的提高作用最为显著 ,施用磷肥也提
高了根系活力。有机肥处理则都不同程度地降低了
根系活力 ,高量有机追肥降低效果最为显著 ,这是因
为植株吸收了过多的重金属 Cd,对作物生长产生胁
迫 ,抑制了根系活力 [ 20] 。 Pb污染时 ,各处理植株根
系活力都明显降低。 Cd - Pb复合污染时柠檬酸处
理对根系活力提高效果最为显著 ,而增磷降低效果
明显 。 Cd -Pb复合污染对雪里蕻根系活力的影响
小于 Pb单一污染 ,这可能是 Pb的存在促进了雪里
蕻对 Cd的吸收 ,这与夏增禄等 [ 21]和陈怀满等 [ 22]的
研究结论相符 。
表 2　不同调控措施对重金属污染下雪里蕻根系活力的影响
处理 根系活力 [ m g /(g h)]
Cd Pb C d- Pb
CK 0. 988b 0. 859 a 0. 855b
OL 0. 794c 0. 624b 0. 650 c
OH 0. 620d 0. 410 c 0. 499d
ALO 0. 926bc 0. 652b 0. 718b c
LA 1. 314a 0. 659b 0. 970 a
P 1. 025b 0. 638b 0. 628 c
2. 3　施肥调控措施对雪里蕻不同生长期蛋白质含
量的影响
　　重金属胁迫会影响蔬菜的生长 ,其蛋白质合成
也将受到抑制 [ 23] 。由图 2可知 ,通过不同施肥调控
措施 ,雪里蕻体内蛋白质含量随其生长进程有不断
增加的趋势 ,总体上到蔬菜生长后期 ,施肥调控所产
生的改善作用愈加明显 。 CK处理在其生长末期则
趋于下降 ,采用施肥调控措施后的雪里蕻体内蛋白
质含量均比 CK有显著提高 (P <0. 05)。在 Cd和
Pb单一污染时 ,低量有机追肥处理效果明显低于高
量有机追肥和全生育期有机追肥处理 (P <0. 05),
高量有机追肥和全生育期有机追肥效果最好 ,但是
差异不大 。可见雪里蕻体内蛋白质含量与肥料的施
用量关系也很大。包膜柠檬酸和增磷处理也很大程
度地提高了蛋白质含量。 Cd - Pb复合污染土壤上
包膜柠檬酸处理的效果最显著 ,这是因为施用包膜
—219—孙静克等:镉 、铅污染土壤上雪里蕻对不同施肥调控的生理生化响应
柠檬酸显著降低了植株对重金属的吸收 ,有利于蛋
白质的合成 。
2. 4　调控措施对不同生长期雪里蕻 CAT和 POD
活性的影响
植物体内的过氧化氢酶 (CAT)和过氧化物酶
(POD)是一类重要的抗氧化酶 ,在清除重金属诱导
等产生的氧自由基和过氧化物 、抑制膜脂过氧化 、保
护细胞免遭伤害等方面起重要作用 [ 24 -25] ,通过测定
这些酶的变化能从一个侧面揭示污染物对植物的毒
害机理 。从图 3和图 4可以看出 , Cd污染下雪里蕻
在其生长前期 CAT活性较高 ,到生长中后期陡然下
降 ,至收获前活性最低 。 Pb污染土壤中雪里蕻生长
前期 CAT活性最低 ,中期增高 ,后期又降至最低 ,可
见 Pb对雪里蕻幼苗 CAT活性抑制较大。而 POD
活性在单一污染情况下规律性不强。 Cd - Pb复合
污染时雪里蕻生长前期 CAT活性有小幅度提高 ,中
后期大幅度下降。高量有机追肥能最大程度地提高
单一污染时雪里蕻体内的 CAT活性 (P <0. 05)。
POD活性在雪里蕻刚发芽时最高 ,生长前半期急剧
下降 ,后半期逐渐升高 ,最后趋于稳定 。至收获前 ,
包膜柠檬酸和增磷处理对 POD活性的提高效果都
达到显著水平 (P <0. 05)。低量有机追肥和全生育
期有机追肥对 CAT活性的提高效果在生长中后期
低于低量有机追肥 (P <0. 05),可见施肥量和施肥
方式对雪里蕻的 CAT活性影响较大。施用磷肥和
包膜柠檬酸降低了植株对重金属的吸收 ,相应降低
了重金属对植株细胞的伤害 ,促进了酶活性的提高。
而施用有机肥可以保证作物充足的肥力 ,保证其旺
盛的生长力 ,使酶活性升高 ,这是生物体自我保护性
反应 。
—220— 江苏农业科学　2007年第 2期
3　结论
在 Cd污染土壤上 ,施用有机肥可以提高雪里
蕻的产量 、叶绿素含量和蛋白质含量 ,但同时也促进
了植株对重金属 Cd的吸收。包膜柠檬酸处理对雪
里蕻根系活力的提高作用最为显著 ,包膜柠檬酸和
磷肥在提高产量的同时也显著降低植株对重金属的
吸收。在 Pb污染土壤上 ,施用有机肥能提高雪里蕻
产量 、叶绿素含量 、蛋白质含量和酶活性。重金属
Cd对雪里蕻的伤害作用较大 ,较低浓度就可以使其
叶绿素含量明显降低。重金属 Pb对植株根系活力
的影响要大于 Cd。有机肥的增产作用不仅与施用
量有关 ,同时还与施用方式有关。而蛋白质含量仅
与有机肥的施用量有关。 Pb对雪里蕻幼苗 CAT活
性抑制较大 。
在 Cd - Pb复合污染的土壤中施用包膜柠檬
酸 ,对雪里蕻体内蛋白质含量和根系活力的提高效
果最为显著 ,对 CAT和 POD活性的提高也达到显
著水平 。施用磷肥可以显著降低植株对重金属 Pb
的吸收 。土壤重金属 Cd - Pb复合污染对雪里蕻根
系活力的影响更大 。在植株酶活性高的情况下 ,其
叶绿素含量相应也较高。
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