全 文 ：第 25卷第 4期
2011 年 8 月 水土保持学报Journal of Soil and Water Conserv ation Vo l.25 No.4Aug., 2011
　
　　收稿日期:2011-02-13
　　基金项目:国家科技支撑计划项目(2008BADC4B0X-4);四川省教育厅重点项目(2006017)
　　作者简介:付婷婷(1986-),女 ,四川绵阳人 ,硕士研究生 ,主要从事环境污染化学与生物修复方面的研究。 E-mail:t ingt ing4a@163.com
　　通讯作者:伍钧(1962-),男 ,四川德阳人 ,博士 ,教授 ,主要从事污染环境生物修复方面的研究。 E-m ail:w u j1962@163.com
氮肥形态对日本毛连菜生长及 Pb累积特性的影响
付婷婷 , 伍 钧 , 漆 辉 , 郑超
(四川农业大学资源环境学院 , 四川 雅安 625014)
摘要:通过盆栽试验研究 Pb胁迫浓度为2 000 mg/ kg 时 , 不同形态氮肥对日本毛连菜生长及 Pb 累积特性
的影响。结果表明:在 Pb 胁迫下 ,施用适量的氮肥可促进日本毛连菜的生长和累积 Pb 的能力 , 而施用过
量氮肥则对日本毛连菜的生长和 Pb 累积均有一定抑制作用。铵态氮处理下 Pb 在日本毛连菜各器官的分
配顺序为:根>叶>茎;与硝态氮肥处理相比 ,铵态氮肥更有利于 Pb 向日本毛连菜叶部转移。因此 , 在 Pb
污染土壤中施加适量铵态氮肥(≤100 mg/ kg), 既能提高日本毛连菜生物量 , 又能提高日本毛连菜对 Pb 的
累积量 ,这对 Pb 污染土壤的植物修复具有一定价值。
关键词:氮肥形态;Pb;日本毛连菜;植物修复
中图分类号:S143.1;X53　　　文献标识码:A　　　文章编号:1009-2242(2011)04-0257-04
Effects of Nitrogen Fertilizer Forms on Growth and Pb
Accumulation Characteristics of Picris ja ponica Thunb.
FU Ting-ting , WU Jun , QI Hui , ZHENG Chao
(Collegeo f Resources and Environment , Sichuan Agricultural University , Ya an , Sichuan 625014)
Abstract:The po t expe riments were perfo rmed to invest igate the effects o f nit rogen fe rtilizer form s(NH+4 -
N and NO -3 -N)on g row th and Pb accumulation characteristics of Picris japonica Thunb.under Pb st re ss
(2 000 mg/kg).The results indicated that , under the Pb stress , a moderate ni t ro gen fertilize r could be bene-
f icial fo r the grow th o f Picris japonica Thunb.and its accumulation capacity for Pb.On the contrary , the
grow th o f P icris japonica Thunb.and the Pb accumulation could be inhibited wi th an excessiv e nit rogen fer-
tilizer .The Pb distribution in P icris japonica Thunb.was in the sequence of roo t>leaf>steam w ith N H+4 -
N fertilizer.In contrast to the NO-3 -N fer tilizer , the applicat ion of NH +4 -N ferti lizer w as mo re beneficial
fo r t ransfe rring Pb to leaf.Acco rding to the results above , it w as suggested that a sui table application o f
NH +4 -N fe rtilizer(≤100 mg/kg)should be benef icial to enhance the biomass yield and Pb accumulation in
Picris japonica Thunb., which w as po sitiv e fo r phy toremediation of Pb-contam inated soil.
