Cd、Pb复合污染在水芹不同器官的富集特性研究

王昕+徐文娟+刘颖
摘 要:采用盆栽试验,研究了土壤Cd、Pb复合污染条件下,水芹各器官的重金属含量及水芹对Cd、Pb的富集特性。结果表明,水芹各器官Cd、Pb中1种元素的吸收均随着该元素的增加而呈上升趋势,Cd、Pb交互作用对吸收量的影响也达到极显著水平;对于根中Pb含量,Cd对Pb存在拮抗作用,在叶柄和叶中均呈现不同程度的协同作用;地下部重金属含量及富集系数均大于地上部。
关键词:水芹;Cd;Pb;复合污染;富集特性
中图分类号:S636.3 文献标识码:A 文章编号:1001-3547(2014)22-0053-03
土壤和水体的重金属污染,特别是多种元素同时存在的复合污染,严重影响了植物生长[1]。有关调查表明,我国城市郊区蔬菜重金属污染中以Cd、Pb较为严重[2,3]。蔬菜受Cd、Pb污染后,通过自身积累进入人体,进而为害人体健康,已有对辣椒、棉花、青菜、小麦等农作物的影响研究[4~7]。而水生蔬菜栽培需大量灌溉用水,因此受到随水系扩散的重金属污染的可能性大于其他种类的农作物。本研究以水芹为材料,采用盆栽的方法,研究土壤Cd、Pb复合污染下,水芹各器官的重金属含量及水芹对Cd、Pb的富集能力,为探讨Cd、Pb对水生蔬菜毒害的机理、保障水生蔬菜卫生品质安全提供一定理论依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试水芹苗为桐城水芹,取自安徽合肥肥东建华水生蔬菜基地。试验在安徽农业大学园艺学院园艺实验中心进行,供试土壤为安徽农业大学农萃园的菜园土,pH值7.19,含有机质23.1 g/kg、全氮1.81 g/kg、有效磷46.7 mg/kg、速效钾224.4 mg/kg、镉0.18 mg/kg(<0.30 mg/kg),铅2.7 mg/kg(<80.0 mg/kg),符合国家食用农产品产地土壤环境质量标准[8]。
试剂为化学纯氯化镉(2CdCl2·5H2O)、醋酸铅[Pb(AC)2·3H2O]。
1.2 试验设计
水芹种茎催芽后,选取约10 cm高的健壮水芹苗,用蒸馏水冲洗数次后,分别栽入圆形塑料盆中,塑料盆直径80 cm,高18 cm,每盆栽入30株水芹苗,株行距9 cm×11 cm,土层厚度约为10 cm,灌水约为3 cm,然后一次性施入重金属溶液,使土壤中Cd的浓度为0、1、2、3 mg/kg,Pb的浓度为0、400、800 mg/kg,试验共设12个处理,每个处理设3次重复。于2013年10月18日定植,按常规栽培管理,于定植后50 d统一采收。
1.3 测定分析方法
采收的水芹用自来水冲洗后再用纯水冲洗,将叶片、叶柄、根分离,105℃下杀青10 min,在60℃下烘干至恒重,取烘干的各部分样品0.5 g,用不锈钢研磨机磨细,采用国标GB/T 5009.15-2003《食品中镉的测定》和GB 5009.12-2010《食品中铅的测定》中的湿式消解法进行样品消解,待测溶液中Cd、Pb的含量采用石墨炉原子吸收光谱法测定[9,10]。运用Excel 2007 进行数据整理,SPSS进行方差分析。
2 结果与分析
2.1 Cd、Pb复合污染对水芹不同器官Cd、Pb含量的影响
①外施Cd、Pb复合污染对水芹不同器官Cd含量的影响 表1结果显示,外施Cd、Cd与Pb组合处理对根部、叶柄和叶片中的Cd含量影响均达到极显著水平;而Pb对叶柄和叶片中的Cd含量影响达到显著水平,在根中达到极显著水平。可见根、叶柄、叶片中的Cd含量,取决于该土壤中Cd、Pb的浓度及其组合关系,Cd、Pb两元素存在交互作用。
从表2可看出,在Cd、Pb复合污染条件下,水芹各器官Cd含量呈以下规律,即根>叶柄>叶片。组合处理12中各器官中的镉含量达最大值,根中Cd含量分别是叶柄的16.7倍和叶片的63.4倍,可见水芹吸收土壤中的Cd主要累积在根部。
不论Pb在何种浓度条件下,水芹各器官中Cd含量均随外施Cd浓度的增加而增加,且达到极显著水平。而外施Cd、Pb交互作用的影响则比较复杂,在根中,除了组合处理1~3外,其余处理Cd含量随外施Pb浓度的增加而增加,且达到极显著水平;在叶柄中, 当外施Cd浓度较低时(≤2 mg/kg),各组差异不显著,而当外施Cd浓度为3 mg/kg时,随着外施Pb浓度的增大,Cd含量明显增大,外施Pb对Cd起到协同作用;在叶片中,Cd含量与外施Pb浓度的变化无明显规律,但随着外施Cd浓度的增加而增加。
②外施Cd、Pb复合污染对水芹各器官Pb含量的影响 表3结果表明,外施Pb、Cd及Cd与Pb组合处理对根部、叶柄和叶片中的Pb含量影响均达到极显著水平。外施Pb、Cd两元素间存在交互作用,在根中表现最为明显,且各器官的Pb含量受外施Pb浓度的影响较大。
表4可以看出,在Cd、Pb复合污染的同一浓度处理条件下,水芹各器官Pb含量为根中最大,叶柄和叶片中的Pb含量基本相当。其中,根中的最大值出现在组合处理3中,达到291.91 mg/kg,分别是叶柄和叶片中的46.7倍和56.5倍。
