镧的不同施用方式对镉胁迫下雪菜生长和重金属累积的影

1、镧的不同施用方式对镉胁迫下雪菜生长和重金属累积的影响熊双莲1, 2，彭爱民1，熊治廷21. 华中农业大学资源与环境学院，湖北 武汉 430070；2. 武汉大学资源与环境学院，湖北 武汉 430072摘要：采用土壤盆栽法，探讨镧的不同施用方式对镉胁迫下雪菜(Brassica juncea var. crispifolia)生长及Cd和La累积的影响，以评价重金属污染土壤上施用稀土元素的生态效应。研究结果表明，镉污染土壤上，与不施La处理相比，无论何种方式施用La对雪菜生长和叶片维生素c质量分数均未产生显著的促进作用。叶面喷施La（10、25、50 mg·L-1）不仅没有降低雪菜Cd的

2、质量分数，反而导致大量的La累积在雪菜地上部。拌种虽然使1 mg·kg-1Cd污染条件下雪菜地上部Cd的质量分数下降，但同时使地上部La的质量分数增加。根施La（1、5、25、125 mg·kg-1）处理的雪菜地上部La的质量分数仍处于较低水平，但仅有根施1 mg·kg-1La处理显著降低雪菜地上部Cd累积量，其他根施La处理对地上部Cd累积量无显著影响。关键词：镧，镉，雪菜，维生素c中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）02-0442-04近年来研究表明，稀土元素对重金属胁迫有一定的缓解作用1。如在重金属污染土壤上，利用稀土

3、浸种提高了大白菜、番茄、小麦和水稻的产量，并使番茄果实中Vc质量分数增加、小麦和水稻籽粒中蛋白质质量分数提高；使作物体内重金属的累积量下降2-5。但也有不同的报道，胡忻等的试验结果表明铈对镉引起的小麦生长抑制及营养障碍无明显的防护作用6；溶液中加入0.05 mg·L-1 La(NO3)3对小麦根和地上部铅的累积无显著影响7。Xiong等研究结果表明，当溶液中(La)1 mg·L-1时才抑制Cd在雪菜地上部的累积8。以上研究结果不太一致可能是因为作物种类不同、稀土处理方式（浸种、喷施、根施）和剂量不同等原因造成的。稀土元素本身为重金属元素，已有不少研究表明施用稀土元素将会造成

4、其在植物体内累积9-11，从而对人体健康造成潜在危险。已有研究结果表明，溶液培养条件下(La)1 mg·L-1在抑制Cd向雪菜地上部转移的同时，其本身在雪菜体内的累积量也显著增加。目前农业上施用稀土元素的方式主要有根施、拌种（浸种）、叶面喷施等多种方式,不同的施用方式可能导致重金属及稀土元素在作物体内累积分配的差异。因此有必要对重金属污染土壤上，稀土元素的不同施用方式对作物产量、品质及重金属累积的影响进行探讨。镉是环境中主要的重金属污染物之一，较容易从根部向地上部迁移，因此对于可食部分为地上部的蔬菜而言，Cd对人体的危害较大。本研究主要探讨Cd污染土壤上，La的不同施用方式（拌种、根

5、施、叶面喷施）对雪菜(Brassica juncea var. crispifolia)生长以及Cd和La累积的影响，为评价重金属污染土壤上施用稀土元素的生态效应提供依据。1 材料与方法1.1 供试材料雪菜种子由安徽省种子公司提供。供试土壤为武昌狮子山黄棕壤，采自华中农业大学果园，采样深度为020 cm，土壤基本理化性质见表1。土样采回后风干、破碎，过2 mm筛，测量水分质量分数。将土样置于塑料钵中，每钵装土0.6 kg。土壤中施入0.20 g·kg-1 NCO(NH2)2，0.10 g·kg-1 P2O5（KH2PO4），0.20 g·kg-1K2O（KH2PO

6、4及KCl）作底肥。表1 土壤基本理化性质Table 1 Characteristic of soilpHw(有机质)/%w(全N)/(g·kg-1)w(全P)/(g·kg-1)w(全K)/(g·kg-1)w(全Cd)/(mg·kg-1)w(全La)/(mg·kg-1)6.135.672.423.114.030.7617.991.2 试验设计采用双因素完全区组试验设计。土壤中加入镉的处理水平为0、1、5 mg·kg-1。将配制好的镉溶液按照设计好的水平加入到已经施用过底肥的土壤中，并加入蒸馏水使土壤保持湿润状态。将土壤搅拌均匀，放置2

