楊升,毛文凌,吳紅紅,劉紫薇,姚倫廣,湯行春,李亞東*
(1.湖北大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,省部共建生物催化與酶工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430062;2.南陽師范學(xué)院農(nóng)業(yè)工程學(xué)院,南水北調(diào)中線水源區(qū)水安全河南省協(xié)同創(chuàng)新中心,河南 南陽 473061)
隨著人類活動(dòng)的日益加劇,土壤重金屬污染日趨嚴(yán)重。鉛(Pb)是一種典型的重金屬污染物,土壤中高濃度的鉛可以直接或通過改變土壤微生物營養(yǎng)循環(huán),擾亂植物的生理活動(dòng)[1]。此外通過食物循環(huán),土壤中過量的鉛可富集到人體,進(jìn)而對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)、生殖、新陳代謝產(chǎn)生負(fù)面影響[2?4]。根據(jù)我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部稻米及其制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心早期對(duì)全國稻米市場進(jìn)行的安全性抽檢結(jié)果,可以看出稻米中超標(biāo)最嚴(yán)重的元素是鉛,其超標(biāo)率達(dá)到了28.4%[5]。因此降低土壤?水稻體系中重金屬鉛的污染,對(duì)保障糧食的產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要意義。
目前在土壤重金屬污染治理研究中,原位鈍化修復(fù)技術(shù)是一種常用的方法,鈍化修復(fù)材料包括含硅鈍化材料(硅肥、沸石、硅藻土等)、含鈣鈍化材料(石灰、熟石灰、石膏等)、有機(jī)鈍化材料(有機(jī)肥、腐植酸、糞便等)、生物質(zhì)炭(骨炭、秸稈炭、木材炭等)、含磷鈍化材料(磷礦粉、磷酸鈣、過磷酸鈣等)等[6?8]。鈣多肽是本研究團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的一種含鈣離子的多肽制劑,利用含蛋白的廢棄物經(jīng)過生化技術(shù)解析而成,整體呈黃色粉狀,無刺激性難聞氣味,含鈣6.39%,含氮9.61%,pH 10.33[9?10]。相比市售有機(jī)肥,鈣多肽肥效快,并能很好地促進(jìn)作物生長,同時(shí)經(jīng)過生化高溫解析后,鈣多肽無病蟲卵,相比尿素?zé)o揮發(fā),且具有多次施加土壤無板結(jié)現(xiàn)象等特點(diǎn)[11]?;阝}多肽自身特性,其作為一種有機(jī)肥料在土壤原位鈍化修復(fù)中應(yīng)兼具含鈣鈍化材料和有機(jī)鈍化材料的特性——通過提高土壤的pH 以及自身所攜帶的有機(jī)基團(tuán)結(jié)合重金屬離子,從而達(dá)到降低土壤中重金屬有效態(tài)含量的目的[12]。因此本研究將鈣多肽作為肥料,應(yīng)用于鉛污染土壤的水稻種植中,研究了其對(duì)水稻生長的影響以及水稻不同部位對(duì)鉛離子和鈣離子的吸收變化等,為鉛污染土壤修復(fù)提供了一種新的材料,同時(shí)也為鈣多肽在重金屬鉛的污染治理應(yīng)用中提供理論參考。
實(shí)驗(yàn)土壤采自湖北大學(xué)沙湖周邊水稻土,其基本理化性質(zhì)見表1。待土壤自然風(fēng)干后將土樣中的大顆石塊及肉眼可見的其他異物剔除,粉碎后過2 mm尼龍篩備用。
表1 土壤基本理化性質(zhì)Table 1 Physicochemical properties of soil
取上述研磨好的土壤,均勻噴灑優(yōu)級(jí)純硝酸鉛?去離子水溶液并攪拌均勻,根據(jù)我國《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》(GB 15618—2018),使土壤總鉛含量分別達(dá)到100 mg·kg?1(水田鉛污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值以下)、200 mg·kg?1(風(fēng)險(xiǎn)篩選值以上)以及500 mg·kg?1(風(fēng)險(xiǎn)管制值)。配制好的土壤老化處理1個(gè)月后風(fēng)干,磨碎并過2 mm尼龍篩后備用。
