全 文 ： 6 一
第 19卷第 5期
1999年 9月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vo1．19，No．5
sept．，1999
桑一蚕系统中镉的吸收、累积与迁移
陈朝明①，龚惠群 ，王凯荣，唐
； 长沙 五； 究所，长沙 41。125)
菁@，万继武@
5 P子 ．2 S暑 ／．2
擅量 ：对桑一蚕系统中镉的吸收、累积与迁移行为研究站果表明 (1)桑树对土壤镉污染有 一定的耐性 ，桑树镉累积量(丁 )
和相对累积率( 与土壤镉浓度( f)的关系可分别用回归方程 Ta=a+bl~g(Sc)和 Iog(Ra)=a+blog(Sc)描述。(2)随
著土壤镉浓度的增加，镉在桑树根部的分布率明显增加，地上部分的分布幸有所降低 ，运转到叶片的比率明显降低 。(3)
蚕悻、蚕砂和蚕茧的镉古量、镉累积量 ，随着桑叶镉音量的增 加而增加。(4)栽桑子系统中，通过桑叶养蚕和伐枝条，约
so％的桑树镉被移出土壤镉库。养蚕子系统中，占食下桑叶镉累积量 4．7 的镉，经蚕茧移出养蚕系统而转入弊丝业。对
桑一蚕系统而言，通过 蚕茧移出系统的镉仅占桑树嗳收镉的 0 77，6。(5j采用载桑养蚕来治理和利用镉污染土壤时，应重
视养蚕过程中含镉废物的管理 。
关键词 ：土壤镉 ；桑一蚕系统F镉暖收；镉累积F镉迁移
The absorption，accumulation and migration of cadm ium in the sys—
tem of soiI m ulberry and silkworm
CHEN Chao—Ming，GONG Hui—Qun，W ANG Kai—Rong，TANG Jing．W AN Ji—Wu (Cfia g-
sha Institute AgHcuhurd Moderm~ tiontAcademla Sinica，ChaNgsha 410125，China)
Abstract：The absorption，accumulation and migrition of cadmium (Cd)in the system of growing mulberry
and feeding silkworm was conducted．The results are the following：(1)Mul rry Is a kind of Cd—tolerant
cash crop and cBn absorb Cd from soil．The relationships between amount of Cd accumulation(丁 )，relative
rate of CA accumulation(Ra)in mulberry tree and CA concentration in soil(Sc)are expressed by the equa-
tions：Ta= a+blog Sc and log Ra一口+6 log Sc．(2)W ifh increasing Cd concentration in soil．distribution
percentage of Cd in roots increased significantly，that in aboveground parts of mulberry decrease a little—
and that in leaf decreased significantly．(3)W ith increasing Cd content in the mulberry Leaf，Cd content in
silkworm body·excrement．chrysalis and silk shel also increased ．(4)In the subsystem of growing mulbe r—
ry，about 50 0f amount of Cd accumulation in the mulbe rry tree was removed from soil by using leaf for
feeding silkworm and cutting branch．In the subsystem of feeding silkworm ，4．7 of amount of Cd accu—
mulation in taked mulberry leaf by silkworm was removed from feed ing silkworm subsystem to reeling mill
