摘要[目的]探究田間條件下小白菜對(duì)外源Cd的動(dòng)態(tài)吸收特征，為Cd污染土壤上蔬菜安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。[方法]采用田間微區(qū)試驗(yàn)，共設(shè)4個(gè)Cd濃度處理，即0（CK）、1、2、5 mg/kg，每處理3次重復(fù)，研究外源Cd對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響及小白菜對(duì)外源Cd的動(dòng)態(tài)吸收特征。[結(jié)果]隨著外源Cd濃度的升高及生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)，Cd對(duì)小白菜生長(zhǎng)的抑制加重。5 mg/kg處理55 d時(shí)，小白菜的根長(zhǎng)、株高、生物量較CK下降幅度均達(dá)到最大。任一Cd濃度下小白菜的Cd含量在前45 d快速增加，45 d后增速放緩，地下部Cd含量在55 d達(dá)到最大值，地下部平均Cd含量是地上部的1.62倍。[結(jié)論]Cd對(duì)小白菜的生長(zhǎng)作用受Cd污染濃度、生長(zhǎng)時(shí)期雙重影響，且不同外源Cd濃度下小白菜各部位對(duì)Cd的吸收在不同生長(zhǎng)時(shí)期呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)差異。

關(guān)鍵詞田間條件；外源鎘；小白菜；動(dòng)態(tài)吸收

中圖分類(lèi)號(hào)S634.3；X173文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼

A文章編號(hào)0517-6611（2017）10-0067-04

Study on the Dynamic Accumulation of Exogenous Cadmium in Brassica chinensis L. under Field Conditions

YANG Shiyan（College of Resource，Sichuan Agriculture University，Chengdu，Sichuan 611130）

Abstract[Objective]To investigate the dynamic absorption characteristics of Brassica chinensis L. under field conditions，and to provide the theoretical basis for the safe production of vegetables on Cd contaminated soil.[Method]Set 4 Cd concentration treatments，namely，0（CK），1，2，5 mg/kg，each treatment for 3 times.The Cd effects on the growth of Brassica chinensis L. and the dynamic accumulation of exogenous Cd in Brassica chinensis L. was studied by field microplot experiments.[Result]The results showed that with the increase of exogenous Cd concentration and the extension of growth period，Cd inhibited the growth of Brassica chinensis L..The root length，plant height and biomass of Brassica chinensis L. reached the maximum value at 55 d under treatment of 5 mg/kg.The Cd content in Brassica chinensis L. increased rapidly at the first 45th days，while the rising tendency slowed down after the 45th days.However，the root was 1.62 times the Cd absorption of aboveground parts signally.[Conclusion]The Cd effects on the growth of Brassica chinensis L. were affected by the different concentrations of Cd and the growth stages of Brassica chinensis L.，also the accumulation of Cd in different parts of Brassica chinensis L. appeared dynamic discrepancy on account of different growth stages under varied concentrations of Cd.

Key wordsField conditions；Exogenous cadmium；Brassica chinensis L.；Dynamic accumulation

土壤作為環(huán)境的重要載體，殘留在土壤中的重金屬會(huì)導(dǎo)致土壤質(zhì)量惡化，嚴(yán)重影響農(nóng)作物生長(zhǎng)及品質(zhì)安全[1-3]。曾希柏等[4]研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)約93%的菜地受重金屬污染且各省均有分布。相較于其他重金屬元素，Cd的生物毒性更強(qiáng)，更易為蔬菜所富集，進(jìn)而通過(guò)食物鏈威脅人類(lèi)健康[5]。曹仁林等[6]研究表明，我國(guó)污灌區(qū)受Cd污染菜地面積占所有重金屬超標(biāo)土地面積的56.90%，且蔬菜Cd超標(biāo)率高達(dá)10.23%，降低蔬菜可食部分Cd含量，實(shí)現(xiàn)蔬菜安全生產(chǎn)已引發(fā)廣泛關(guān)注。一般，低濃度Cd對(duì)植物生長(zhǎng)有適當(dāng)刺激作用，高濃度Cd對(duì)植物生長(zhǎng)有明顯毒害作用[7-8]。已有研究表明，Cd對(duì)蔬菜生長(zhǎng)影響較大，可顯著減少蔬菜株高、根長(zhǎng)、地下部和地上部的干重、鮮重[9]，且葉菜類(lèi)蔬菜吸收Cd的能力高于果菜類(lèi)[10]。此外，蔬菜對(duì)Cd的吸收因其生長(zhǎng)期、吸收部位差異呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化特征[11]。有研究發(fā)現(xiàn)，不同Cd污染濃度下小白菜各部位對(duì)Cd的富集與其生長(zhǎng)時(shí)間呈顯著相關(guān)，其葉部受重金屬危害的風(fēng)險(xiǎn)大于根部[12]。

