全 文 :收稿日期:!""#"%&! 接受日期:!""#"’!(
基金项目:广西农业科学院科技发展基金(!"")"&’);桂科青("#!*"!*);国家支撑计划项目(!""#+,-%"+"%);桂科攻("#*!"")%)项目资助。 作者简介:苏天明(&(##—),男,广西贵港市人,博士研究生,从事植物营养与肥料、土壤环境方面的研究。 ./0:"##&%!))&(),123450:678549359:");&!<= >?3 ! 通讯作者 123450:05@49:A75)";B?83450 C >?3
泥炭对菜心!土壤系统中重金属
生物有效性的效应研究
苏天明&,!,李杨瑞&!,江泽普&,韦广泼&,蒙炎成&
(&广西农业科学院土壤肥料研究所,广西南宁 ’%"""#;!广西大学农学院,广西南宁 ’%"""’)
摘要:以菜心为研究对象,利用盆栽试验,观测在重金属 D7(!"" 3: E F:)、DA(%"" 3: E F:)、GH(&""" 3: E F:)污染的土壤
上添加不同用量的泥炭("I、"=’I、&I、!I、)I、’I)对重金属生物有效性及其土壤形态分布的影响。结果表明,
随着泥炭施用量的增加,菜心采收时土壤重金属的形态分布发生了改变,-.G,交换态的重金属明显减少,有机结
合态重金属明显增加,菜心根、茎、叶重金属含量显著降低;从总体趋势来看,产量有所提高,只是在 ’I或 )I的泥
炭施用水平下产量略有下降。说明在 "I!’I范围内的泥炭施用量能降低铜、铬、铅重金属污染土壤的生物有效
性,"I!%I范围内的泥炭施用量能提高菜心产量。
关键词:泥炭;菜心;重金属;生物有效性
中图分类号:J<%’ 文献标识码:, 文章编号:&""*’"’K(!""*)"!"%%("< !""#% &" ’#(% &) *#(+, -#%(. /0&(+(0.(/0.0%, 0) 1&0. 1,1%#- ()2
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目前,世界各国的土壤均存在不同程度的重金
属污染,全世界平均每年排放 ^:约 &=’万吨,D7为
%)"万吨,GH为 ’""万吨,V9为 &’""万吨,Q5为 &""
万吨[&]。据统计,我国约有 %万多公顷土地受汞的
污染,有 &万多公顷土地受镉的污染[!]。如沈阳市
张士灌区因污灌使 !’%% B3! 农田遭受 D[ 污染,其
中严重污染面积占 &%I[%];江西大余县污灌引起的
镉污染面积达 ’’"" B3![)];青岛市 !=#I!(="I的
植物营养与肥料学报 !""*,&)(!):%%( %)) """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""" G0498 Q78A585?9 49[ _/A8505‘/A J>5/9>/ 农田土壤分别受到 !"、#、!%、&’、()、!*、+,等 -种
重金属的轻污染[.]。重金属是致癌物质,对植物也
有相当的毒性,因此土壤重金属污染的治理工作十
分重要。
泥炭富含有机质,其中腐植酸是含量最高的组
分,其比表面积大,吸附螯合能力强,对 (、/、!*、 ()、!"、+,、01等离子为强吸附[2];并且有较强的离 子交换能力和盐分平衡控制能力。因此,泥炭在农 业上得到较广泛的应用,尤其用于土壤改良、园艺材 料和肥料原料等方面[-]。 关于泥炭对污染土壤重金属生物有效性及毒性 影响方面的研究,特别是泥炭有机物对铜生物有效 性的影响已有较多的报道,而对其它重金属生物有 效性的影响研究报道较少。陈世俭[3]的研究表明, 添加泥炭可以降低铜污染土壤化学活性铜(醋酸浸 提)的含量;韩照信[4]认为,泥炭可以吸附废水溶液 中的重金属离子,!"、!*、()、+, 重金属离子脱去率 达 435!445,说明泥炭对重金属生物有效性的影 响是有其内在机制的。本试验以菜心为对象,利用 盆栽试验,研究泥炭的施用对土壤重金属的形态转 化及其生物有效性的影响,为重金属污染土壤的改 良及治理提供理论依据。 ! 材料与方法 !"! 试验设计 盆栽试验于 6772年 87月 63日至 88月 63日在 广西农科院农场塑料大棚内进行。供试作物菜心 (!"#%&# &#’()*"% 9: ’’;: &+%,),% <=": -*%.% >’?,?@