with co(：oon．Therefor for the system of growing mulberry and feeding silkworm ，only 0。77 of amount of
Cd absorbed by mulberry tree were removed from the system．(5)It should pay serious attention to manage
the Cd—cotaining residus produced by feeding silkworm ，when CA -poluted land was utilized for growing
mulberry。
Key words=Cd in soiltsystem of growing mulberry and feeding silkworm ；absorption of Cdtaceutnulation of
Cd tmigration of Cd
文章编号 ：1000—0933(1999)05—0664—06 中围分娄号!x171 文献标识码tA
基盘理 目：中国科学院“八五 重点资助项 目“镉污染农田生态整治与安全高教利用模式研究 部分内容
收稿 日期 ：1997一。8—02=修订 日期：1998—02—18
现工作单位 ①中国科学院上海植物生理研究所 ‘②中国科学院上海 细胞生物学研究所 ；③湖南省长移农业学校
李木兴，李 砖参加了部分试验工作
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5期 陈朝明等 ：桑一蚕系统中铺的吸收 、累积与迁移 665
有色金属矿的开采 、冶炼和使用含铺原料的工厂，通过 三废”将铺排到环境 中，其 中大部分进入农业
土壤系统 。农业土壤镉污染的综合治理已成为当今改善环境和提高环境质量的一个重要问题
。 合理调整
铺污染土地的种植制度是一条重要的技术途径 ，利用种植生长周期长 、形体高大 的术本植物净化铺土壤 已
有报道 ，也有在铺污染土壤上种植纤维作物——苎麻(日．hived工．＆ )的报道啪 “八五 期 问，作者在
铺柠染土壤上种植桑树 ，发展养蚕业 ，开辟了安全高效利用铺污染土地的新模式Ⅲ
关于植物对铺 的吸收、累积方面已有不少的研究 叫 ，但桑树对铺的吸收 、运转及铺在桑一蚕系统 中的
行为的研究工作还很缺乏。 本文研究了不同铺污染水平下 ，土壤一桑树一家蚕系统 中镉 的吸收、累积和迁移
规律 ，为采用栽桑养蚕来治理和利用铺污染土壤提供科学依据
1 材料与方法
1．1 试验小区与供试土壤
供栽桑试验 的小区为 1rex1rex1m(长×宽×深)的砖砌水泥池。供试土壤为第四纪红色粘土发育的
生红壤 a试验池上层土壤(0～50cm)用化肥和菜籽饼堵肥 ，培肥后试验土壤的基本理化性状见表 1。
囊 1 供试±簟的基奉性状
TaMe 1 F~ndaments]p． pI∞I—chemic]proper~es of tested soil
1—2 铺 添加处 理
将 C~C1,‘2·5H,O用水溶解后，加到拌有化肥 、菜籽饼的适量供试土壤 中，然后混入试验池上层土壤
(0~50~m)，平衡 2个月后栽桑 土壤镉 处理浓度设置 6个水平 ，实测各处理土壤铺浓度为 0．92(对 照)、
8—49、22·3、4 o．6、75．8和 145mg／kg
1．3 栽桑试验
供试桑树品种为“胡桑 197”。1992年 2月栽植 ，每处理小区定植 5株，接照栽桑常规技术管理 。每年夏
、
秋各伐分技1次，测定分枝和叶片的生物量．于桑树生长第3年的夏、秋季，从各处理中挖出桑树 1棵，测定
整株桑树各器官 (须根 、主根，主茎 、分枝和叶片)的生物量及其铺含量 。
1．4 养蚕试验
供试蚕品种为“美蓉 ×湘辉 ，由胡南省蚕种站提供 。养蚕试验 于 1992、1993年 6～7月间进行 。采摘各
试验池的桑叶分别喂养蚕 ，接照养蚕技术规程进行管理 养蚕期间+对各处理的桑叶、残叶、蚕砂
、蚕体及蚕
茧进行计量 ，井测定其铺含量 。
1．5 洋品分析
样品的干物质量 ，采用常压恒温干燥法 。
铺 含量测定 土壤样品用王水一高氯酸捎化 ，植株等生物样品 (桑树 、蚕体 、蚕砂，蛹和茧层)用硝酸一高
氯酸消化 PE一4000型原子嗳收分光光度计测定 。
2 结果与讨论
2．I 桑树对土壤铺的吸收、累积和运转
2．1．1 桑树对土壤铺的吸收 桑树各器官的铺含量 ，随着土壤铺浓度的增加而增加 ， 经相关性分析 ，
呈显著或极显著的直线正相盖‘未 2) 土壤铺浓度为 8．46～75．8rag／kg时，桑树各器官铺含量大小顺序
为；须根>主根>主茎>叶片>分枝 不同土壤铺浓度下，桑树须根和主根 的铺含量明显高于其它器官的