Key words:form s o f nit rog en fert ili zer;Pb;P icris japonica Thunb.;phy to remediat ion
近年来 ,土壤重金属污染的植物修复以其具有绿色 、廉价和潜在经济效益等优点而受到人们的极大关注 。
其中利用超积累植物进行植物提取被认为是一种费用低廉 、对环境友好的治理重金属污染土壤的全新技术[ 1] 。
然而 ,绝大多数超积累植物生长缓慢 、生物量小 ,修复效率偏低 ,限制了该技术的推广应用[ 2] 。通过施肥等农艺
措施提高超积累植物的生物量以及积累重金属的能力 ,是提高修复效率的有效手段之一 。氮肥作为最常用的
化学肥料 ,在提高作物产量 、改善品质和培肥地力等方面都具有重要作用[ 3] ,在提高植物对重金属污染土壤的
修复效率方面也有一定的研究[ 4-5] 。
日本毛连菜(Picris japonica Thunb.)为菊科毛连菜属 ,别名枪刀菜 ,多年生草本植物 ,高 30 ～ 120 cm ,生
于山坡草地 、灌丛中 、林间荒地 、田边 、河边 、沟边或高山草甸 ,海拔 650 ～ 3 650 m ,广泛分布于我国各地。日本
毛连菜是常用的中药材之一 ,全草可入药 ,性味辛凉 ,具有清热 、消肿 、止痛的作用 ,主治流感 、乳痛等。孙约兵
等[ 6]在对青城子铅锌尾矿区优势植物和土壤调查分析中发现 ,兴安毛连菜能较好地适应铅锌尾矿库的特殊环
境 ,具有耐 Pb胁迫的能力和一定的 Pb 积累能力 。本文以传统的 Pb处理土培试验 ,探明不同形态氮肥的施用
对 Pb污染土壤中日本毛连菜生长及其对 Pb吸收能力的影响 ,以期为 Pb污染土壤修复提供一定的理论依据。
1　材料与方法
1.1　供试材料
供试植物日本毛连菜 ,种芽于 2010年 4月下旬购于兴安盟白狼林业局种植基地 ,移栽至四川农业大学教
学科研园区进行土培盆栽试验 。供试土样采自四川省雅安市草坝镇水津村 ,取样区域远离城市和工业区 ,空
气 、灌溉水 、土壤环境质量良好 。土壤类型为水稻土 ,pH 为 6.86 ,有机质 15.48 g/kg ,全氮 0.992 5 g/kg ,碱解
氮 121.2 g/kg ,有效磷 19.57 mg/kg ,速效钾 57.88 mg/kg ,CEC17.04 cmol/kg ,土壤铅背景值 41.03 mg/kg 。
1.2　试验设计
将采集的土壤经风干 ,压碎 ,过 2目尼龙筛 ,以每盆装土 5 kg ,每个处理重复 4 次称好土样 ,然后将各处理
所需的乙酸铅溶于去离子水 ,均匀拌于 20 kg 土样中 ,反复加水 ,自然风干 ,如此钝化一个月。加入无机肥料作
基肥 ,风干后每处理分别均匀装于 4个塑料盆中(Ф=12 cm , H =15 cm),进行盆栽试验 。Pb浓度设置为2 000
mg/kg 干土;氮肥浓度设置分别为(以纯 N 计):0(CK),50 ,100 , 200 ,400 mg/kg ,施加形态分别为 NaNO3 和
(NH 4)2SO 4 ;各处理加入相同量磷肥和钾肥 ,分别为 P2O5 100 mg/kg 、K 2O 150 mg/kg ,施加形态为 KH 2PO 4
和 KC l。日本毛连菜出苗后 ,选取长势一致的植株移栽至各处理的盆中 ,每盆 2株 ,随机排列 ,网室内培养。定
期浇水 ,土壤湿度保持在田间持水量的 60%～ 70%,并定期除草 ,日本毛连菜花凋谢后进行收获取样 。
1.3　测定方法
植物收获时 ,先用卷尺测量其株高和根长 ,然后分为根 、茎 、叶 3部分 ,先用自来水反复冲洗干净 ,再用去离
子水冲洗数次 ,沥去水分后 ,于 105 ℃烘箱内杀青 30 min ,然后在 70 ℃下烘干至恒重 ,测定各部位干物质重 。
将烘干样品用万能不锈钢粉碎机磨碎 ,过 60 目尼龙筛后供分析测定各器官 Pb 含量。样品 Pb 含量采用
HNO3 -HClO 4(4∶1)消煮-原子吸收分光光度法测定。
2　结果分析与讨论
2.1　不同形态氮肥对日本毛连菜生长发育的影响