目前，Cd對(duì)植物的生長(zhǎng)毒害效應(yīng)及植物對(duì)Cd的吸收研究一般采用盆栽試驗(yàn)的方法[13]，對(duì)田間研究較少，且現(xiàn)有研究多探討不同Cd濃度下植物對(duì)Cd的吸收規(guī)律，對(duì)植物不同生育期Cd吸收動(dòng)態(tài)特征研究較少。普通白菜作為原產(chǎn)于我國(guó)的一種大眾化蔬菜，在蔬菜供應(yīng)中具有重要地位[14]。筆者以小白菜作為試驗(yàn)材料，研究田間條件下土壤Cd污染對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響及小白菜對(duì)Cd的動(dòng)態(tài)吸收特征，旨在為減少蔬菜體內(nèi)重金屬的累積及實(shí)現(xiàn)蔬菜安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1供試材料

供試土壤：由灰色沖積物發(fā)育而成的潮土，采自四川省都江堰市蒲陽(yáng)鎮(zhèn)雙柏村，采用多點(diǎn)取樣法采集0～20 cm表土，基本理化性質(zhì)：陽(yáng)離子交換量（CEC）16.37 cmol/kg，有機(jī)質(zhì)含量14.29 g/kg，全氮0.52 g/kg，有效氮67.38 mg/kg，有效磷8.26 mg/kg，有效鉀6.71 mg/kg，全Cd含量0.13 mg/kg，有效Cd含量0.02 mg/kg。

供試作物：小白菜（Brassica chinensis L），品種為快客35，購(gòu)自四川省成都市溫江區(qū)公平鎮(zhèn)農(nóng)資店。

供試肥料：尿素（N 46%）；有機(jī)肥，720 g/小區(qū)。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用田間微區(qū)試驗(yàn)，微區(qū)埋設(shè)方式采用半埋式，即0.3 m埋于地下，0.4 m露于地面。每個(gè)微區(qū)由長(zhǎng)×寬×高為1.5 m×1.0 m×0.7 m的磚混結(jié)構(gòu)構(gòu)成。微區(qū)與微區(qū)之間由長(zhǎng)1.0 m、寬0.1 m、高0.7 m的水泥埂隔開(kāi)，在距離微區(qū)底部0.4 m處設(shè)有排水管口用于排出田間滲漏水。

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)Cd濃度處理，分別為Cd0（CK）：0 mg/kg，Cd1：1 mg/kg，Cd2：2 mg/kg，Cd5：5 mg/kg，每處理3次重復(fù)，共計(jì)12個(gè)微區(qū)。土壤風(fēng)干后磨碎過(guò)1 cm篩，外源添加Cd形態(tài)為CdCl2·2.5H2O（分析純），以溶液形式加入0～20 cm土壤中，將外源Cd溶液、基肥與土壤充分混勻，混勻后回填入池中。

待土壤穩(wěn)定150 d后播種小白菜，植物樣收獲后，釆集土壤樣品供分析用。每個(gè)微區(qū)播種20穴，每穴4粒種子，在2葉1心期進(jìn)行間苗，每穴定苗2株。

1.3樣品采集與處理分別于小白菜間苗后的15、25、35、45、55 d進(jìn)行樣品采集，每小區(qū)隨機(jī)選取5株作為1個(gè)重復(fù)，每處理3次重復(fù)。小白菜植株根系經(jīng)20 mmol/L Na2-EDTA浸泡15 min后用自來(lái)水沖洗，然后用去離子水潤(rùn)洗，分別測(cè)量地下部和地上部的根長(zhǎng)和株高。然后于105 ℃殺青30 min，75 ℃烘至恒重，稱(chēng)重，粉碎備用。