铺含量 ，须根 的铺含量是其它器官铺含量的 1．63～4．6倍 ，主根的镉含量是其它器官 (除须根外)铺含量的
1．41～49．7倍 各处理中，桑树各器官镉含量分别是对照相应器官的 1．24～292倍 ，说明桑树各器官对土
壤铺均有富集作用
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668 生 态 学 报 19卷
2．1．2 镉对桑树生物量的影响 土壤镉对桑树不同器官生物量的影响见表 3。当土壤镉浓度≤22．3rag／
kg时 ．根的生物量 比对照约减少 20 ；土壤镉浓度达到 40．6mg／kg时 ．根的生物量减少近 50 。当土壤镉
浓度≤40．6mg／kg时，地上部分生物量与对照接近或略有增加；当土壤镉浓度≥78．8mg／kg后，地上部分
生物量才明显下降；当土壤镉浓度达 145mg／kg时，桑树逐渐死亡。因此土壤镉对桑树地下部分生物量的影
响明显地大于地上部分 ．这是 由于须根和主根的镉含量明显高于地上器官的镉含量 。土壤镉对桑辩根部的
影响主要表现为抑制其生长发育 ．须根的数量和长度减少，当土壤镉 浓度达 75．8mg／kg以上时 ，根出现瘤
状结节．并有木栓化趋势。经相关性分析，桑树整株生物量(Yb，g)、地上部分生物量(Yup．g)与土壤镉浓度
(Sc．mg／k )呈极显著的负相关 。其回归方程为：
Yb一 2428．1— 1I．912Sc【r一 一 0．9828．n一 6)；
一 2266．6— 13．809Sc(r一 一 0．9765， 一 6)。
裹 3 土壤桷埘曩树軎器官生怕量的影响
Table 3 Efect 0fCA oil biomassIn or ofmul~ rry
据 KuboL等研究啪，用植物生物量下降 25 时植物含镉量作为该植物耐镉性的临界浓度 ，比土壤镉浓
度指标更适宜 。在本试验中，桑树地上部分生物 量下降 25 时，桑 叶镉含量为 1．55mg／kg(DW)，对应的土
壤镉浓度为 54．1mg／kg，该值即为桑树耐镉临界值上限。因此 ，桑树对土壤镉具有一定的耐受能力。
2．1．3 镉在桑树体内的累积 、分布和运转 桑树各器官的镉累积量见表 4，整株桑树的镉 累积量随着土壤
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5期 陈朝明等 ：桑一蚕 系统中镉 的吸收 累积与迁移 667
镉 浓度的增加而增加。经相关性分析，整株桑树的镉 累
积量与土壤镉浓度呈对数函数关 系(图 1)：
Ta 一 1．091十 1．5231ogSc 【r一 0．9875 = 6)
其中，丁 为整株镉累积量 (rag)，Sc为土壤镉浓度
(mg／kg)。
桑树对镉的相对累积率随着土壤镉浓度的增加而
下降。经相关性分析 ，桑树对镉 的相对累积率与土壤镉
浓度呈双对数函数关 系(图 1)：
log Ra ⋯ 1 996——0．7002[ogSc
一 一 0．9931 一 6)
其中．Ra为整株镉相对 累积率，P~=Ta／C．
为整株镉累积量(rag)．C为 O～50cm土层的镉
总量 (rag)，土壤容重为 1．12kg／cm 。
{
i
l
摹 。
壤镉j雀
00 。
Cd con~ntlalion in 50I】(rag／ )
图 1 土壤镉浓度对桑树镉 累积量(Ta)和相 对累积率
( )的影 响
Fig．1 Effect of Cd corLeentration on amount of Cd ac
cumulatioa(Ta)aad relative rate of Cd accumu[ation
(Ro)
衰 4 曩埘的铺曩积量和相对曩积率
Table 4 Amount and rel~lve rate 0f Cd accumulation 0f mulberry
Ta— — ArElount of accumu LationI 4— — Ratlo of~ccumulation
镉在桑树各器官的分布率见图 2。土壤未添加镉时．桑树根部(须根 +主根)镉 的比率较低 ，约为 12 }
镉在主茎和分枝中的分布率晟高 ，约占 50 ，其 中分枝镉的分布率明显高于主茎；叶片中累积 的镉 约占
38 土壤添加镉 后，桑树吸收的镉在根部 累积的比率 明显增高 。而在地上部分 累积的 比率逐渐减少 ，其中
镉在主茎中的分布率与对照接近 ，而在分枝 中的分布
率 比对照有所下降 ，特别是叶片中镉 的分 布率 明显降
低。土壤镉浓度在 8．49～75．8mg／kg范围内，桑树根部
对镉有较高的富集 能力 ，约 40 的镉 言集在根部 ，运转