9??)品种为广研油青菜心。供试土壤取自广西农科
院农场的水稻土,为第三纪红壤壤土;灌溉水为自
来水,泥炭由南宁市天元顺丰科技有限公司提供,其
主要化学性质见表 8。
表 ! 供试土壤、灌溉水及泥炭理化性质
#%&’ ! ()*+,-& ./ -)’0,-& 1231’24,’+ 35 +3,&,,22,64,3. 74’2 ./ 1’4
试验材料
AB;?": C=@?"1=D
速效 0
&E=1D : 0
速效 (
&E=1D : (
速效 F
&E=1D : F ;#
有机质
G/
腐殖酸
#& #6G
全 !*
>H@ : !*
全 !"
>H@ : !"
全 ()
>H@ : ()
(C I J) (5) (C I J)
土壤 KH1D 884L6. 6.L77 8-2L77 2L3- 6LM8 8L83 .L777 6NL-47 82L637
灌溉水 O""1=@1H, P=@?" 8LM8 7L88 8L72 -L87 7L776 泥炭 (?=@ N2L-. 64L42 6NL27 在供试土壤中分别添加铜(!* 677 C I J)、铬(!" M77 C I J)、铅(() 8777 C I J),制成 M组土壤,每组 土壤又设 2个泥炭的添加量处理,分别为 75、7L.5、 85、65、N5、.5(占土重的百分含量),N次重复,共 -6 盆。铜、铬、铅 重 金 属 元 素 分 别 以 硫 酸 铜 (!*KGN·.#6G)、氯 化 铬( !"!DM·2#6G)、醋 酸 铅 (!N#2GN()·M#6G)加入。试验用盆容积 .L4 9,盆内 高 8.L7 QC、盆底内部半径 -L. QC、盆口内部半径 88L. QC,每盆装风干土 .L7 J。另外各处理均施等
量肥料,施用 0 677、(6G. 37、F6G 2-8 C I J(0R (6G. R
F6G S 8L7 R7LN RMLN),用硝酸钾和钙镁磷肥作基肥一
次性施入。
试验时将土壤与营养肥料、重金属、泥炭等充分
搅拌均匀,并浇几次水,让其平衡一周。菜心种子点
播于长 27 QC,宽 M7 QC的 877孔育苗盘上,每穴播 N
颗,待小苗长出两叶一针后,选择相对一致的小苗移
栽,按“T”型规格每盆种 . 株。菜心育苗时用通用
蔬菜营养液提供营养。
!"8 测定项目与方法
土壤、灌溉水样、泥炭化学性质按照常规分析方
法测定。速效 0,碱解扩散法;速效 (,#!D提取—
钼锑抗比色法;速效 F,乙酸铵提取—火焰光度法;
;#,电位法;有机质,重铬酸钾容量法;腐殖酸,容
量法(UV884.- W34);土壤全 !*、!"、(),酸消煮—
&&K法;灌溉水样全 !*、!"、(),酸溶—&&K法。
在菜心生长到“齐口花”时期适时采收,测定植
株重金属含量和土壤不同形态重金属含量。植株
铜,高温灰化—盐酸溶解—&&K法[87];植株铬、铅,
浓 #6KGNW#6G6 消煮—&&K法[88];土壤有机结合态
铜,碱性焦磷酸盐和 ;# 6L7 的 M75 #6G6 等提
取[86];土壤有机结合态铬,875 #6G6 W 6 CHD I 9 #!D
溶液提取[8M];土壤有机结合态铅,#0GMW#6G6提取
法[8N];土壤交换性铜、铬、铅,X>(&提取—&&K法
测定[8.]。
数据方差分析用 K&K 3L6 统计软件进行分析
(美国 K&K O,’@1@*@?公司),标准偏差计算和相关性作