1.4測(cè)定項(xiàng)目與方法

（1）將收獲的小白菜樣品研碎，經(jīng) HNO3-HClO4法消煮，用原子吸收分光光度計(jì)（AASnovAA400P，Germany）測(cè)定大白菜Cd含量。

（2）土壤有效態(tài)Cd含量采用DTPA提取，用原子吸收分光光度計(jì)（AASnovAA400P，Germany）測(cè)定；土壤全Cd含量經(jīng)HNO3-HCl-HF法消化，用原子吸收分光光度計(jì)（AASnovAA400P，Germany）測(cè)定；土壤理化性質(zhì)參照常規(guī)方法測(cè)定[15]。

（3）小白菜對(duì)Cd的吸收速率采用下式計(jì)算：

小白菜Cd吸收量占土壤Cd總量百分率=（小白菜Cd含量×生物量）/（土壤Cd含量×土壤質(zhì)量）×100%

1.5數(shù)據(jù)處理與分析

采用 Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及相關(guān)分析；采用Origin 9.0進(jìn)行圖表的制作；采用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同外源Cd濃度對(duì)小白菜不同時(shí)期生物量的影響

從圖1可以看出，Cd脅迫下任一時(shí)期小白菜地上部、地下部生物量較CK均表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)（P<0.05）。隨著外源Cd濃度的升高，小白菜地上部、地下部生物量較CK的下降幅度逐漸增大。以55 d為例，Cd1處理小白菜地上部、地下部生物量分別較CK僅下降9.10%、5.73%，而Cd5處理小白菜地上部、地下部生物量較CK的下降幅度分別是Cd1的5.46倍、8.41倍。

此外，不同的生長(zhǎng)階段，小白菜生物量受Cd的影響不同。圖1表明，各處理下小白菜地上部、地下部的生物量均在前45 d快速增大，此后增速逐漸變緩。至小白菜生長(zhǎng)的55 d，其地上部、地下部的生物量較CK的減小幅度顯著大于前45 d（P<0.05）。Cd5處理55 d時(shí)，小白菜地上部、地下部的生物量較CK的下降幅度Cd最大，分別達(dá)49.75%、48.23%。

2.2不同外源Cd濃度對(duì)小白菜不同時(shí)期根長(zhǎng)、株高的影響從圖2可以看出，任一生長(zhǎng)階段，Cd脅迫下小白菜的根長(zhǎng)、株高均較CK下降，Cd5處理55 d時(shí)，與CK相比株高下降28.11%，根長(zhǎng)下降20.18%，是Cd1處理55 d時(shí)下降幅度的3.72倍、6.81倍。

在不同生長(zhǎng)時(shí)期，外源Cd對(duì)小白菜的根長(zhǎng)、株高影響不同。圖2顯示，各處理下，小白菜的根長(zhǎng)與株高均在前45 d快速增長(zhǎng)，45 d后增速放緩。以Cd5處理為例，45 d時(shí)，小白菜的根長(zhǎng)、株高分別較CK下降19.72%、27.89%，而在55 d，其根長(zhǎng)與株高分別較CK下降20.18%、28.11%，表現(xiàn)出小白菜生長(zhǎng)的45 d后，其根長(zhǎng)、株高較CK的下降幅度逐漸變大，Cd脅迫下生長(zhǎng)期的延長(zhǎng)加重了外源Cd對(duì)根長(zhǎng)、株高的抑制。

2.3不同外源Cd濃度下小白菜各部位在各時(shí)期對(duì)Cd的吸收動(dòng)態(tài)變化

由圖3可知，隨著Cd濃度的升高和生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)，小白菜地上部、地下部的Cd含量均呈現(xiàn)總體增加略有波動(dòng)的趨勢(shì)。同時(shí)，Cd在小白菜體內(nèi)的分布也有所不同，其地下部對(duì)Cd的吸收比地上部更強(qiáng)。

圖3顯示，在任一生長(zhǎng)時(shí)期，外源添加Cd濃度與小白菜體內(nèi)Cd含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。高Cd處理（Cd5）下小白菜體內(nèi)平均Cd含量是低Cd處理（Cd1）的2.5倍。此外，小白菜地上部、地下部Cd含量因生長(zhǎng)時(shí)期變化而變化，其地上部、地下部Cd含量均在前45 d快速增加，45～55 d則增速放緩，地下部Cd含量在55 d達(dá)到最大值。