到桑树主茎和分枝的量约占总 累积量的 41 }而 运转
到叶片的镉量相对较少 ，约占总累积量的 16 ，这对利
用镉污染土壤栽桑养蚕具有实际意义。
2．2 蚕对桑叶镉的吸收 、累积和运转
2．2．1 蚕对桑叶镉 的暖收和累积 各处理中蚕体 、蚕
砂和蚕茧的镉含量和镉累积量均随着桑叶镉含量的增
加而增加 。经相关性分析 ，蚕体 、蚕砂 、蛹和茧层的镉含
量与桑 叶的镉含量呈显 著或极显 著的直 线正相关 ，蚕
体 、蚕砂和蛹的镉 累积量与桑叶镉含量呈显著或极显
叠 歉畦载
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生 态 学 报 19卷
著的直线正相关 (表 5)
衰 s 置盍下曩叶、置体、置砂和置茧的蠕吉量囊其■曩吝l量
TDhle S ( o0ntent and m ount of Cd accnmulaflon in Ie tsilkworm body·excl nt n d∞
rm Correlation coefkiem
2．2．2 镉在蚕生长发育过程中的运转 幼虫期．镉随着摄食的桑叶进入蚕体和排泄物——蚕砂中．本试
验中蚕培皮含的镉忽略未计。除桑叶镉含量为 3．32rag／ks的处理以外．全龄期蚕食下的桑叶镉在蚕体、蚕
砂中的平均分配比倒约为 6．7：93．3．处理问的差异不大 。研究表明，用鲜 叶含镉量小于 0．49rag／kg的桑
叶(相应的干基镉含量为 1．2Omg／kg)养蚕时 ，蚕的生长发育和蚕茧质量均不受明显影响 ，其原因很可能
是蚕体嗳收的镉量较少 ，不足以影响蚕的生长发育
蚕完成幼虫期后 ．进入结茧 化螭阶段 ，蚕体 吸收的镉叉分别运转到营茧前的粪尿、茧层和蛹 中．其分布
率见图 3。由此可见．除桑叶镉含量为 3．32rag／ks的处理 以外 ．蚕体镉在蛹、茧层和粪尿中的分布率各处理
同的差异较小 蚕体镉在螭 、茧层和粪尿中的平均分布率约为 48：32：2O。
2．3 镉在桑一蚕系统中的迁移和分配
研究结果 表明[1 “一．当土壤镉浓 度≤40．8rag／kg
时．桑树生长正常或基本正常．镉对桑 叶品质无 明显影
响．蚕的生长发育和蚕茧质量均正常 。因此．对土壤镉
浓度为 8．49～40．6mg／kg时 ，镉在桑一蚕系统 中的迁移
作定量测算和 归结 (图 4)。
根据试验测定 ，3年龄桑树年累积的镉量占土壤总
镉量(O～50cm土层)的 0．0839 ～O．255 ．其中桑树
累 积 镉 量 的 30．1 ～ 34．9 分 布 在分 枝，13．9 ～
2O．7 的镉运转到叶片。生产实践中，每年对桑树砍伐
分枝．伐下的枝条大多作燃料或造纸等 ，有的也直接还
田。因此 ．通过采摘桑叶养蚕和伐技．约 5O 桑树所 吸
收的镉被移 出土壤镉库 。
试验表明，蚕对桑叶的食下率为 87．3％．残存桑叶
桑叶幅含量 (mg／kg DW)
CA~ teDt in mulb~rg teal
圈 3 蚕吸收的镛在蛹、茧屡和粪尿中的分布率
F培．3 Distribution percentage of Cd 4imOUnT raked by
silkworm in chrysal~，silk—shell and feces urine
量为 18．7 ：。桑叶镉进入养蚕系统后．蚕体嗳收的镉仅占食下桑叶镉量的6．7 ，而 93．3 的桑叶镉转
入蚕砂中。结茧化蛹后．蚕体 吸收镉的 8O 迁移到茧层和蛹中．20 存在于粪尿 中．分别约 占食下桑叶镉累
积量的 4．7％和 1．1 。因此，在养蚕系统中．残存的桑叶、蚕砂和粪尿(在蚕簇上)所含有的镉占食下桑叶
镉量的 98．3 ，仅占食下桑叶镉累积量 4．7％的镉 ，随蚕茧移出养蚕系统，进入缫丝系统。经计算，通过蚕
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I蟪
图 4 铺在桑一蚕系统中的迁移和分配
Fig．4 The migration and distribution of Cd in system 0 growing mu Lberry and feeding si Lkworm
茧移出桑一蚕系统 的镉仅占桑树吸收镉量的 0．77
根据镉在桑一蚕系统中的分配与迁移特点，在利用镉污染土壤栽桑，发展养蚕业时，应加强养蚕过程中
的残存桑叶、蚕砂及营茧 前排出的粪尿等古镉残 留物 的管理 ，防止镉污染的扩散 。
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、鸳／ =； ＼ m ／ # 岬
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