7、周。镧的处理分为不施(CK)、拌种、根施及喷施。拌种方法是将0.05 g La(NO3)36H2O加少量水溶解，并与10 g种子拌匀，然后播种于湿润的土壤中，播种时间与其他处理种子萌发时间相同。镧根施处理水平有1、5、25、125 mg·kg-1，分别用根施1、根施5、根施25、和根施125表示；叶面喷施处理水平为10、25、50 mg·L-1，分别用叶施10、叶施25和叶施50表示。每一处理3次重复。将萌发后的雪菜种子播种于已经进行镉处理2周的土壤中，每钵播20粒。幼苗在玻璃温室中自然光照条件下培养，定期浇水、除虫，幼苗出土一周后间苗，每钵留8株苗。待雪菜幼苗长至4叶1心

8、时，分别按设计处理水平进行镧的根施或叶施处理。叶面喷施至叶面滴液为止。镧根施或叶施处理2周后取雪菜叶片测定维生素c（Vc）的质量分数；同时取雪菜地上部分用水冲洗干净，并用二次蒸馏水洗涤，105 杀青15 min、80 烘干48 h，称样品质量，并将样品研磨，测地上部分Cd和La的质量分数。1.3 测试方法： Vc质量分数测定取鲜样2.0 g，捣碎后2%草酸定容于50 mL容量瓶中，取滤液10 mL用2,6-二氯靛酚溶液滴定至粉红色。通过用抗坏血酸标液标定染料浓度，从而计算出Vc的质量分数。 样品中元素质量分数的测定采用HNO3-HClO4方法消解样品，然后用ICP-OES (VISTA-MPX

9、 , VARIAN, USA)测定Cd和La的质量浓度。1.4 统计分析采用SAS V8系统软件。处理间差异显著性检验采用LSD检验，P<0.05为差异显著。2 结果与分析2.1 镧的不同施用方式对镉污染雪菜地上部干质量的影响表2 土培条件下，La对Cd污染雪菜地上部干质量的影响Table 2 Effects of La on the shoots dry weight of Brassica juncea var.crispifolia under Cd contaminated soil culture g·株-1处理Cd的处理水平LSD0.050 mg·kg-1

10、1 mg·kg-15 mg·kg-1CK1.831.971.66NS拌种1.632.041.800.4根施11.631.801.51NS根施51.642.141.120.2根施251.971.561.570.35根施1251.561.981.300.39叶施101.561.380.910.54叶施251.931.911.140.49叶施501.541.850.940.49LSD0.050.390.290.50注：NS表示处理间差异不显著表2结果表明：在土培条件下，单独w(Cd)=1或5 mg·kg-1处理对雪菜地上部干质量影响差异不显著。由此说明，土培条件下，05

11、 mg·kg-1Cd污染并未对雪菜生长造成明显的伤害。同样，与不施La处理(CK)相比，单独La处理（未受Cd污染）对雪菜地上部干质量的影响差异也不显著；但不同La处理之间雪菜地上部干质量有差异，以根施25处理最高，叶施50为最低，且根施25处理地上部干质量显著高于根施125、叶施10及叶施50处理。因此镧的不同施用方式对雪菜生长造成影响，单独镧处理时以根施25和叶施25较好。同一镉污染条件下，镧的不同施用方式及不同施用量对雪菜生长影响较大。在1 mg·kg-1Cd污染条件下，根施25和叶施10处理显著降低了雪菜地上部干重；而在5 mg·kg-1Cd处理条件下，叶

12、面喷施镧抑制了雪菜地上部的生长，使地上部干质量显著下降（表2）。表2结果还表明无论是1 mg·kg-1Cd处理，还是5 mg·kg-1 Cd处理条件下，均未发现施用La对雪菜地上部生长有明显促进作用。2.2 镧的不同施用方式对雪菜叶片Vc质量分数的影响Vc是蔬菜品质的一个重要指标。表3结果表明，单独Cd处理（不施La）对雪菜叶中Vc质量分数无显著影响，这一结果与表2相一致。由此进一步说明，05 mg·kg-1Cd处理未对雪菜生长造成显著影响。单独镧处理条件下（未受Cd污染），雪菜叶中Vc质量分数以根施125处理最高，其Vc质量分数除与CK、叶施10、叶施50处理差

13、异不显著外，显著高于其他镧处理（表3）。表3 土培条件下，La对Cd污染雪菜叶片VC质量分数的影响Table 3 Effects of La on the concentration of Vc in leaves of Brassica juncea var. crispifolia under Cd ontaminated soil culture mg·kg-1处理Cd的处理水平LSD0.050 mg·kg-11 mg·kg-15 mg·kg-1CK146.5146.9126.4NS拌种133.3154.5117.435.5根施1138.7142.