從圖3還可以看出，小白菜地下部對(duì)不同濃度Cd吸收量在25 d后顯著高于地上部（P<0.05）。以55 d為例，Cd5處理下，小白菜地上部Cd含量為7.07 mg/kg，地下部Cd含量為12.97 mg/kg。整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，小白菜地上部平均Cd含量為5.43 mg/kg ，地下部平均Cd含量為8.82 mg/kg， 即地下部Cd含量是地上部的1.62倍。

2.4不同時(shí)期小白菜對(duì)Cd的吸收速率

為進(jìn)一步說(shuō)明小白菜不同時(shí)期對(duì)Cd的吸收動(dòng)態(tài)變化，用小白菜Cd吸收量占土壤Cd總量的百分比來(lái)表征小白菜對(duì)Cd的吸收速率。從圖4可以看出，隨著生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)小白菜對(duì)Cd的吸收速率也逐漸增加。任一生長(zhǎng)階段，小白菜對(duì)Cd的吸收速率從大到小依次為Cd1、Cd2、Cd5，且隨著生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，低濃度Cd處理下小白菜對(duì)Cd的吸收速率遠(yuǎn)大于高濃度Cd處理。

55 d時(shí)，Cd1處理下小白菜對(duì)Cd的吸收速率為0.15%，而Cd5處理下小白菜對(duì)Cd吸收速率為0.04%，低Cd處理下Cd的吸收速率比高Cd處理多出0.11百分點(diǎn)。

45卷10期楊湜煙田間條件下小白菜對(duì)外源Cd的動(dòng)態(tài)吸收特征

3討論

于方明等[16]、任艷芳等[17]研究Cd對(duì)小白菜、萵苣生長(zhǎng)的影響發(fā)現(xiàn)，其株高、葉長(zhǎng)、葉寬、莖粗、干質(zhì)量等隨著Cd濃度的升高而明顯下降。陳春樂(lè)等[18]研究認(rèn)為，隨著外源Cd濃度的升高，芥菜的生長(zhǎng)受Cd抑制加重。此外，玉米、西葫蘆、黃瓜、西紅柿等多種植物也會(huì)隨著Cd濃度的升高而出現(xiàn)不同程度的生長(zhǎng)遲緩、產(chǎn)量下降等現(xiàn)象[19]。這與筆者的研究結(jié)果一致，隨著土壤外源Cd濃度的升高，Cd對(duì)小白菜根長(zhǎng)、株高、生物量的抑制逐漸增強(qiáng)，這主要是由于高Cd污染下植物的吸收代謝過(guò)程嚴(yán)重紊亂，植物組織體內(nèi)Cd濃度到達(dá)一定程度便表現(xiàn)出明顯的受害癥狀。但隨著外源Cd濃度的升高，不同時(shí)期小白菜的根長(zhǎng)、株高及生物量受抑制程度不同。屈應(yīng)明[20]研究田間條件下不同時(shí)期外源Cd對(duì)小白菜生長(zhǎng)的影響發(fā)現(xiàn)，無(wú)論在高Cd濃度下還是在低Cd濃度下，21 d后小白菜較CK下降幅度顯著增加，生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)加重了外源Cd對(duì)小白菜根長(zhǎng)、株高、植株鮮重的抑制。劉莉[21]研究也發(fā)現(xiàn)，隨著外源Cd濃度的升高及生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)，番茄幼苗的生長(zhǎng)受Cd毒害愈明顯。該試驗(yàn)中同樣觀察到小白菜在前45 d根長(zhǎng)、株高、生物量快速增加，45 d后增速減緩且較CK下降幅度更顯著。這可能是由于前45 d是小白菜的快速生長(zhǎng)時(shí)期，其生長(zhǎng)指標(biāo)普遍增大，但45 d后小白菜體內(nèi)的Cd含量已積累到一定濃度，因而在生長(zhǎng)后期Cd對(duì)小白菜的抑制作用更明顯。由此可見(jiàn)，Cd對(duì)小白菜的生長(zhǎng)作用受到Cd污染濃度、生長(zhǎng)時(shí)期的雙重影響，隨著外源Cd濃度的升高及生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)一定程度會(huì)加重Cd對(duì)小白菜的毒害。

