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第1 7卷第5期
1 9 9 7年 9月
生 态 学 报
ACTA ECOLOG A SINICA
珠 )
V01．1 7．No．5
Sep．， 1997
长期施用稀土对小麦植株中稀土元素
含量及分布的影响
刘书娟
孙景
章 申 王立军
红民 高效江
曲洪君 ⋯
郭繁清一 rz·／0 J
(中国科学院地理研究所．北京 lO001Ol，一 中国科学院高能物理所．⋯ 黑龙江省花园农场实验蛄)
掩翼 在我国施用稀土时间最长的黑龙江花园农场．研究了连续12a叶面喷施稀土对小麦植株及土壤中稀
土元素总古量和分布模式的影响。结果表明：连续12a叶施稀土没有造成土壤中稀土元素古量及分布{莫式的
变化；对小麦拔节始期(喷施稀土7d)后叶部的影响较大，h 、Ce量明显增高 ．叶部稀土元素分布模式与 常
乐 稀土中的相一致．与土壤中稀土元素分布模式不同，而在小麦拔节始期的根部、小麦成熟期的根、茎、叶、
壳等部位稀土元素分布模式均仍与土壤中的基车一致，研究结果还表明．长期叶施稀土 来发现对小麦籽粒
中稀土元素古量累积的现象
’型塑冲甜 方乜 ， ， t
， f ，
EFFECT oF LoNGTERM (12 YEAS)REE PPLICATIoN
oN REE CoNTENT AND DISTRIBUTIoN oF SPRING
W HEAT AND SoIL
Liu Shujuan Wang Yuqi Zhang Shen Wang Lijun Qu Hongjun。。
Sun jlngxin。 Chen Hongmin’ Gao Xiaojiang Guo Fanqing
(Instit+ae。fG~graphy，ChineseAcad~y ofScience，Beijing，lOOlO1．ch2 I‘In~tltue ofHigh⋯
Physics·ChineseAcademy Stire；‘‘Experiraent矗 ，Hua2~an．Heilongfiang)
Abstract Effects of application of rare earth elements(REE)for 12 years on REE content and
distribution of spring wheat were studied on experiment farm where REE had been sprayed
through leaves for 11 years．
Application of REE for 12 years does not affect REE content and distribution in soil．In
jointing stage of spring wheat(after application of REE 7 days)，REE content in leaves is affect—
ed significantly，especialy La、Ce，REE distribution of leaves is consistent with that of chang
Ie”，but has no relationship to soil．Root in jointing stage of spring wheat and rOOt、leaf、stem
crustin mature stage of spring wheat are consistent with that in soil，but have no relationships to
“chang le”．That long—term application of REE through leaves did not affect REE content in
*本文为 八五 国家重大基金资助项 目(No．1932104)。
收稿日期：1g95—10—26，修改稿收到日期：1996—09—07。
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spring wheat grain is concluded．
Key words； rare earth elements．wheat，accumulation and motilization．
许多农田实践和研究结果皆表明施用适量的稀土可以提高农作物的产量和品质 但长期施用稀土
是否会造成土壤环境、植株尤其是籽实中稀土元素(REE)累积是普遍关心的问题。因为土壤一植物系统是
生态环境的重要组成部分，其污染与否直接关系到环境质量状况和人体健康 目前虽有喷施稀土的小麦植
株中各稀土元素分布模式及籽粒 的稀土元素含量的报道- ，但至今还映乏长期施用稀土对作物植株及籽
实中稀土元素含量及分布模式影响的系统研究 本工作利用灵敏度及准确度皆高的中子活化测试技术，选