图、分析用 ABQ?D 677M软件进行。
7NM 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 8N卷
! 结果与分析
!"# 泥炭不同用量对土壤、菜心的 %、&、’(含量
和菜心鲜重的影响
从表 !可以看出,在添加 "# ! %& ’ (&、") *
%& ’ (&、+, -$ %& ’ (&的基础上,施用不同用量的泥 炭,改变了重金属在土壤中的形态分布,采收时土壤 有机结合态的重金属含量极显著地增加,交换态重 金属含量极显著地减少。同时,菜心各部分的重金 属含量极显著或显著地下降,而且菜心鲜重也有所 提高。说明泥炭能引起土壤重金属形态发生变化, 使菜心对重金属的吸收减少,产量增加,起到了改土 增产的良好效果。 表 ! 不同泥炭用量对土壤、菜心的铜、铬、铅含量和菜心鲜重的影响 )*(+, ! -..,/0 1. 2,*0 &*0,3 14 05, $%,$&,’( /140,403 64 316+ *47 2+*40 *47 .&,35 8,6950 1. .+18,&649 $564,3, /*((*9, 泥炭 用量 +./0 )/0.1 (2) 有机结合态 3)&/456/778 ,9#4:.: ;9)%1 (%&’ (&) <=+>交换态 <=+>?.@6A/4&./,7. ;9)%1 (%& ’ (&) 菜心铜(铬、铅)含量 "#("),+,)6940.40 9; B7/40(%& ’ (&) 菜心鲜重 C).1A D.5&A0 9; B7/40 (& ’ B7/40)根 E990 茎 F0.% 叶 G./; "# $ -HIJK L -I!M " -*I*M L !I$! >N OJI*M L KI-! > -*IJK L -I*J / -OIKM L -IOM > KIOM L -I!K , $IJ -PI-$ L -I!* N" -*IJO L -I*J > O*I$H L JI!J >N -!IPO L -I!J /, -JIPJ L !IJK N PI$J L -I!J , - -PI!J L $I!O N" -!I!K L !IJK >N O-I$K L JIJO >N -*I L IOM /, -!IKH L -IPJ " OI* L -I*H /,
! !I-! L !I*H >N -IJ- L -IJP N" OIKH L KIHK N -!I*H L -I! , MIMH L !IKP < OIJJ L -I-J /
H !!IHO L -IH! > PIJ* L -I!K < PJIM- L HI!J " -!IHP L -I , OI$* L !IOJ < OIP$ L $I!O / J !!IHP L -I*K > PIO- L -IHO "< PJIPH L JI*! " -$IO- L $IJK 6 PIMP L -IMJ < OI!J L $IMJ /, ") $ !HIJK L -IHJ < !KI!J L -I*J > *$IJK L !IHJ > -OIKM L $I!J / !OIHP L !I$! > MIHO L $I$M 6 $IJ !PI!K L !I!K "< !-I!K L -I!- N !OIMH L !I!* > -KIMK L *IKM /, !PIMH L !I*$ > MIJJ L $I*! ,6 - !OI-J L !I*J "< -OI*J L -I$J " !PIOM L -IH! > -JIMH L *IKP /, !JIOM L *IJM >N -$I! L $IH! /, ! *$I-- L *IKH N" -PIJO L -IKM " !!IMP L $IMJ N -!I-! L !IOJ , !!IMP L -IKP N" -$IH L $I*M / H *HI!