通过对日本毛连菜株高 、根长 、干物重等生物量指标的分析 ,来衡量各处理对日本毛连菜生长的影响。表
1反映了在 Pb 胁迫下施用不同形态氮肥对日本毛连菜生物量的影响 。从表 1 可以看出 ,在 Pb 胁迫浓度为
2 000 mg/kg 时 ,无论施加铵态氮肥还是硝态氮肥 ,在氮浓度≤100 mg/kg 时 ,日本毛连菜的生物量各指标总
体表现为上升趋势。在无氮有 Pb处理下(CK),日本毛连菜长势良好 ,未出现明显的 Pb毒害症状 ,表明日本
毛连菜在 Pb胁迫浓度为 2 000 mg/kg 时 ,对铅具有一定的耐性 。
表 1　Pb 胁迫下不同形态氮肥对日本毛连菜生物量的影响
N 浓度/
(mg · kg-1)
铵态氮
株高/ cm 根长/ cm 干物重/g
硝态氮
株高/ cm 根长/ cm 干物重/ g
CK 91.75 b 10.05 b 6.88 c 91.75 a 10.05 b 6.88 b
50 104.00 a 11.10 ab 8.77 a 82.50 b 13.60 a 6.54 b
100 79.50 c 13.50 a 8.07 b 96.25 a 14.30 a 8.05 a
200 70.25 d 13.40 a 3.61 d 71.25 c 13.10 a 3.91 c
400 46.50 e 9.05 b 1.75 e 77.25 bc 13.05 a 3.80 c
　　注:数据为重复平均值 ,采用 Duncan法检验处理间差异程度 ,同列标有不同小写字
母表示处理间在 P<0.05水平上差异显著。下同。
从表 1 还可看出 , Pb 胁迫下 , 施用铵
态氮肥时 ,日本毛连菜株高 、根长和干物重
均表现出随施氮量的增加呈先上升后下降
的趋势 ,其中株高和干物重以施氮量为 50
mg/kg 时最高 ,通过多重比较可知 ,施氮量
为 50 mg/kg 时 ,日本毛连菜株高和干物重
显著高于其他处理;日本毛连菜根长则以
施氮量为 100 mg/kg 时最高 ,显著高于对
照处理。施用硝态氮肥时 ,日本毛连菜株
高和干物重均随施氮量增加呈先降后升再降的趋势 ,在氮水平为 50 mg/kg 时 ,较对照处理略有下降 ,而在施
氮浓度为 100 mg/kg 时升至最高;硝态氮肥处理下日本毛连菜根长变化不明显 ,但与对照相比 ,所有处理均显
著高于对照处理 。从本试验结果来看 ,在 Pb胁迫下 ,施用铵态氮肥时以施氮量为 50 mg/kg 时 ,日本毛连菜生
长状况最好 ,100 mg/kg 时次之;而施用硝态氮肥时以施氮量为 100 mg/kg 时最好 ,50 mg/kg 时次之。由此推
测 ,在 Pb胁迫下 ,为了满足日本毛连菜的正常生长 ,硝态氮肥施用量略高于铵态氮肥 ,这可能是因为土壤中过
量的重金属会大大抑制植物对硝酸根离子的吸收[ 7] ,施用硝态氮在土壤中不利于日本毛连菜根部对氮的吸收 ,
只有增大用量才能保证植物在 Pb胁迫下正常生长;还可能是因为施用铵态氮有利于减轻 Pb 胁迫对日本毛连
菜的影响 。
另外 ,从表 1可知 ,铵态氮处理下 ,当氮浓度为 400 mg/kg 时 ,日本毛连菜的株高 、根长 、干物重均明显低
于其他氮浓度处理 ,且明显低于硝态氮处理。这表明浓度为 400 mg/kg 的铵态氮肥对日本毛连菜的生长有一
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定抑制作用。分析原因 ,其一可能是铵态氮施入土壤后 ,经硝化作用使土壤 pH 显著降低[ 8] ,导致土壤中 Pb的
有效性提高 ,从而抑制植物生长;其二可能是铵态氮肥施用过量对日本毛连菜的生长有一定抑制作用[ 5] 。
氮具有缓冲重金属引起植物毒害的能力[ 9] 。研究表明 ,在 Pb 胁迫浓度为 2 000 mg/kg 时 ,日本毛连菜具
有一定的耐性 ,且施加适量的氮肥(≤100 mg/kg)可促进日本毛连菜的生长 ,这与李继光等[ 5] 研究结果一致 。
氮肥是我国农业生产中最重要的增产因子 ,在提高作物产量方面有重要作用 ,但氮肥施用量过高 ,也可能导致