實(shí)驗(yàn)水稻為湘兩優(yōu)900,是由湖南年豐種業(yè)科技有限公司和湖南省雜交水稻研究中心用廣湘24S×R900 選育而成的水稻品種,審定編號(hào)為國審稻20170053。鈣多肽為實(shí)驗(yàn)室課題組制備[9?10],對(duì)照復(fù)混肥為挹江牌復(fù)混肥料(N14?P5?K6),其他試劑均為國產(chǎn)優(yōu)級(jí)純。
稱取100 g上述老化處理的鉛含量為500 mg·kg?1的土壤于小塑料盆中,與水稻種植實(shí)驗(yàn)中肥料的施加量保持一致(每千克土壤施氮0.45 g),每盆分別加入鈣多肽0.47 g,對(duì)照復(fù)混肥0.32 g,每組重復(fù)3次,加入去離子水(以沒過土壤表面1 cm 為準(zhǔn)),稱質(zhì)量并記錄,置于陰涼處。每隔2 d稱1 次質(zhì)量,并加入去離子水以維持質(zhì)量恒定。在30、60、120 d 時(shí)分別取樣,測(cè)量土壤中有效態(tài)鉛含量。
分別稱取3 kg 上述老化好的3 種不同含量鉛污染的土壤于直徑25 cm 花盆內(nèi),以相同含氮量為標(biāo)準(zhǔn)(每千克土壤施氮0.45 g),實(shí)驗(yàn)組每盆分別加入鈣多肽14.1 g,對(duì)照復(fù)混肥9.6 g,提前將肥料與土壤混合均勻,再進(jìn)行水稻種植,每組重復(fù)3 次,并參照復(fù)混肥中鉀和磷的含量,用磷酸二氫鉀和過磷酸鈣補(bǔ)齊鈣多肽中鉀和磷的含量。水稻在正常土壤中培育,待苗長到一掌寬度時(shí)(30 d),兩株為一穴,一盆6 穴,移栽到上述花盆并置于溫室中,LED 全波長補(bǔ)光,加濕器保證濕度,種植120 d。
采用葉綠素測(cè)定儀SPAD502 測(cè)定植物相對(duì)葉綠素。植物中鉛的測(cè)定參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn):食品中鉛的測(cè)定》(GB 5009.12—2017)中的方法。植物中鈣的測(cè)定方法根據(jù)《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn):食品中鈣的測(cè)定》(GB 5009.92—2016)。土壤中全鉛的測(cè)定參考《土壤質(zhì)量:鉛、鎘的測(cè)定——石墨爐原子吸收分光光度法》(GB/T 17141—1997)中的方法。土壤中有效態(tài)鉛的測(cè)定參考《土壤質(zhì)量:有效態(tài)鉛和鎘的測(cè)定——原子吸收法》(GB/T 23739—2009)中的方法。土壤pH測(cè)定參考《土壤檢測(cè)》(NY/T 1121.2—2006)中的方法。植物試樣消解分別采用各自國標(biāo)中的濕法消解,植物和土壤中鉛、鈣含量分析測(cè)試儀器采用安徽皖儀科技WYS2200 火焰?石墨爐一體機(jī)原子吸收分光光度計(jì)。
水稻不同部位鉛富集系數(shù)=水稻不同部位鉛含量/土壤總鉛含量。轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)為植株地上部分(莖和葉)重金屬含量與根系重金屬含量比值[13]。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 20、Excel進(jìn)行方差分析及差異性分析,T分析檢測(cè),置信區(qū)間為95%,方差齊性檢測(cè)相等(原始數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布)采用方差齊P值,反之采用方差不齊P值。