不论Cd在何种浓度条件下,水芹各器官中Pb含量均随Pb浓度的增加而增加,且达到极显著水平。在叶柄和叶片中,除了Pb浓度为0 mg/kg时差异不显著外,其余各组中Cd对Pb含量起到协同作用,即同一Pb浓度下,随着Cd浓度的增加,Pb含量也逐渐增加,且各组均到达极显著差异。而在根中,Pb含量随着Cd浓度的增加而显著降低,当Cd浓度为0 mg/kg时,根中的各组Pb含量达到最大。
2.2 水芹对Cd、Pb复合污染的富集特性
富集系数(BF)也称吸收系数,是指植物中某种元素含量与土壤中该元素含量的比值。富集系数越高,表明植物将重金属转移到体内的能力越强。根据表5、6可知,随着Cd、Pb浓度的增大,水芹根中两元素的富集系数逐渐增大,说明在根中富集能力较强,而到地上部分则逐渐减弱,根的平均富集系数>叶柄的平均富集系数>叶片的平均富集系数。
3 结论
在Cd、Pb复合污染条件下,除根中Pb含量随外施Cd、Pb含量升高而降低外,水芹其他器官Cd、Pb中1种元素的吸收均受到该添加元素影响,且都随着添加浓度的增加而增加。另外,共存元素及其交互作用也对其产生一定影响,这些影响较复杂。
除了处理1~3,Pb的加入对Cd元素吸收存在协同作用,即加强了Cd对植物的毒害作用,这一结论与任安芝等[6]青菜种子萌发的毒理试验结果一致。Cd可降低水芹根部对Pb的吸收,从而减少对根的毒害,而在地上部表现为协同作用。
在Cd、Pb复合污染条件下,水芹各器官Cd含量呈以下规律,即根>叶柄>叶片,而Pb含量为根中最多,叶柄和叶片中的Pb含量基本相当。
富集能力的也呈现上述规律,即根>叶柄>叶片,随着Cd、Pb浓度的增大,水芹根中两元素的富集系数逐渐增大。
参考文献
[1] 黄勇,郭庆荣,任海,等.城市土壤重金属污染研究综述[J].热带地理,2005,25(1):14-17.
[2] 李其林,刘光德,黄昀.重庆市蔬菜地土壤重金属特征研究[J].中国生态农业学报,2005,13(4):142-146.
[3] 覃志英,唐振柱,吴祖军,等.广西南宁市蔬菜铅镉污染监测分析[J].广西医学,2006,28(10):1 505-1 507.
[4] 王林,史衍玺.镉铅及其复合污染对辣椒生理生化特征的影响[J].山东农业大学学报:自然科学版,2005,36(1):107-112.
[5] 任秀娟,朱东海,吴海卿,等.镉、铅、锌单一和复合污染对棉花中重金属富集的影响[J].河南农业大学学报,2013,47(1):32-36.
[6] 任安芝,高玉葆,刘爽.铬、镉、铅胁迫对青菜叶片几种生理生化指标的影响[J].应用与环境生物学报,2000,6(2):112-116.
[7] 王丽燕,郑世英.镉、铅及其复合污染对小麦种子萌发的影响[J].麦类作物学报,2009,29(1):146-148.
[8] HJ/T 332-2006,食用农产品产地环境质量评价标准[S].
[9] GB/T 5009.15-2003,食品中镉的测定[S].
[10] GB 5009.12-2010,食品中铅的测定[S].
3 结论
在Cd、Pb复合污染条件下,除根中Pb含量随外施Cd、Pb含量升高而降低外,水芹其他器官Cd、Pb中1种元素的吸收均受到该添加元素影响,且都随着添加浓度的增加而增加。另外,共存元素及其交互作用也对其产生一定影响,这些影响较复杂。
除了处理1~3,Pb的加入对Cd元素吸收存在协同作用,即加强了Cd对植物的毒害作用,这一结论与任安芝等[6]青菜种子萌发的毒理试验结果一致。Cd可降低水芹根部对Pb的吸收,从而减少对根的毒害,而在地上部表现为协同作用。
在Cd、Pb复合污染条件下,水芹各器官Cd含量呈以下规律,即根>叶柄>叶片,而Pb含量为根中最多,叶柄和叶片中的Pb含量基本相当。
富集能力的也呈现上述规律,即根>叶柄>叶片,随着Cd、Pb浓度的增大,水芹根中两元素的富集系数逐渐增大。
参考文献
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[10] GB 5009.12-2010,食品中铅的测定[S].
3 结论
在Cd、Pb复合污染条件下,除根中Pb含量随外施Cd、Pb含量升高而降低外,水芹其他器官Cd、Pb中1种元素的吸收均受到该添加元素影响,且都随着添加浓度的增加而增加。另外,共存元素及其交互作用也对其产生一定影响,这些影响较复杂。
除了处理1~3,Pb的加入对Cd元素吸收存在协同作用,即加强了Cd对植物的毒害作用,这一结论与任安芝等[6]青菜种子萌发的毒理试验结果一致。Cd可降低水芹根部对Pb的吸收,从而减少对根的毒害,而在地上部表现为协同作用。
在Cd、Pb复合污染条件下,水芹各器官Cd含量呈以下规律,即根>叶柄>叶片,而Pb含量为根中最多,叶柄和叶片中的Pb含量基本相当。
富集能力的也呈现上述规律,即根>叶柄>叶片,随着Cd、Pb浓度的增大,水芹根中两元素的富集系数逐渐增大。
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[9] GB/T 5009.15-2003,食品中镉的测定[S].
[10] GB 5009.12-2010,食品中铅的测定[S]. 技术文
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