作物减产 ,危害环境等[ 5 , 10] 。本研究中 ,当铵态氮肥施用量为 400 mg/kg 时 ,日本毛连菜的生长受到严重的抑
制作用 ,表现出明显的胁迫症状 ,植株矮小 ,根系短小 ,株高 、根长 、干物重明显低于对照 。说明 Pb 胁迫下 ,施
用适量氮肥有利于日本毛连菜生长 ,而施用过量氮肥(≥400 mg/kg)则对日本毛连菜生长有一定抑制作用。
图 1　Pb 胁迫下不同形态氮肥对日本毛连菜
各器官 Pb 含量的影响
2.2　不同形态氮肥对日本毛连菜 Pb含量的影响
由图 1可见 ,在 Pb胁迫下 , 2种形态氮肥处理对日本毛连菜
茎部 Pb含量的影响均较小 ,无明显的变化趋势 ,对根和叶而言 ,
其 Pb含量均随施氮量的增加而先上升后下降 。铵态氮处理时 ,
日本毛连菜根部 Pb 含量在氮浓度为 200 mg/kg 时最高;叶部
Pb含量在 100 mg/kg 时最高;当施氮量为 400 mg/kg 时 ,根部
和叶部 Pb含量均下降至最低 ,且低于对照处理 。硝态氮肥处理
时 ,日本毛连菜根部和叶部 Pb 含量均在施氮量为 50 mg/kg 时
最高;而当施氮量为 400 mg/kg 时 ,日本毛连菜根 、茎 、叶各部位
的 Pb含量均下降至低于对照处理 。李继光等[ 11] 的研究结果表
明 ,(NH 4)2SO 4 、NH4NO 3 、Ca(NO 3)2 几种形态氮肥均显著提高了东南景天体内的镉累积量。而安志装等[ 9]
认为有时大量的施用氮肥也可能加剧重金属对植物体的毒害作用 。本研究结果表明 ,Pb污染条件下 ,分别施
加适量的 2种形态氮肥均对日本毛连菜各部位 Pb含量有一定的促进作用 ,但施用过量时(≥400 mg/kg)对日
本毛连菜各部位 Pb含量有一定抑制作用 。重金属进入植物体后 ,会不同程度沉积在植物的根 、茎 、叶内 ,其在
根 、茎 、叶间的分配可间接反映出植物对重金属的富集规律和耐性[ 12] 。不同的植物对 Pb的吸收和累积特性是
不同的 ,目前已证实 Pb主要在植物根系积累[ 13] 。从图 1可见 ,铵态氮处理时日本毛连菜叶部 Pb 含量均高于
相应处理下茎部 Pb含量 ,且高于同浓度硝态氮处理时叶部 Pb含量 ,这说明铵态氮处理下 Pb在日本毛连菜各
器官的分配顺序为:根>叶>茎。与硝态氮肥相比 ,铵态氮肥更有利于 Pb向日本毛连菜叶部转移。
为进一步了解施氮量与日本毛连菜 Pb含量的关系 ,对 2种形态氮肥的施用量与日本毛连菜各器官 Pb 含
量进行了相关性分析。其中铵态氮肥施用量与日本毛连菜根 、茎 、叶各部位 Pb 含量的相关系数分别为
-0.138 , -0.027 , -0.245 ,硝态氮肥施用量与日本毛连菜根 、茎 、叶各器官 Pb 含量的相关系数分别为
-0.642＊(P<0.05), -0.630 , -0.873＊＊(P<0.01)。由相关分析可知 ,铵态氮肥施用量与日本毛连菜各器
官 Pb 含量均呈不显著负相关 ,这说明铵态氮施用量的增加会对日本毛连菜各器官 Pb含量有一定的抑制作
用 ,但影响较小 。硝态氮肥施用量与日本毛连菜各器官 Pb 含量亦呈负相关关系 ,其中与根部 Pb 含量呈显著
负相关(P<0.05),与叶部 Pb含量呈极显著负相关(P<0.01),表明增加硝态氮肥施用量对日本毛连菜根部
和叶部 Pb含量的抑制作用较大 。通过比较 2种形态氮肥的相关系数可知 ,随着施氮量的增加 ,硝态氮肥对日
本毛连菜各器官 Pb含量的抑制作用明显大于铵态氮肥。这表明 ,在 Pb胁迫下 ,增加硝态氮的施用量 ,可明显
降低日本毛连菜各部位的 Pb含量。有研究[ 4 , 7] 表明 ,施用铵态氮可促进植物对重金属的吸收 ,而施用硝态氮
则会降低植物的重金属含量 。杨刚等[ 12] 在研究氮肥对鱼腥草吸收转运 Pb 的影响中却发现 ,增加铵态氮肥在
低浓度 Pb胁迫下能促进鱼腥草对 Pb的富集 ,而在高浓度 Pb胁迫下则不能。还有研究[ 14] 认为不同种类的氮肥
对重金属的植物有效性的影响有较大差异 ,当所研究的作物或其他条件不同时 ,相同肥料的作用也不一定相同。