不同時(shí)間段測(cè)定的土壤pH 結(jié)果如圖1a 所示,鈣多肽相比復(fù)混肥能提高土壤的pH,前期能提高0.18個(gè)單位(10 d),然而隨時(shí)間的延長,二者的差異逐漸減小。同時(shí)土壤鈍化實(shí)驗(yàn)表明(圖1b),鈣多肽相比復(fù)混肥能降低土壤有效態(tài)鉛含量,不同時(shí)間分別降低6.8%(30 d)、9.6%(60 d),6.9%(120 d)。結(jié)合土壤pH的變化可以發(fā)現(xiàn),土壤培養(yǎng)后期,不同處理組間pH差異減小,但有效態(tài)鉛含量仍呈現(xiàn)顯著差異,說明土壤pH的變化并不是鈣多肽鈍化鉛的主要原因,鈣多肽對(duì)鉛的鈍化作用可能主要是由于其自身所攜帶的有機(jī)基團(tuán)與土壤中鉛的結(jié)合,從而降低了土壤有效態(tài)鉛含量。
2.2.1 不同處理對(duì)水稻相對(duì)葉綠素含量的影響
土壤鉛污染可影響植物葉綠素的合成,而有機(jī)肥的施加可有效提高植物葉綠素含量,增加其光合作用。實(shí)驗(yàn)過程中可以直觀地觀察到水稻移栽后前、中期復(fù)混肥處理組水稻葉面發(fā)黃,而鈣多肽處理組水稻葉面烏綠(圖2a)。對(duì)于3 種鉛污染土壤,水稻移栽30 d 和60 d 時(shí)的水稻葉片相對(duì)葉綠素含量如圖2b 所示,鈣多肽處理組相對(duì)葉綠素含量均高于復(fù)混肥處理組:移栽30 d 時(shí),水稻葉片相對(duì)葉綠素含量分別提高21.2%(100 mg·kg?1),19.3%(200 mg·kg?1),15.4%(500 mg·kg?1);移栽60 d 時(shí),水稻葉片相對(duì)葉綠素含量分別提高11.9%(100 mg·kg?1),15.0%(200 mg·kg?1),10.7%(500 mg·kg?1)。結(jié)果表明鈣多肽處理降低了土壤鉛污染對(duì)水稻葉片葉綠素含量的影響,其水稻生長狀態(tài)更好。
2.2.2 不同處理組對(duì)水稻株高、千粒重的影響
水稻移栽120 d 后,分別測(cè)定3 種鉛含量污染的土壤中不同處理組水稻株高及千粒重,如表2 所示,基于鈣多肽處理組水稻前期良好的生長狀態(tài),其株高及千粒重均優(yōu)于復(fù)混肥處理組。水稻株高,鈣多肽相比復(fù)混肥提高28.9%(100 mg·kg?1),23.7%(200 mg·kg?1),6.8%(500 mg·kg?1);水稻千粒重,鈣多肽相比復(fù)混肥提高6.5%(100 mg·kg?1),7.6%(200 mg·kg?1),1.7%(500 mg·kg?1)。結(jié)果表明,相比復(fù)混肥,鈣多肽能夠在鉛污染土壤中促進(jìn)水稻生長,其可作為水稻種植的一種優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料,本實(shí)驗(yàn)還進(jìn)一步檢測(cè)了水稻在種植過程中不同時(shí)期、不同部位鉛含量的變化。
表2 不同處理組水稻株高與千粒重Table 2 Plant height and 1 000?grain weight of rice under different treatments
水稻移栽120 d后收割水稻,測(cè)定糙米中鉛含量。如圖3a 所示,糙米中鉛含量的變化規(guī)律整體上隨土壤鉛污染濃度的升高而逐漸增加。同時(shí)比較鈣多肽處理組與復(fù)混肥處理組發(fā)現(xiàn),鈣多肽處理使糙米中鉛含量較復(fù)混肥處理分別降低25.5%(100 mg·kg?1)、17.3%(200 mg·kg?1)、13.3%(500 mg·kg?1)。參考食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)(GB 2762—2017)發(fā)現(xiàn),在土壤總鉛含量為200 mg·kg?1的實(shí)驗(yàn)中,鈣多肽處理組的糙米鉛含量達(dá)標(biāo)(小于0.2 mg·kg?1),而復(fù)混肥處理組超標(biāo)。上述結(jié)果表明,當(dāng)土壤鉛濃度在水田鉛污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值以上時(shí),鈣多肽作為肥料能種植出鉛達(dá)標(biāo)的大米;而當(dāng)土壤總鉛濃度達(dá)到水田鉛污染風(fēng)險(xiǎn)管制值時(shí),即便鈣多肽相比復(fù)混肥能夠降低糙米鉛含量,但糙米鉛含量仍未達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)鈣多肽相比復(fù)混肥提高了糙米中鈣的含量(圖3b),鈣含量分別提高21.5%(100 mg·kg?1)、18.3%(200 mg·kg?1)、12.4%(500 mg·kg?1)。整體比較兩組實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn),糙米中鉛含量與鈣含量的變化呈現(xiàn)相反的趨勢(shì)。