一般地，隨著生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)，植物對(duì)Cd的吸收速率不斷增加，其體內(nèi)Cd積累總量也不斷增加，但植物對(duì)Cd的吸收因不同生長(zhǎng)階段而表現(xiàn)出不同特征。李正文[22]研究發(fā)現(xiàn)，隨著水稻的生長(zhǎng)，其體內(nèi)積累的Cd含量呈逐漸增加趨勢(shì)，具體過(guò)程為前期快速積累、中期相對(duì)穩(wěn)定，后期繼續(xù)上升直至最大值。李勤鋒等[23]在研究紅蛋植物對(duì)Cd的動(dòng)態(tài)吸收規(guī)律中也發(fā)現(xiàn)，在低Cd（5 mg/L）及高Cd（15 mg/L）濃度處理下，紅蛋地上部和地下部Cd含量均隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而持續(xù)增大。長(zhǎng)時(shí)間培養(yǎng)下（27 d），紅蛋植物對(duì)Cd的吸收整體呈現(xiàn)前期快速增加，后期增速放緩的情況。該試驗(yàn)中不同生長(zhǎng)時(shí)期的小白菜對(duì)Cd的吸收動(dòng)態(tài)特征表現(xiàn)為前45 d快速增加，45～55 d后吸收減緩，地下部Cd含量達(dá)到最大值，這一方面是由于植物生長(zhǎng)后期土壤供Cd能力下降，植物對(duì)Cd的吸收趨于穩(wěn)定，另一方面則是生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)，植物受Cd抑制加重所致[24-25]。綜合證明，小白菜對(duì)Cd的吸收隨時(shí)間延長(zhǎng)與外源Cd濃度升高而增加，但不同時(shí)期存在動(dòng)態(tài)差異。

進(jìn)一步研究表明，植物不同部位對(duì)Cd的吸收存在顯著差異。梁稱(chēng)福等[26]研究表明，對(duì)Cd的富集能力最強(qiáng)的是蔬菜的根部。Yargholi等[27]研究發(fā)現(xiàn)，7種不同蔬菜地上部（莖、葉）對(duì)Cd的富集量均大于地下部（根系），原因在于Cd作為一種高生物活性重金屬，更容易為根系吸收繼而轉(zhuǎn)運(yùn)到地上部累積。但大多數(shù)研究認(rèn)同植物根系重金屬積累高于地上部[28]，該試驗(yàn)結(jié)果中小白菜地下部Cd含量顯著大于地上部（P<0.05），符合植物將大部分Cd限制在地下部的說(shuō)法，這可能是由于蔬菜主要通過(guò)根系吸收重金屬，重金屬首先在根中累積，然后再由根系向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)[29]。隨著外源Cd濃度的升高及生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)，小白菜受害加重并抑制了根系向地上部運(yùn)輸Cd。

4結(jié)論

（1）田間條件下，外源Cd對(duì)小白菜生長(zhǎng)的抑制受Cd濃度及生長(zhǎng)時(shí)期的雙重影響。外源Cd濃度的升高顯著抑制小白菜的生長(zhǎng)，Cd脅迫下小白菜生長(zhǎng)的前45 d根長(zhǎng)、株高、生物量快速增加，45 d后則增速緩慢，至55 d較CK下降幅度達(dá)到最大，生長(zhǎng)時(shí)期的延長(zhǎng)加重了Cd對(duì)小白菜的抑制作用。

（2）不同外源Cd濃度下小白菜不同生長(zhǎng)時(shí)期、不同部位對(duì)Cd的吸收呈現(xiàn)明顯動(dòng)態(tài)差異。小白菜體內(nèi)Cd總量隨外源添加Cd濃度與生長(zhǎng)時(shí)間增加而增加，但在其生長(zhǎng)的前45 d，小白菜體內(nèi)Cd含量快速增加，45～55 d后增速放緩，至55 d地下部Cd含量達(dá)到最大值，其地下部對(duì)Cd的吸收能力強(qiáng)于地上部。

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