本研究通过相关系数分析可知 ,增加硝态氮施用量可明显降低日本毛连菜的 Pb含量 ,但是在施氮浓度较低时硝
态氮对日本毛连菜的 Pb含量却有一定促进作用 ,这可能是因为Pb与 N 素在日本毛连菜根际环境和根细胞吸收
过程中的交互作用 ,与重金属的胁迫浓度有关 ,还可能与氮肥种类 、植物种类等有关 ,这还有待进一步研究证实。
2.3　不同形态氮肥对日本毛连菜 Pb累积量的影响
当 Pb与植物接触后 ,可能对植物产生一定的毒害作用 ,植物体内重金属浓度高 ,其生物量有可能较小 ,因
此植物地上部(茎部和叶部 Pb累积量之和)对重金属元素的累积总量是评价其修复潜力的重要指标之一[ 15] 。
通过生物量和 Pb含量可以计算出相应处理下日本毛连菜对 Pb的累积量(表 2)。从表可知 , 2种形态氮肥处
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理下日本毛连菜各器官以及总的 Pb累积量总体随施氮量增加而先上升后下降 ,当施氮量≤100 mg/kg 时 , 2
种氮肥均对日本毛连菜的 Pb累积量表现出显著的促进作用;而施氮量≥200 mg/kg 时则是明显的抑制作用 。
表 2　Pb 胁迫下不同形态氮肥对日本毛连菜 Pb 积累量的影响 mg/盆
N 水平/
(mg· kg-1)
铵态氮
根 茎 叶 总累积量
硝态氮
根 茎 叶 总累积量
CK 0.176 b 0.159 b 0.039 d 0.374 c 0.176 b 0.159 b 0.039 d 0.374 c
50 0.219 a 0.182 a 0.105 b 0.505 a 0.234 a 0.107 b 0.083 a 0.424 ab
100 0.211 a 0.130 c 0.124 a 0.465 b 0.202 ab 0.148 a 0.086 a 0.436 a
200 0.116 c 0.064 d 0.055 c 0.236 d 0.118 c 0.061 c 0.036 b 0.215 c
400 0.049 d 0.029 e 0.021 e 0.099 e 0.082 c 0.059 c 0.029 c 0.170 c
　　从表 2还可看出 ,当施氮量≤100 mg/kg 时 ,铵态氮处理时日本毛连菜叶部的 Pb累积量及总累积量均高
于同一水平下硝态氮处理时 ,说明适量的铵态氮肥对日本毛连菜累积 Pb 的促进作用较硝态氮肥更明显 ,且更
有利于 Pb向日本毛连菜叶部转移 。因此从本研究结果来看 , 在 Pb 污染土壤中施加适量铵态氮肥(≤100
mg/kg),既能提高日本毛连菜的生物量 ,又能提高日本毛连菜对 Pb的累积量 ,这对 Pb 污染土壤的植物修复
具有一定价值。虽然日本毛连菜未满足超富集植物的要求 ,但是基于其分布的广泛性 、较强的耐 Pb 性能及草
本植物的生物量大 、生长速度快 、生长周期短等优点 ,将其用于铅锌矿开采区尾矿坝 、废弃地的植被恢复 、水土
保持及土壤修复等方面都具有一定的价值。
3　结论
(1)在 Pb胁迫浓度为 2 000 mg/kg 时 ,日本毛连菜对铅具有一定的耐性 。施用适量的氮肥可促进日本毛
连菜的生长和各部位 Pb含量 ,而施用过量氮肥则对日本毛连菜的生长和各部位 Pb含量有一定抑制作用。
(2)铵态氮处理下 Pb在日本毛连菜各器官的分配顺序为:根>叶>茎 。与硝态氮肥相比 ,铵态氮肥更有
利于 Pb向日本毛连菜叶部转移 。
(3)适量的铵态氮肥对日本毛连菜 Pb累积量的促进作用较硝态氮肥更明显。在 Pb污染土壤中施加适量
铵态氮肥(≤100 mg/kg),既能提高日本毛连菜生物量 ,又能提高日本毛连菜对 Pb的累积量 ,这对铅锌矿开采
区 Pb污染土壤的植被恢复和水土保持等具有一定价值。
参考文献:
[ 1] 　Kramer U.Phy tor emedia tion:Novel approaches to cleaning up po lluted soils[ J] .Cur rent Opinion in Bio technology , 2005 , 16
(2):133-141.