2.4.1 不同處理對(duì)水稻根、莖、葉中鉛含量的影響
種植過程中,水稻對(duì)鉛的吸收主要集中在根,其次是莖,最后是葉。如表3 所示,整體上水稻中鉛的含量依次是根>莖>葉,同時(shí)相同條件下,土壤鉛含量越高,水稻各部位所含鉛越高。在不同處理下,鈣多肽處理組水稻根部鉛含量明顯高于復(fù)混肥處理組,根部鉛含量相對(duì)提高10.8%~120.6%,而水稻莖和葉中鉛含量,鈣多肽處理組要低于復(fù)混肥處理組,莖部鉛含量相對(duì)降低2.2%~28.4%,葉部鉛含量相對(duì)降低0.5%~28.6%。這表明,鈣多肽對(duì)水稻根部吸收鉛具有促進(jìn)作用,而對(duì)水稻莖和葉吸收鉛具有抑制作用。
同時(shí)觀察水稻根、莖、葉對(duì)鉛的富集系數(shù)(表4)發(fā)現(xiàn),整體上土壤鉛含量越低,水稻各部位的富集系數(shù)越高,其主要原因可能是土壤中總鉛含量較低。在不同處理下,鈣多肽處理組水稻根部鉛富集系數(shù)高于復(fù)混肥處理組,而水稻莖和葉的富集系數(shù)要低于復(fù)混肥處理組。另外高含量鉛污染土壤(500 mg·kg?1)相比低含量鉛污染土壤(100、200 mg·kg?1),鈣多肽處理組對(duì)水稻根部鉛富集系數(shù)的提高更為顯著,最多可增加0.302。與之相反,在低含量鉛污染土壤中(100、200 mg·kg?1),鈣多肽處理組對(duì)水稻莖部和葉部的鉛富集系數(shù)降低更為顯著,莖最多降低0.052,葉最多降低0.050。實(shí)驗(yàn)表明在低含量鉛污染土壤中,鈣多肽對(duì)水稻莖和葉中鉛富集的抑制效果更為顯著。
表4 水稻根、莖、葉的鉛富集系數(shù)Table 4 Lead accumulation coefficient in root,stem and leaf of rice
2.4.2 不同時(shí)間段水稻根、莖、葉中鉛含量的變化
在水稻整個(gè)生長過程中,對(duì)于3 種鉛含量污染的土壤,所有處理組隨時(shí)間的延長,水稻根、莖、葉中鉛的含量均逐漸增加,富集系數(shù)也逐漸提高(表3 和表4)。但比較鈣多肽處理組與復(fù)混肥處理組發(fā)現(xiàn),隨時(shí)間的延長,鈣多肽對(duì)水稻根部鉛吸收的促進(jìn)作用和對(duì)莖部與葉部鉛吸收的抑制作用逐漸減弱:對(duì)水稻根部鉛吸收的促進(jìn)作用由18.6%降低到8.4%(100 mg·kg?1)、36.2%降低到7.9%(200 mg·kg?1)、120.6%降低到23.8%(500 mg·kg?1);對(duì)水稻莖部鉛吸收的抑制作用由25.1%降低到4.1%(100 mg·kg?1)、22.0%降低到4.2%(200 mg·kg?1)、25.1% 降低到2.2%(500 mg·kg?1);對(duì)水稻葉部鉛吸收的抑制作用由28.6%降低到12.9%(100 mg·kg?1)、26.2%降低到15.4%(200 mg·kg?1)、14.2%降低到0.5%(500 mg·kg?1)。同時(shí)水稻根、莖、葉中鉛的富集系數(shù)整體上隨時(shí)間的延長,鈣多肽處理組相比復(fù)混肥,其作用也逐漸減弱,該現(xiàn)象在鉛為500 mg·kg?1的污染土壤中更為明顯。上述結(jié)果表明,鈣多肽對(duì)水稻根部鉛吸收的促進(jìn)作用和對(duì)莖與葉鉛吸收的抑制作用具有一定的時(shí)效性,其原因可能是由于鈣多肽隨水稻生長逐漸消耗,其效果隨時(shí)間的延長逐漸減弱。
水稻不同生長時(shí)期根、莖、葉中鈣的含量如表5所示。整體上水稻葉中鈣含量大于莖和根,而在水稻移栽后的前、中期,莖和根中的鈣含量相比,并不具有規(guī)律性,但在后期(120 d),水稻根部鈣含量大于莖,這可能是由于在水稻生長后期,水稻莖中的鈣大量向葉部轉(zhuǎn)移造成的。同時(shí)隨時(shí)間的延長,整體上水稻根、莖、葉中鈣的含量逐漸增加。比較不同鉛含量污染土壤中水稻根、莖、葉中鈣含量的變化發(fā)現(xiàn),土壤中鉛含量越高,水稻根、莖、葉中鈣含量越低,該現(xiàn)象在水稻生長后期(120 d)更為明顯。