14、4118.622.8根施5125.8138.8128.7NS根施25132.8132.0132.4NS根施125165.5142.5141.6NS叶施10147.3140.7118.625.5叶施25133.0141.7104.7NS叶施50146.5147.7106.42.8LSD0.0522.6NS30.3注：NS表示处理间差异不显著在同一水平镉污染条件下，镧对雪菜Vc质量分数影响不一致。1 mg·kg-1Cd污染条件下，镧的不同施用方式和不同处理水平均未对雪菜叶中Vc质量分数产生显著影响（p>0.05）（表3）；但在5 mg·kg-1Cd污染条件下，尽管与不加L

15、a处理（CK）相比，La对雪菜Vc质量分数影响不显著，但是根施125中Vc质量分数显著高于叶施25和叶施50处理。2.3 镧的不同施用方式对雪菜地上部Cd质量分数的影响图1反映了土培条件下镧的不同施用方式和施用量对雪菜地上部镉质量分数的影响。结果表明，镧的不同施用方式和施用量对雪菜地上部镉质量分数产生的影响因土壤中加入Cd质量分数不同而不太一致。1 mg·kg-1镉处理水平下，拌种和根施1处理使雪菜地上部镉质量分数下降，其镉质量分数仅为CK处理的68.5%和32.8%；但是其他施镧处理对镉质量分数无显著影响。在5 mg·kg-1Cd处理水平下，仅有根施1处理显著降低了雪菜地

16、上部镉的质量分数（图1）。由此说明，根施1 mg·kg-1La处理对降低雪菜地上部Cd累积量效果最佳。2.4 镧的不同施用方式对雪菜地上部La质量分数的影响土培条件下，La的不同施用方式对雪菜地上部La的累积量影响较大（图2）。地上部La的质量分数由高到低的顺序为：叶面喷施，拌种，根施（图2）。雪菜地上部La的质量分数与叶面喷施La的质量浓度成正相关，随着叶面喷施La质量浓度的增加，地上部La的质量分数急剧增加。然而对于根施La处理，雪菜地上部La质量分数并未随着根施La质量分数的增加而升高；与不施La（CK）相比，根施La处理雪菜地上部La质量分数增加较小，仍处于较低水平（图2）。

17、由此说明，La较难从根部向地上部转移。图2结果还表明土培条件下，Cd污染对雪菜地上部La累积影响较小。3 讨论图1 雪菜地上部Cd质量分数Fig. 1 The content of Cd in shoots of Brassica juncea var. crispifolia综上所述，镉污染土壤上施用镧不仅没有显著增加雪菜地上部干质量，有的镧处理甚至抑制了雪菜地上部的生长。由此说明在本研究中镉污染的土壤上施用镧对雪菜生长没有促进作用。Vc是雪菜品质的一个重要指标，镧的不同施用方式和施用量影响了雪菜叶中Vc质量分数。然而，在同一水平镉污染条件下，所有镧处理与不加La处理（CK）相比，差异均不显

18、著。由此说明在本研究中镉污染土壤上施用镧对雪菜品质也未产生明显的改善作用。雪菜具有较强的Cd累积能力。当在土壤中加入Cd质量分数为1 mg·kg-1时，雪菜地上部Cd质量分数即达到627 mg·kg-1，远远高于食品中污染物的限量（GB 27622005）。因此即使在Cd污染较轻的土壤上栽培的雪菜，食用后也可能对人体健康造成危害。镧的不同施用方式对雪菜地上部Cd质量分数影响不一致。本研究中根施1 mg·kg-1 La处理对抑制雪菜地上部Cd累积效果最好，其次为拌种；而叶面喷施La对雪菜地上部Cd质量分数的降低没有效果。雪菜体内La质量分数的结果表明，叶面喷施使La