$ L !I!J >N -JIMJ L $IJK "< !$IMM L !I!J N --IJJ L $I!* , !-IMM L !IPJ N" -$IJJ L $IKJ / J *JI!J L -IJ! > -HI!P L -IP! < !$IH- L -IOP N --IH$ L -IJH , !-IH- L !IK! " -$I!- L $IH! /, +, $ O!I-$ L *I*H " K$I!! L *I*O > JPI!$ L !I*J > !-I!J L -I-* > HKI!K L !IPO > MIHO L -I!K , $IJ OJI!H L !I-J N" JPI!K L !IJK > JKI$O L !I-* >N -MI*O L -I$J > HHIK$ L *I-! > -$IH L $I*H /, - OOI!J L HIMO N" J!I*P L !I-* N JHIMP L *IPO >N -MI-- L -I$M > H!I$H L *I$! N --I*J L -IJ! /, ! M*IOM L *IJK N HOIO! L !IPM " J!IM! L !IOM N" -OIP- L $IMO > *MIK$ L !IOM " --IMJ L $I-K / H -$OI-! L !IHK > H*IJK L !I$- < J$IKH L !I*- "< -HI$- L $IOJ N *JI$O L !IJH < --I$J L $I!P /, J -$PI!* L JIMP > H!IKH L !I-! < HOIJJ L !IKH < -HI-P L !IJ* N *HIJJ L !I$J < -$IMJ L $I*H /, 注(Q90.):不同大、小字母表示处理间差异达 -2和 J2显著水平,下同。<5;;.).40 6/B50/7 /4: 79D6/1. 7.00.)1 %./4 15&45;56/40 /0 -2 /4: J2 7.R.7, ).1B.605R.78S =A. 1/%. ,.79DS !"! 泥炭不同用量与土壤、植株 $%、$&、’(含量及 菜心产量的相关分析 !I!I- 与土壤 <=+>交换态、有机结合态的 "#、")、 +,含量的相关性 随着土壤泥炭施用量增加,土壤 中有机结合态的 "#、")、+,含量极显著或显著地增 加,相关系数分别达到了 $IMJ*K!!、$IOP$M!、 $IMO*-!!;<=+>交换态的 "#、")、+,都极显著地减 少,相关系数分别达到了 T $IMP*$!!、T $IMOJM!!、 T $IMK$J!!(图 -)。 !I!I! 泥炭不同用量与菜心 "#、")、+,含量的相关 性 图 !看出,泥炭的施用减少了重金属的生物有 效性,菜心的重金属含量减少,泥炭施用与菜心根的 "#、")、+,含量的相关系数分别达到了 T $IMPKM!!、 T $IMJ!K!!、T $IMM*H!!;与菜心茎的 "#、")、+,含 量的相关系数分别达到了 T $IOP!K!、T $IM$JK!、T $IMKOJ!!;与菜心叶片的 "#、")、+,含量的相关系 数 分 别 达 到 了 T $IM$K$!、 T $IM*JM!!、 T $IMO$!!!。表明适当的施用泥炭能降低种植于重 金属污染土壤的菜心的重金属含量,从而改善蔬菜 品质(图 !)。 -H*!期 苏天明,等:泥炭对菜心T土壤系统中重金属生物有效性的效应研究 !"!"# 菜心鲜重与泥炭不同用量、菜心叶片重金属 含量的关系 相关分析表明,在 $%、$&、’(污染的土 壤上分别添加不同用量的泥炭时,菜心鲜重与泥炭 施用量间的相关性方程分别为 )$% * +"!,#- . ,"#/,0, & * +",++1; )$& * +"230- . 0",##/, & * +",21,;)’( * +"2,/1- . 