表5 水稻根、莖、葉鈣的含量Table 5 Calcium content in root,stem and leaf of rice
比較鈣多肽處理組與復(fù)混肥處理組水稻根、莖、葉中的鈣含量發(fā)現(xiàn),鈣多肽相比復(fù)混肥能增加水稻根、莖、葉中的鈣含量,100、200、500 mg·kg?1鉛污染土壤分別相對(duì)提高1.7%~32.6%、1.6%~17.5%、1.1%~13.4%。另外隨水稻生長時(shí)間的延長,整體上水稻移栽后前、中期(30、60 d)相比后期(120 d),鈣多肽對(duì)提高水稻各部位鈣含量的作用更為明顯,這可能與鈣多肽隨水稻生長逐漸被消耗以及吸收二氧化碳形成鈣的沉淀有關(guān)。整體上比較鈣多肽與復(fù)混肥對(duì)水稻根、莖、葉中鈣含量的影響發(fā)現(xiàn),鈣多肽在低含量鉛污染土壤(100、200 mg·kg?1)中的效果要好于高含量鉛污染土壤(500 mg·kg?1),其原因可能是鉛與鈣存在競爭,高濃度的鉛影響了植物對(duì)鈣的吸收與轉(zhuǎn)運(yùn)。
鉛是植物非必需元素,具有毒性,土壤中鉛污染對(duì)動(dòng)植物和人類都存在不利影響。鈣是植物必需營養(yǎng)元素之一,大量研究表明,土壤中添加鈣能降低土壤中重金屬對(duì)植物的毒害作用[6]。含鈣鈍化材料鈍化土壤重金屬,主要是通過提高土壤pH,進(jìn)而降低土壤中重金屬有效態(tài)含量。有文獻(xiàn)報(bào)道,含鈣鈍化材料能使土壤pH 提高超過1個(gè)單位[14?15],但本實(shí)驗(yàn)中鈣多肽提高土壤pH 的效果并不十分明顯,其原因可能是本次實(shí)驗(yàn)中施加鈣多肽時(shí)要參照其所含氮量,因此施加的鈣含量遠(yuǎn)低于文獻(xiàn)中的含量。同時(shí)隨時(shí)間的延長,鈣多鈦對(duì)土壤pH的影響逐漸減弱,其原因可能是鈣多肽相比復(fù)混肥能提高土壤微生物的種群及豐度(結(jié)果待發(fā)表),進(jìn)而逐漸提高了土壤中二氧化碳的含量,而二氧化碳溶解后可增加土壤中的酸根離子,同時(shí)也可與鈣離子結(jié)合形成沉積,從而影響到土壤的pH[16]。
在土壤修復(fù)研究中,鈣在土壤中作為競爭離子起作用多見于鎘污染土壤的修復(fù)(因二者離子半徑相差較小),與抑制鎘的效果相比,鈣對(duì)水稻根部鉛吸收的競爭抑制效果并不明顯,這是因?yàn)殂U不僅可以利用植物根部Ca2+/Mg2+通道,也可以利用植物的非選擇性陽離子通道等進(jìn)入植物根部[17?19]。本研究將鈣多肽作為肥料應(yīng)用于鉛污染土壤的水稻種植,結(jié)果發(fā)現(xiàn)其相比復(fù)混肥提高了水稻根部鉛的含量,雖然同時(shí)提高了根部鈣含量,但對(duì)于水稻根部鉛吸收,鈣并沒有表現(xiàn)出明顯的競爭性;另外在鈣多肽土壤鈍化實(shí)驗(yàn)中,土壤有效態(tài)鉛含量的降低,主要是鉛與鈣多肽所攜帶的有機(jī)基團(tuán)的結(jié)合,隨著鈣多肽逐漸降解而被植物和微生物利用,鈣多肽對(duì)鉛的鈍化能力逐漸下降,土壤中有效態(tài)鉛含量會(huì)逐漸上升,進(jìn)而增加水稻根部鉛的含量;同時(shí)在對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)過程中,過多的陽離子可以將土壤中重金屬離子置換出來,從而增加了土壤中重金屬有效態(tài)含量[20],本實(shí)驗(yàn)中隨著鈣多肽的逐漸消耗,過多的鈣離子逐漸游離出來,其也可能增加了土壤中有效態(tài)鉛含量,進(jìn)而增加水稻根部鉛的含量;最后在水稻種植實(shí)驗(yàn)中,鈣多肽相比復(fù)混肥能促進(jìn)水稻的生長,水稻的根系也更為發(fā)達(dá),在單株水稻盆栽實(shí)驗(yàn)中水稻根部干質(zhì)量,鈣多肽相比復(fù)混肥增加25.9%(30 d),61.3%(60 d),105.1%(120 d),而水稻在生長過程中,其根部會(huì)分泌大量低分子量有機(jī)酸,這些有機(jī)酸能夠活化土壤中的鉛,進(jìn)而增加了水稻根部對(duì)鉛的吸收[19]。