择在我国施用稀土元素时间最长(1la)的黑龙江省花园农场，研究连续12a叶面喷施稀土对春小麦植株及
籽粒中稀土元素分布模式及含量的影响，为我国稀土农用从生态环境的科学角度提供一些认识。
1 材料与方法
1．1 试验设计
试验地位于黑龙江省花园农场叶面喷施稀土长期定位试验区；供试土壤为淋溶黑钙土 供试作物及品
种为春小麦克丰二号；试验处理共设2个处理，每个处理4个重复 不施稀土的对照处理 ：选择在从未施用
过稀土的地块上进行 播种时采用上一年本地块收获的小麦籽粒 ．叶面喷施稀土处理；选择在已连续1la
进行叶面喷施稀土的地块上进行 播种方式及稀土施用均与前1la相同，即播种时采用本地块上一年收获
的小麦籽粒，三叶期左右叶面喷施“常乐”稀土，喷施量为600g／hm ，其中净稀土古量为204g／hm “常乐 稀
土中主要成分见表1 对照和喷施 REE两种处理的其他管理措施均一致。
表1· 常乐”稀土的主要成分(mg／kg)
Table 1 M且jor composition of"Chang le”REEs
注：∑REE为14种稀土元索(障Pm外)的含量总和
∑REE is the t0【al contem 0f【he 14 REE fr L to Lu(e—pt Pm)
1，2 样品采集及预处理
在施用稀土处理喷旆稀~Td后的小麦拔节始期(采集根和叶) 及成熟期(采集根、茎、叶、籽粒、壳)分
别对两种处理的小麦植株取样，取样时将每一处理4个重复的样品充分混匀，将各植物样分别用清水洗涤
数次，再用去离子水冲洗3次，充分诜去样品表面粘附的REE、灰尘或土壤等，经烘箱llo℃杀青4Omin和
75"C烘干8h后，磨碎待用。分别采集两种处理下的耕层土壤(O-*2Ocm)样品t经 自然风干并去除草根、细石
粒后，压碎混匀并过100目筛
1．3 分析及测定
植物样品稀土元素含量利用中子活化分析方法 (INAA)测定。称取一定量植物样品于瓷坩锅中，200℃
下碳化2h，再在550~C下高温灰化。准确称取灰化后的样品100rag用高铝箔纸包好，与人工配制的稀土元素
混合标准一同送人重承反应堆中照射 照射一定时间后以Ge探测器对各稀土的 r射线强度进行定量分
析，土壤 中稀土元素含量也利用中子活化分折方法【NAA)测定Ⅲ。“常乐 稀土中 REE含量利用 ICP方法
测定
2 结果与讨论
2．1 长期施用稀土对小麦植株中稀土元素分布和含量的影响
本项工作进行了长期施用稀土对小麦植株中稀土元素分布和含量影响的实验，用中子活化法较为准
确地测定了土壤及小麦植株根、茎、叶、壳、籽粒中REE含量分布(见表2)及其分布模式(见图1图2)。
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5期 刘书娟等：长期施用稀土对小麦植株中稀土元素含量及分布的影响 485
表2 小麦植株、“常乐”稀土殛土壤中REE含量分布(mg／kg)
Table 2 Contents of REE in wheat plant，soil and Chang le
注：1． REE为14种稀土元素(睬Pm外)的含量总和； LREE为6种轻稀土元素(La Eu)的含量总和} HREE为8
种重稀土元紊(Gd-Lu)的含量总和} LREE／ HREE为轻稀土元素与重稀土元素古量的比值 REE Eh样品的
稀土元豪分布模式图计算求得[”，
∑REE Ls the tota1 c∞tent o the 14 REEs f㈨ La to Lu(e ept Pm)The undetected element㈨ e det㈣ [ned by
ln衄r interpofatio⋯ the cholo㈣ate n ali d es．∑L EE Ls the∞nte]~t。f the 6 REB f L t。Eu
∑HREE is the c0nIent 0fthe REEs fr0mC-d t L
2对照处理的土壤样品Nd值Eh计算求得
Content of Nd of soil⋯ Dle 1n control treatmem WaS determined by cacu[at[on．
连续12a喷旌稀土没有造成土壤中REE总含量的增加及轻重稀土含量之比(厶 LREE／厶 HREE)显
著差异}此外，对照处理与叶施稀土处理相比较土壤中REE分布模式几乎完全一致并且基本重合，说明长
期叶旋稀土没有造成土壤 R髓 总量的增加，也投有影响土壤中各稀土元素的分异，
由图1可知，在小麦拨节始期，对照处理的小麦叶部 REE分布模式与土壤中REE分布模式基本一致，
表明植株对土壤中 REE元素设有出现选择性吸收。喷旌稀土处理的小麦叶部其表面虽被进行了充分清
洗，以保证喷施的 REE不会粘附在叶面上，但其REE总量仍远高于对照，是对照的5．8倍，其中 La、Ce、