[ 2] 　Ebbs S D , Kochian L V.Toxicity o f zinc to Brassica species:Implication fo r phy to remedia tion[ J] .Journal of Environmental
Quality , 1997 , 26:776-781.
[ 3] 　H uppe H C , Turpin D H.Integr ation of carbon and nitrog en me tabolism in plant and alg al cells[ J] .Annual Review o f Plant
Phy siology & Plant Mo lecular Bio lo gy , 1994 , 45:577-607.
[ 4] 　楼玉兰 ,章永松 ,林咸永.氮肥形态对污泥农用土壤中重金属活性及玉米对其吸收的影响[ J] .浙江大学学报:农业与生命科
学版 , 2005 , 31(4):392-398.
[ 5] 　李继光 , 李廷强 ,杨肖娥 , 等.氮对超积累植物东南景天生长和镉积累的影响[ J] .水土保持学报 , 2007 , 21(1):54-58.
[ 6] 　孙约兵 ,周启星 ,任丽萍 , 等.青城子铅锌尾矿区植物对重金属的吸收和富集特性研究[ J] .农业环境科学学报 , 2008 , 27(6):
2166-2171.
[ 7] 　祖艳群 ,李元 , Bock L ,等.重金属与植物 N 素营养之间的交互作用及其生态学效应[ J] .农业环境科学学报 , 2008 , 27(1):
0007-0014.
[ 8] 　Young S R, Black A S , Conyer s M K.Distribution o f nit rification w ithin sur face soils under pasture[ J] .Comm.Soil Sci.Plant
Anal., 2002 , 33(9/10):1507-1518.
[ 9] 　安志装 , 王校常 ,施卫明 , 等.重金属与营养元素交互作用的植物生理效应[ J] .土壤与环境 , 2002 , 11(4):392-396.
[ 10] 　李东坡 ,武志杰.化学肥料的土壤生态环境效应[ J] .应用生态学报 , 2008 , 19(5):1158-1165.
[ 11] 　李继光 ,李廷强 , 杨肖娥 ,等.不同氮形态对东南景天镉积累的影响[ J] .浙江大学学报:农业与生命科学版 , 2008 , 34(3):
327-333.
[ 12] 　杨刚 ,伍钧 ,唐亚 ,等.不同形态氮肥施用对鱼腥草吸收转运 Pb的影响[ J] .农业环境科学学报 , 2007 , 26(4):1380-1385.
[ 13] 　黄化刚 ,李廷轩 , 杨肖娥 ,等.植物对铅胁迫的耐性及其解毒机制的研究[ J] .应用生态学报 , 2009 , 20(3):696-704.
[ 14] 　徐明岗 ,刘平 , 宋正国 ,等.施肥对污染土壤中重金属行为影响的研究[ J] .农业环境科学学报 , 2006 , 25(增刊):328-333.
[ 15] 　王红旗 ,李华 , 陆泗进.羽叶鬼针草对 Pb 的吸收特性及修复潜力[ J] .环境科学 , 2005 , 26(6):143-147.
260 水土保持学报　　　　　 第 25 卷