2+"402,& * +"4!#/,虽都呈 正效应关系,但相关性不显著,表明在一定程度内施 用泥炭有提高菜心产量趋势。另外,菜心鲜重与菜 心根、茎、叶重金属含量均表现为负效应关系,其中 与菜心叶片 $%、$&、’(含量的相关性系数(&)依次分 别为 5 +"0213!、 5 +"//,,!、 5 +"313#,与 6789 等[21]研究的植物产量与重金属含量呈负效应的结 果一致。 图 ! 泥炭施用量与土壤 "#$%交换态和有机结合态 &’、&(、$)含量的关系 *+,-! ./012+3456+7 )/28//4 7/12 (12/5 149 :342/425 3; "#$%=:614,/1)0/ 3( 3(,14+:100 )3’49/9 &’,&(,$) +4 26/ 53+0 图 ? 泥炭施用量与菜心根、茎、叶 &’、&(、$)含量的关系 *+,-? ./012+3456+7 )/28//4 7/12 (12/5 149 :342/425 3; &’,&(,$) +4 26/ (332,52/@,0/1; 3; ;038/(+4, &6+4/5/ :1))1,/ A 讨论 本研究的结果表明,受 $%、$&、’(污染的土壤增 施泥炭(+:!3:)时,菜心采收前土壤有机吸附态 的 $%、$&、’(含量增加,并与泥炭添加量呈明显的正 相关关系,;<’6交换态的 $%、$&、’(含量降低,与泥 炭添加量呈明显的负相关关系;同时,菜心根、茎、 叶各部分的 $%、$&、’( 含量显著或极显著地降低。 泥炭有机质、腐植酸含量高(本试验所用的泥炭有机 质 41",3:、腐植酸 !0"01:),比表面积大,吸附螯 合能力强。当泥炭施用量增加时,土壤外加的有机 质自然就增加,重金属的有机吸附与螯合得到了加 强,使土壤有机吸附态的 $%、$&、’(含量自然增加; 具有较高活性的 ;<’6交换态的 $%、$&、’( 含量随 之减少,菜心对重金属的吸收明显减少。这与徐宁 彤[2,]认为,有机质能增加土壤对重金属的吸附,使 吸附态的重金属比例增加的研究结果一致。一般而 言,重金属在土壤中可以水溶态、交换态、有机束缚 态、与 =>、?@、67等的碳水化合物结合以及残余态等 3种形态存在[2/]。由于泥炭本身含较少的 =>、?@、 67等元素,而且一般后两种形态的重金属含量是比 较稳定的,且水溶态含量很少,所以当土壤重金属在 !4# 植 物 营 养 与 肥 料 学 报 24卷 总量不变的情况下,重金属各形态的变化主要是发 生在交换态和有机吸附态之间。有机吸附态的重金 属被认为是缓效性的形态,其含量与植株的吸收量 关系不大。多数学者认为,交换态 !"是作物吸收的 主要形态[#$%&#],但对于有机结合态 !" 的有效性则 有不同的看法。有人认为,分子量小于 #’’ 的有机 化合物缔合的 !",对植物是易效的;但是与分子量 大于 (’’’ 的有机化合物缔合的 !",有效性小得 多[&&]。因此,要对泥炭有机物进行分子量测定,或 对有机结合态的重金属的测定区分为松结合或紧结 合的形态,才能进一步确定不同泥炭有机物所缔合 的重金属的生物有效性。可见促进重金属污染土壤 的重金属吸附、螯合、钝化等,是减少作物对重金属 的吸收,改善作物品质的关键。 在本试验中,添加 ’)!*)的泥炭,菜心鲜重表 现出增加的趋势。这是与泥炭具有良好的透水、透 气、保肥、离子交换、吸附等的特性是分不开的。也 可能是因为泥炭的施用,降低了土壤 +,-.交换态 的重金属含量,使重金属的生物毒性下降[&*%&/],并 通过促进植物生长及产量提高表现出来。 参 考 文 献: [#] 周泽义 0 中国蔬菜重金属污染及控制[1]0 资源生态环境网络 研究动态,#$,#’(*):&#%&23
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