鈣能影響重金屬在植物中的轉(zhuǎn)運(yùn)[21?22],本實(shí)驗(yàn)中鈣多肽相比復(fù)混肥雖增加了水稻根部鉛的含量,但卻降低了于水稻莖、葉和糙米中鉛的含量,水稻根部的鉛向上轉(zhuǎn)運(yùn)受到抑制,轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)如表6 所示。在3 種鉛含量土壤中,鈣多肽處理組根?莖、根?葉的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)都低于復(fù)混肥。該結(jié)果與鉛污染土壤水稻種植中施加石灰相似,原因主要有兩個(gè):一是水稻根部鐵膜能吸收大量重金屬,重金屬在鐵膜處以不活躍的形式存在,從而束縛了水稻地下部的鉛向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)[15];二是石灰增加了水稻中鈣的含量,在鉛轉(zhuǎn)運(yùn)過程中,鈣與鉛競爭相同的轉(zhuǎn)運(yùn)離子通道蛋白,進(jìn)而降低了水稻根部的鉛向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)[23]。本實(shí)驗(yàn)并沒有單獨(dú)分離根部鐵膜,并未測(cè)定其鉛含量,所以鈣多肽提高根部鉛含量可能是其中有部分鉛儲(chǔ)存于鐵膜中以不活躍的形式存在,從而降低了根部的鉛向地上部轉(zhuǎn)運(yùn)。同時(shí)本研究也發(fā)現(xiàn)在水稻鉛的轉(zhuǎn)運(yùn)過程中,鈣與鉛呈現(xiàn)出一定的競爭性,因此對(duì)鈣多肽抑制效果顯著的低含量鉛污染土壤(100、200 mg·kg?1)下的水稻莖、葉以及糙米中鈣含量的相對(duì)增加量與鉛含量的相對(duì)減少量做相關(guān)性分析(采用Pearson 分析),結(jié)果如圖4 所示。水稻莖、葉和糙米中鈣含量的相對(duì)增加量與鉛含量的相對(duì)減少量呈一定正相關(guān)關(guān)系,其相關(guān)系數(shù)為0.484(P=0.034),水稻莖、葉和糙米中鈣與鉛的含量存在一定的競爭關(guān)系,這可能是鈣多肽相比復(fù)混肥能抑制水稻地下部鉛向莖、葉和糙米中轉(zhuǎn)運(yùn)的一個(gè)原因。
表6 水稻地下/地上部鉛的轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)Table 6 Transfer factors of Pb in underground/aboveground organs of rice
另外,隨時(shí)間的延長,鈣多肽處理組相比復(fù)混肥處理組,其對(duì)水稻各部位鉛含量與鈣含量的影響逐漸減弱,主要原因是實(shí)驗(yàn)中除前期施加鈣多肽后,中途未追加鈣多肽,在水稻生長過程中,鈣多肽逐漸消耗,鈣被水稻和微生物逐漸吸收、鈣離子與其他金屬離子置換而發(fā)生沉淀等,這些都使得鈣多肽與復(fù)混肥差異在前期到達(dá)一個(gè)峰值后逐漸縮小,但這也為后續(xù)應(yīng)用研究提供了一定的參考,在重金屬污染土壤的作物種植過程中,根據(jù)作物吸收轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律,優(yōu)化鈣多肽施加方式,其效果可能會(huì)更好。
(1)土壤鈍化實(shí)驗(yàn)中,鈣多肽能在前期明顯提高土壤的pH;鈣多肽能降低鉛污染土壤的有效態(tài)鉛含量。
(2)鈣多肽能降低土壤鉛污染對(duì)水稻葉片葉綠素含量的影響,促進(jìn)水稻生長。
(3)鈣多肽能提高水稻根部的鉛含量,降低水稻莖、葉和糙米中的鉛含量;同時(shí)鈣多肽能提高水稻各部位的鈣含量,水稻莖、葉和糙米中鈣含量的增加與其鉛含量的減少具有一定相關(guān)性,其鈣含量的增加抑制了其對(duì)鉛的富集。
農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)2021年7期