Nd、Sm 4种元素含量分别是对照的6．3、7．O、5．0 2．O倍，Eu、Tb Yb、Lu等其它4种稀土元素含量与对照差
别不明显；而且喷施稀土处理的小麦叶部乞 LREE／ HREE为64．0，大大高于土壤(7．6)，但与“常乐 稀
土中 LREE／ HREE相近(62．4)，叶部 REE舟布模式与对照植株及土壤中的REE分布模式相差较
大(仍主要表现在 La、ce、Nd、Sm 4种元素上)，但是和喷施的。常乐”稀土中的 REE分布模式大悻一致，由
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此表明喷麓 REE后的几天内·植株叶部对。常乐 稀土中 REE作了显著吸收。另外．无论是对照还是喷麓
稀土处理 皆表现为小麦植株根部 REE总含量高于叶部．其中喷麓稀土处理小麦根部 REE总含量与对照
比略有增加·是对照的1 4倍，差捌仍主要是由两处理间 La、Ce、Nd、Sm等轻稀土元素的差异所致；对照处
理的根部 REE分布模式与土壤中一致，喷麓稀土处理的根舔 REE分布模式与对照植株相比略有不同，但
仍和土壤中REE分布模式大体～致。
一
． ； O土埋Soil 镒嚣}根R士叶I对照
一ConTm【
一 喷麓
kl：91i~tio．
圈1 拔节始期小麦檀株 常乐稀土厦土壤中REE分布模式
Fig-- Distribution Patterns of REEs in wheat plant at jo]nting stage soli and。Changle
早 根 R册t
+ 茎&era
士 卧 Leaf
+ 壳 c|
+ 土 壤s 【
吨德
⋯ 对照
Con~ [
一 畸麓
Ap—ie~tion
图2 成熟期小麦植株、常乐稀土殛土壤中 REE分布模式
Fig-2 Distribution patterns O REEs in wheat plant at maturing stage
． soil mad 。Ch~sgle
由图2可知·在小麦成熟期，植株各部位 REE含量由大到小排列如下：根>叶>壳、茎．对照处理的小
麦植株根、茎、叶、壳等部位 REE分布模式与土壤中 REE分布模式一致．证明其对土壤中各稀土元素没有
选择性吸收。喷施稀土处理植株叶部、根部REE含量略高于对照，是对照的1．6倍和1 3倍．差异仍主要是
由La、Ce所致，但与拨节期相比，叶部差异明显缩小}叶部、根部REE分布模式与土壤中基本一致 茎和壳
REE含量在两处理差 别 不大i并且 REE 分布模式 也与土 壤中基本 一致。根
， 茎、叶、壳等植 株部
位厶 LREE／厶 HREE差别皆不大，与土壤中近似．而与“常乐 稀土中 LREE／ HREE有显著差异
。
由以上结果可推知+在喷旌。常乐 稀土后的几天内．植物通过叶部对 REE作了显著吸收 ，显示与 常
~REE分布模式类似·随着植物的生长及生育期的延长，植物仍以土壤中REE为主要供给源，并将麓 常
乐”稀土后的效应逐渐减弱，最终至成熟期时叶部 REE分布模式 已与土壤中基本一致
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5期 刘书娟等：长期施用稀土对小麦植株中稀土元素含量及分布的影响 487
2 2 长期施用稀土对小麦籽粒吸收稀土元素的影响
作物籽实是人类食物链的主要环节和生活质量重要组成部分，作物籽实的质量及安全性直接影响人
体的健康 ，所 研究长期施用稀土对作物籽实REE含量的影响至关重要，也是深化稀土农用工作必备的
科学依据之一。为此 +比较了对照与叶施稀土两种处理籽粒的La Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Yb、Lu 8种稀土元素
的差异，结果见表3，很明显，连续12a进行叶面喷施 REE最终并没有造成小麦籽粒中各稀土元素含量的增
加，即叶施稀土未见造成籽粒中各稀土元素的累积，与已有的施稀土对籽粒中 REE总含量基本上无 明显
影响的报遭相一致 ]，此外+本结果还进一步表明长期施用稀土对籽粒中与常乐稀土主要成分相关的8种
稀土元素含量也未见明显影响。以上一些结果为认识我国稀土农用对小麦组织器官中稀土元素分布和对
土壤环境的影响提供了有价值的依据。
衰3 小麦籽粒中稀土元素含量(mg／kg)
Table 3 Contents of RE1E nf grain
参 考 文 献
郭怕生等编著．农业中的稀土 北京：中国农业出版社，1988
孙景信等．小麦与承稻植株中稀土元素的含量受其分布的研究 科学通报，1998，24：73~77
王玉琦、孙景信 稀土中稀土元素的含量和分布．环境科学，1991t5 51~54
王中刚等．稀土元素地球化学．北京：科学出腹社，1989 88~93
张运林等 稀土在春小麦上的十年定位试验 稀土，1993，5 r40~44
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