19、在雪菜地上部大量累积。从而说明在Cd胁迫的雪菜上喷施La不仅没有起到积极作用，反而增加雪菜可食部分La的累积。用La浸种虽然使1 mg·kg-1 Cd污染条件下雪菜地上部Cd质量分数降低，但雪菜地上部分累积的La的量也较高。根施La虽然使雪菜地上部分La的质量分数有所上升，但仍处于较低水平。综合以上因素，根施1 mg·kg-1 La处理可以取到较好的效果。处理处理处理图2 雪菜地上部La的质量分数Fig. 2 The content of La in shoots of Brassica juncea var. crispifolia参考文献：1 HUANG X, ZHOU

20、 Q, ZHANG G S. Adances on rare earth application in pollution ecology J. Journal of Rare Earth, 2005, 23(1): 5-11.2 高贵喜，赵惠玲，王青, 等. 稀土抗大白菜重金属污染栽培研究J. 山西农业科学，2003，31（4）：58-60.GAO Guixi, ZHAO Huiling, WANG Qing, et al. A study on rare earth culture of anti-heavy metal pollution of Brassica Chinesis J.

21、Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2003，31（4）：58-60.3 刑勇，贾棚，周亚俊. 稀土对水稻种子活力及抗重金属污染的影响J. 稀土，2004，25（3）：46-48，54.XING Yong, JIA Peng, ZHOU Yajun. Effects of rare earths on seed vigor and rice anti- heavy metal pollution J. Chinese Rare Earths, 2004，25（3）：46-48，54.4 贾棚，王青，贾翔, 等. 番茄抗重金属污染栽培研究J. 山西农

22、业科学，1998，26（2）：42-44.JIA Peng, WANG Qing, JIA Xiang, et al. A study on culture of heavy metal pollution- resistance of tomato J. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 1998，26（2）：42-44.5 贾棚，王青，高贵喜, 等. 小麦抗重金属污染栽培研究J. 山西农业科学，1999，27（1）：12-14.JIA Peng, WANG Qing, GAO Guixi, et al. A study on culture

23、of heavy metal pollution- resistance of wheat J. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 1999，27（1）：12-14.6 胡忻，陈逸君，王晓蓉, 等. 稀土元素对小麦幼苗镉伤害的防护效应J. 南京大学学报: 自然科学版，2001，37（6）：671-677.HU Xin, CHEN Yijun, WANG Xiaorong, et al. The protective effects of cerium on the damage to wheat (Triticum aestvum L.) see

24、dlings caused by cadmium J. Journal of Nanjin University: Natural Sciences, 2001, 37 (6): 671-677.7 庞欣，王东红，彭安. 镧对铅胁迫下小麦幼苗抗氧化酶活性的影响J. 环境化学，2002，21（4）：318-323.PANG Xin, WANG Donghong, PENG An. Effect of La3+ on the activities of antioxidant enzymes in wheat seedlings under lead stress J. Environmental

25、 Chemistry, 2002, 21 (4): 318-323.8 XIONG S L, XIONG Z T, CHEN Y C, et al. Interactive effects of lanthanum and cadmium on plant growth and mineral element uptake in crisped-leaf mustard under hydroponic conditions J. Journal of Plant Nutrition, 2006, 29: 1889-1902.9 HU X, DING Z H, CHEN Y J, et al.

26、 Bioaccumulation of lanthanum and cerium and their effects on the growth of wheat (Triticum aestivum L.) seedlings J. Chemosphere, 2002，48: 621-629.10 CHUA H, ZHAO Y G, KWANG Y H, et al. Accumulation of environmental residues of rare earth elements in sugarcane J. Environment International, 1998, 24

27、 (3): 287-291.11 XU X K, ZHU W Z, WANG Z J, et al. Distribution of rare earths and heavy metals in field grown maize after application of rare earth-containing fertilizer J. The Science of the Total Environment, 2002, 293: 97-105.Effects of methods of Lanthanum application on plant growth and accumu

28、lation of heavy metals in Brassica juncea var. crispifolia under cadmium stressXIONG Shuanglian1, 2, PENG Aimin1, XIONG Zhiting21. College of Resource and Environmental Sciences, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 2. College of Resource and Environmental Sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, ChinaAbstract: Rare earth elements (REEs) have been used as a fertilizer additi